- Характеристики солнечных батарей
- Какое напряжение у солнечных батарей?
- Какая величина напряжения в солнечных батареях?
- Номинальная мощность солнечной батареи. Что нужно и важно знать?
- Почему солнечные батареи разных производителей, но с одинаковыми размерами имеют различные показатели номинальной мощности?
- Как выбрать солнечные батареи. Советы покупателю
- Как устроены солнечные батареи?
- Выбор параметров солнечной батареи
- На что обратить внимание при выборе солнечных батарей?
- Типовые ошибки при выборе солнечных батарей для дома
- Мнения экспертов о продукции
Характеристики солнечных батарей
Солнечные батареи, которые также называют солнечными панелями или солнечными модулями, строятся из отдельных фотоэлектрических преобразователей (так называемых солнечных элементов), которые соединяются друг с другом в последовательные и параллельные цепи, в совокупности работающие как единый источник тока.
Собственно одна панель может рассматриваться как источник тока. Несколько солнечных панелей образуют автономную солнечную электростанцию, которая может быть малой (если речь идет например о частном доме) или большой (если речь идет о промышленной солнечной электростанции) мощности. Размер солнечной станции зависит от ее назначения и от нужд ее потребителя.
Одна солнечная панель обычно содержит количество элементов кратно 12, а именно: 12, 24, 36, 48, 60 или 72 солнечных элемента. Номинальная мощность одной такой панели обычно лежит в диапазоне от 30 до 350 ватт. Соответственно размер и вес панели тем больше, чем больше ее номинальная мощность.
На сегодняшний день реальный КПД солнечных батарей, доступных широкому потребителю, лежит в пределах от 17 до 23%. Есть отдельные экземпляры, декларирующие КПД до 24%, но это скорее исключения и преувеличения. Лаборатории по всему миру стремятся разработать солнечные элементы, КПД которых хотя бы приблизился к 30% — это было бы очень хорошим результатом для источника энергии данного типа, если смотреть на вещи реально.
Солнечные батареи на базе кремния, как альтернативный источник электрической энергии, проверены временем, они отличаются надежностью и безопасностью, компактностью и относительной доступностью. Срок их нормальной эксплуатации доходит до 30 лет и даже превышает. Хотя, справедливости ради стоит отметить, что кремниевые фотоэлектрические элементы со временем деградируют, это выражается в снижении получаемой при полном освещении мощности примерно на 10% от первоначального номинала за каждые 10 лет активной эксплуатации.
То есть если в 2019 году приобреталась новая солнечная панель на 300 Вт, то к 2039 году она будет способна выработать максимум 240 Вт. По этой причине следует вычислять установленную мощность системы с определенным запасом по току. Что касается тонкопленочных элементов, то они временем не проверены, но специалисты утверждают, что скорость деградации в первые же годы у них многократно выше чем у монокристаллических и поликристаллических кремниевых элементов.
При нормальной эксплуатации ни замена элементов, ни какое бы то ни было иное специальное обслуживание монокристаллическим и поликристаллическим солнечным панелям не требуется. Они просты в установке, не содержат движущихся частей, их поверхность обращенная к солнцу всегда имеет защитное механически прочное покрытие.
Вольт-амперная характеристика солнечных батарей снимается в лабораторных условиях при производстве и приводится в спецификации. Стандартный тест проводится при радиации 1000 Вт/кв.м при температуре окружающего воздуха 25°С, как на широте 45°.
Здесь можно видеть крайние точки ВАХ, в которых снимаемая с батареи мощность обращается в ноль. Напряжение холостого хода — Voc — это максимально доступное напряжение на выходе батареи при разомкнутой цепи нагрузки. Ток при коротко замкнутой цепи нагрузки — Isc – это, соответственно, ток при нулевом выходном напряжении.
Практически батарея всегда работает в неком оптимальном режиме где-то посередине между этими двумя точками. В оптимальной точке MPP — максимальная мощность нагрузки. Номинальное напряжение для точки максимальной мощности обозначается Vp, а номинальный ток для данной точки — Ip. В этой точке определяется и КПД солнечной панели.
В принципе солнечная батарея способна работать в любой точке ВАХ, однако для получения максимальной эффективности полезно использовать точку наивысшей мощности, поэтому солнечные панели никогда не питают нагрузку напрямую. Для достижения лучшей эффективности, между солнечной батареей и аккумуляторами (инвертором) следует подключить контроллер заряда с технологией MPPT, который всегда будет работать в точке максимума доступной мощности при любой текущей интенсивности солнечного освещения.
Источник
Какое напряжение у солнечных батарей?
Все знают, что солнечные батареи производят электричество из солнечного излучения. Но для многих встает вопрос, какое напряжение у солнечных батарей. Ведь мы все привыкли пользоваться электроприборами работающим на бытовом электричестве 220 Вольт переменного напряжения. А мелкие устройства как игрушки, телефоны и прочая электроника вообще работают на самых разнообразных аккумуляторных батарейках постоянного тока. Автомобили питаются от больших аккумуляторных батарей стандарта на 12 и 24 вольта тоже постоянного тока. Так какое напряжение у солнечных батарей, для каких устройств они подойдут, и можно ли их взять и подключить к электроприборам напрямую? Чтобы получить переменное напряжение необходимо вращение
электромагнитного поля, для изменения полярности напряжения, от отрицательного значения до положительного. Кроме того вращение электромагнитного поля дает плавное изменение напряжения, абсолютно без скачков, ступенек и резкого изменения полярности. Во всех остальных случаях получение электричества без преобразования будет постоянным положительным, т.е. выше значение напряжения будет выше нуля.
Так как в солнечных батареях нет никакого вращения и электронного преобразования, а солнечный свет, падающий на них в течение дня практически постоянен, облачность не в счет, то получаемое электричество от солнечных батарей будет с напряжением постоянного тока.
Какая величина напряжения в солнечных батареях?
Так как электроэнергию у нас хранят в аккумуляторах, а все аккумуляторы имеют постоянное напряжение. То солнечные батареи изготавливают с напряжением подходящим для заряда аккумуляторов, равным номинальному напряжению аккумуляторов, или немного выше – равным максимальному напряжению акб для лучшего заряда. К примеру, номинальное напряжение акб 12 вольт, максимально заряженный акб имеет напряжение 14 вольт. Солнечная батарея имеет номинальное напряжение также 12 вольт, а максимальное 14-17. Сделан запас по напряжению для заряда разных по типу аккумуляторов. Но напрямую подключать солнечные батареи к акб нельзя, можно испортить акб. Некоторые акб лучше заряжать напряжением в 16 вольт, а некоторые не выше 14,5 вольт, причем необходимо еще регулировать ток идущий от батарей его тоже необходимо регулировать, уменьшать в процессе заряда. Управлением и регулировкой тока и напряжения будет заниматься контроллер заряда. В нем используется специальная программа и аппаратная технология заряда, позволяющая не только правильно и эффективно заряжать акб, но и даже восстанавливать глубоко разряженные акб, в которых пошел процесс пагубной кристаллизации пластин – сульфатация. Также немного повышенное напряжение в солнечных батареях используется, чтобы при кратковременных перегреваниях света облаками, напряжение солнечных батарей не падало ниже номинальных 12 вольт, и заряд от акб не перетекал в солнечные батареи обратно. Во всех современных солнечных батареях установлены диоды, на выходе контура пластин, перекрывающие обратное течение тока от акб.
В соответствии со стандартами напряжения аккумуляторов, бытовые солнечные батареи выпускают на 5В, для малых аккумуляторов, и на 12 и 24 вольта для остальных аккумуляторных батарей.
Существуют нестандартные солнечные батареи напряжением от 36 до 90 вольт. За счет другого подключения пластин, в них увеличено напряжение, но уменьшен зарядный ток. Такие солнечные батареи предназначены для подключения большого количества солнечных батарей, к примеру, для промышленных систем. В некоторых случаях батареи подключают в последовательные цепочки для получения 220 вольт постоянного тока, чтобы потом без использования повышающего трансформатора преобразовать его в переменное напряжение. Что уменьшает и упрощает устройство преобразователя – инвертора. Для промышленных систем или электропитания жилых кварталов солнечные батареи могут при помощи последовательного и параллельного соединения объединять в системы на 600 или 800 Вольт. Высокое напряжение в таких случаях необходимо для уменьшения силы тока. Это позволяет использовать более тонкие и длинные провода, уменьшает расход металла на провода, и позволят передавать электричество на большое расстояние.
Также и в домашних системах часто используется повышенное номинальное напряжение солнечной электростанции на 48 или 96 вольт. В такой системе акб и солнечные батареи соединяются в последовательно параллельные цепочки.
Дополнительным плюсом повышенного напряжения в солнечных системах является меньшая чувствительность к изменению и уменьшению освещенности солнечных батарей в облачную погоду или при низом положении солнца утром или вечером.
Источник
Номинальная мощность солнечной батареи. Что нужно и важно знать?
Для сравнения различных моделей фотоэлектрических модулей между собой и с изделиями других производителей используется параметр номинальной мощности солнечной батареи, например 280Ватт.
Это означает, что солнечный модуль будем вырабатывать не менее 280Ватт, в солнечный день при соблюдении определённых условий:
- Освещенность не менее 1000 Ватт *м²;
- Ориентация строго на Юг и под углом, соответствующим азимуту;
- Окружающая температура воздуха 25°С;
- Отсутствие затенений и другие менее значительные.
Каждое, из условий эксплуатации, влияющих на работу и вырабатываемую мощность солнечной батареи, стоит разобрать подробнее, но это мы сделаем позднее. В этой статье мы хотим сделать акцент на маркировке завода-изготовителя и ответить на самый популярный вопрос: «почему панели разных производителей, но с одинаковой площадью имеют разные показатели номинальной мощности?».
Почему солнечные батареи разных производителей, но с одинаковыми размерами имеют различные показатели номинальной мощности?
Однозначного ответа здесь дать нельзя, так как существует несколько вариаций:
1.Эффективность ячеек, будь то монокристалл 125х125мм или поликристаллические 155х155мм (а также любые другие их вариации в нарезке), — каждый год растёт. С изменением эффективности увеличивается и мощность готовых изделий — солнечных батарей. Но так как увеличение эффективности носит мировой характер, то и найти устаревшие ячейки сложно, они быстро выходят из обихода и редко используются известными производителями. То есть процесс должен быть максимально равномерным для всех производителей и поставщиков, а разрыв номинальной мощности в пределах одного размера — не заметным для потребителей.
2.Более явной причиной различия заявленной номинально мощности является «классификация завода-изготовителя своих конечных продуктов». Здесь стоит упомянуть, что в мировых стандартах ценообразования, цена на солнечные батареи указывается за Ватт. То есть чем выше мощность изделия, тем дороже оно в конечном виде. Такая система ценообразования заставляет заводы с низким набором конкурентных преимуществ указывать номинал панели по максимальному параметру, с оговоркой «Power tolerance ± 5%».
Увидев такой показатель в паспорте модуля, конечный заказчик должен понимать, что номинальная мощность солнечной панели указана с вероятным отклонением, как в большую, так и в меньшую сторону с вероятностью 5%. Для солнечной панели 280 Ватт это означало бы диапазон от 266 Ватт до 294 Ватт. Но, это исключительно о производителях с низким показателем конкурентоспособности, потому как заводы-изготовители с хорошим имиджем никогда не завышают номинальную мощность и показатель «Power tolerance», а заявляют только в плюс, например «Power tolerance 0
3.Существующая система OEM (англ. original equipment manufacturer — «оригинальный производитель оборудования» — организация, продающая под своим именем и брендом оборудование, сделанное другими предприятиями), получившая широкое распространение, в том числе и в России, вкупе с «жгучим желанием» заводов, не имеющих возможность выпускать конкурентный продукт, иногда выпускает на рынок товары, мощности которых указаны «по желанию заказчика», в частичном «отрыве от реальности». Одним словом покупатель, роль которого выполняет компания-поставщик товаров на российский рынок, по собственному желанию может указать номинал и другие характеристики товара, заведомо округлив их в большую сторону. Так получаются «сверхэффективные», но только «по бумажкам» солнечные панели. К сожалению, такие продукты очень часто встречаются как в «эконом», так и в среднем сегменте. Как проверить? До покупки, к сожалению, никак. Проверить можно лишь в реально работающих системах и в сравнении.
Отвлекаясь на возможные причины различий номинала солнечных батарей, мы совсем забыли рассказать о фактическом наличии разницы параметров, в разрезе даже одной партии одного производителя она обязательно есть.
Рассмотрим сертификат завода, прилагаемый к паллету с 26тью солнечными панелями HH-POLY280W. Нужно отметить, каждая солнечная панель имеет свой уникальный серийный номер! Это обязательное условие заводов, производящих качественную продукцию. Серийный номер содержит всю информацию о сроке производства и позволяет отследить данные используемых материалов. Серийные солнечные батареи проходят обязательно исследование параметров готового изделия. Полученные данные заносятся в систему и прилагаются вместе с поставкой. Например, рассмотрим рис.1:
В паллете №10 с завода прибыло 26 солнечных панелей с номенклатурой HH-POLY280W, 280Вт. Каждое изделие имеет серийный номер из 20 букв и цифр. Для каждого указаны параметры рабочего напряжения, напряжения холостого хода, тока короткого замыкания, максимальной мощности и эффективности. Обратите внимание, что для большинства фотоэлектрических модулей с номинальной мощностью 280Ватт (заявленной заводом и поставщиком), согласно исследованиям Pmax находится в диапазоне 295,33
303,19 Ватт. А эффективность поликристаллических панелей достигает 18,56%.
То есть солнечная панель HH-POLY280W — 280Вт по праву может считаться 300Вт моделью солнечной батареи, о чем свидетельствую проведенные исследования.
Источник
Как выбрать солнечные батареи. Советы покупателю
Солнечная батарея — устройство, преобразующее солнечное излучение в электрическую энергию. Впервые метод работы солнечной батареи был разработан 1839 году физиком Александром Беккерелем. Практическое применение метод получил в 1873 после изобретения первого полупроводника. Технология использования энергии солнца в целях ресурсообеспечения приобретает все большую популярность по всему миру. Получаемый вид энергии является возобновляемым, финансовые затраты при эксплуатации солнечных батарей очень низкие — средства требуются только на покупку и установку оборудования. Энергия, вырабатываемая этим источником, является дешевой и доступной и благодаря этому широко используется по всему миру. И если вы решили приобщиться к обществу «зеленой энергетики», то начать надо из того, чтобы разобраться — как правильно выбрать солнечные батареи для частного дома, дачи или даже квартиры.
Как устроены солнечные батареи?
Стандартная солнечная батарея состоит из алюминиевой рамы, солнечных элементов, специального стекла, подложки, токоведущих жил и распределительной коробки.
Рис. 1 Устройство солнечной батареи
Рама панели — алюминиевая конструкция, придающая жесткость изделию и образующая основу для остальных деталей батареи. Солнечные элементы — кремниевые полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи, выращиваемые, как правило, монокристаллическим или поликристаллическим методом. Использование полупроводниковых преобразователей дает возможность прямого, одноступенчатого преобразования энергии, что позволяет использовать солнечные батареи наиболее эффективно.
В солнечной батарее используется фотовольтаический эффект, возникающий в неоднородных полупроводниковых структурах при контакте с солнечным излучением. Неоднородность полупроводникового слоя солнечной батареи достигается легированием одного полупроводникового слоя различными примесями или соединением нескольких слоев полупроводников с различной шириной запрещенной зоны — созданием гетеропереходов. Также методом получения неоднородных кремниевых полупроводников является изменение химического состава полупроводника. Эффективность использования фотопроводника характеризуется оптическими свойствами проводника, одним из которых является фотопроводимость. Потери энергии при работе солнечных батарей связаны с несколькими процессами: частичным отражением солнечных лучей от поверхности преобразователей; прохождением части лучей, через фотопреобразователи без поглощения в них; рассеянием избыточной энергии фотонов на тепловых колебаниях решетки; внутренним сопротивлением преобразователей.
Выбор параметров солнечной батареи
При выборе солнечной батареи перед покупателем встает вопрос «Как выбрать подходящую солнечную батарею?» Существует несколько видов фотоэлементов, имеющих свои преимущества и недостатки:
- Поликристаллические элементы, в которых полупроводник производится поликристаллическим способом, этот метод удешевляют солнечную батарею, но снижают эффективность её работы. КПД элементов составляет 17-19%.
- Монокристаллические. Если элементы выращиваются монокристаллическим способом, то КПД фотоэлементов составляет 20-21%. Стоимость батарей при таком способе производства кремния увеличивается, но площадь фотоэлементов для получения энергии того же количества снижается. Готовые солнечные батареи, изготовленными поликристаллическим способом имеют КПД 13-17 %, а с фотоэлементами, изготовленными монокристаллическим способом — КПД 15-18,5%,
- Аморфные. Самым низким КПД (4-6%) обладают солнечные батареи, в которых фотоэлементы изготавливают из аморфного кремния.
- Арсенид галлиевые. Для изготовления высокоэффективных преобразователей в настоящее время широко используются GaAs — Арсенид галлия, имеющий гетероструктуру и более широкую запрещенную зону, это позволяет увеличить КПД солнечных батарей до 35-40%, правда такой тип элементов имеет очень высокую цену и используется только в космической отрасли.
Рис. 2 Типы солнечных элементов
На что обратить внимание при выборе солнечных батарей?
При выборе солнечных батарей для частного дома или дачи необходимо обратить внимание не только на КПД батареи, которое в современных конструкциях на основе кремниевых элементов, ограничивается величиной 20-21%, но и на суммарную мощность купленной солнечной электростанции. Она должна обеспечить электроэнергией, достаточной для потребления электросистемой дома в любую погоду.
Зимой сильно снижается длительность светового дня, поэтому в регионах, где это наблюдается, необходимо делать запас мощности, чтобы батарей хватало на то время, когда солнце менее активно. Почему выработка зимой меньше? Не нужно думать, что из-за холода батарея будет хуже работать. Негативное действие на эффективность работы оказывают осадки в виде снега, которые необходимо удалять и меньшая продолжительность светового дня с высокой облачностью – именно это негативно влияет на выработку электроэнергии в зимнее время. Летом солнечная батарея генерирует меньшее напряжение, чем зимой. В жару температура на поверхности гелиопанели может достигать 50–55 °С, что снижает эффективность фотогальванических элементов.
Еще один важный момент при составлении плана «Как выбрать солнечные батареи для домашней электростанции» — эффективность финансовых вложений. Многие батареи при правильном выборе окупаются достаточно быстро, так как производимая при использовании энергии солнца электроэнергия является бесплатной. Выходное номинальное напряжение солнечных батарей кратно 12В и 24В, но бывают и 20В – это панели с 60 элементами. Фактическое напряжение на выходе гелиопанелей, как правило больше номинального. Так гелиопанель с выходным номинальным напряжение, равным 12В, в точке максимальной мощности выдает 17В, а при холостом ходе выдает 23В. Аналогично работают и батареи с номинальным напряжением на выходе 20 В и 24В. Двадцативольтовая батарея выдает напряжение на выходе 30В точке максимальной мощности и 39В — в режиме холостого хода, а двадцатичетырехвольтовая соответственно — 37В и 45В.
Типовые ошибки при выборе солнечных батарей для дома
Собирая себе солнечную электростанцию самостоятельно, чаще всего допускаются ошибки связанные с подбором оборудования, отметим основные из них:
- Не правильно подобранное напряжение аккумуляторов и солнечных батарей, используемых в одной системе;
- Использование ШИМ контроллера с 60 ячейковой солнечной панелью;
- Не учтенный температурный коэффициент, связанный изменением напряжения, при изменении температуры;
- Использование разных аккумуляторов, при последовательном подключении;
- Неверно подобранное сечение перемычек между инвертором и АКБ;
- Пренебрежение защитными устройствами.
После подбора оборудования ошибки дилетантов не заканчиваются, поскольку впереди монтаж. При установке солнечной электростанции своими руками ошибки чаще допускаются такие:
- Неправильная пространственная установка самих солнечных батарей;
- Падение тени на ячейки от деревьев и соседних построек;
- Неверное подключение оборудования. Если в системе даже всего два АКБ, последовательное соединение могут перепутать с параллельным. Не говоря уже о нескольких АКБ, когда требуется сделать последовательно – параллельное соединение. Это касается и подключения солнечных батарей;
- Плохой контакт в электрических соединениях. Касаемо изготовления перемычек кустарным способом, без применения специального инструмента. Применение скрутки, пайки коннекторов MC4 и другие ненадежные соединения.
Это только самые распространенные ошибки, но на практике их гораздо больше. Если вы решили собирать солнечную электростанцию самостоятельно, проконсультируетесь со специалистами, это поможет избежать ошибки, сэкономить деньги и да, консультацию у нас можно получить бесплатно.
Мнения экспертов о продукции
Выбор типа солнечной станции зависит от задачи, которую необходимо решить с помощью альтернативных источников энергии.
В настоящее время наиболее широко применяются три типа солнечных электростанций:
- Автономные. В местах, где нет подключения к центральной сети, в садах, на дачах, автономные солнечные электростанции самые востребованные, хорошо подходят для освещения и других жизненно важных электроприборов. Применение автономных солнечных станций позволяет существенно экономить финансы, на жидкое топливо для генераторов, особенно в районах с большим количеством солнечных дней.
- Комбинированные с сетью. Если есть центральная сеть, то не нужно отказываться от нее, лучше сделать систему совместную с сетью. Автоматическая работа инвертора, входящего в состав такой станции, будет самостоятельно выбирать источник питания электрических приборов. А входящие в состав аккумуляторные батареи будут источником резервного электроснабжения, при отключениях сети.
- Сетевые on-grid. Сетевые солнечные электростанции самые выгодные и быстро окупаемые, поскольку не имеют в составе аккумуляторных батарей и преобразование энергии происходит с высоким КПД. Более того, позволяют передавать (продавать) излишки генерируемой электроэнергии в сеть, тем самым ускоряя процесс окупаемости. Во многих странах при такой генерации с помощью возобновляемых источников для продажи электроэнергии действует «зеленый тариф». В РФ в 2019 году принят в первом чтении Федеральный закон №581324-7 «О внесении изменений в ФЗ «Об электроэнергетике» в части развития микрогенерации», который позволит реализовывать электрическую энергию, вырабатываемую альтернативными источниками, по специальному тарифу. Покупка гарантирующим поставщиком электроэнергии от объектов микрогенерации будет обязательной. Цена купли-продажи будет равна средневзвешенной нерегулируемой цене на электроэнергию на ОРЭМ. Доходы физических лиц, возникшие при реализации лишней электроэнергии, произведенной для нужд своего домохозяйства, не будут подлежать налогообложению.
Независимо от выбранного типа солнечной электростанции, стоит понимать, что для надежной и эффективной работы лучше приобретать высококачественные солнечные батареи. Несмотря на более высокую стоимость они более эффективны и долговечны. Срок службы батарей может достигать 30 и более лет. Покупатели часто задают вопрос: «Почему выработка зимой меньше?» Не нужно думать, что из-за холода батарея будет хуже работать. Негативное действие на эффективность работы оказывают осадки в виде снега, которые необходимо удалять, плюс меньшая продолжительность светового дня с высокой облачностью – именно это негативно влияет на выработку электроэнергии в зимнее время. Летом солнечная батарея генерирует меньшее напряжение, чем зимой. В жару температура на поверхности гелиопанели может достигать 50–55 °С, что снижает эффективность фотогальванических элементов.
Источник