Формула расчета кпд солнечной батареи

100 (несуществующий идеал)

Факторы, влияющие на эффективность солнечных батарей

Важно понимать, что этот вопрос необходимо разделить на два блока — качество самих модулей и климатические параметры, в которых используется электростанция. Если использовать простой язык, то эффективность солнечных панелей прямо пропорциональна эффективности работы полупроводников, чьи функции базируются на физических принципах pn-переходов. КПД солнечных батарей, изготовленных из кремния, достаточно невысок. Причина известна — упомянутый материал улавливает исключительно инфракрасный сегмент света. Энергия ультрафиолетового излучения для него остаётся недоступной. Однако отказаться от кремния невозможно из-за его доступной цены. Иные факторы, влияющие на эффективность устройства, не зависят от характеристик материалов и связаны с атмосферными условиями и обслуживанием устройств.

• Чистота поверхностей панели. Энергия, отдаваемая вашему дому гелиосистемой, зависит от чистоты рабочих поверхностей панелей. Ввиду этого, как правило, они устанавливаются таким образом, чтобы дождевые потоки, снег и грязь естественным образом смывались с конструкции.
• Тень. Если выбрано решение, подразумевающее несколько панелей, тень от любого из них не должна падать на соседнюю батарею. Иначе коэффициент полезного действия будет стремительно падать. То же самое касается и тени от ближайшей инфраструктуры — столбов, вышек, деревьев, соседских построек и так далее. Возводить солнечные батареи в этом случае категорически не рекомендуется.
• Погода. Использование гелиосистемы зимой по причине короткого дня и длинной ночи, а также неинтенсивных солнечных лучей в случае пасмурной погоды, менее эффективно. Летом КПД оборудования достигнет 14-15% (жара “съест” 2-3%), зимой — 18-19%. При этом осадки незначительно воздействуют на работу устройств: КПД панелей при наличии облаков снижается на максимум 25% (роль играет плотность облаков). Большинство батарей работает в диапазоне от -40 до +80 градусов по Цельсию. Правило таково: чем ниже температура, тем выше производительность. 25 градусов по Цельсию — наилучшая среда для работы оборудования.
• Вектор доставки света. Панели необходимо располагать так, чтобы они “впитывали” максимум радиации Солнца. Разумеется, юг — лучшая сторона для инсталляции электростанции. Зимой необходимо немного батареи приподнять, летом — опустить.
• Ночь. На данном этапе это неустранимый фактор. В отсутствие света конструкции не функционируют, а их собственники берут свет из общей сети или аккумуляторов. Хотя нужно упомянуть особый вид всепогодных панелей, созданных китайскими учёными в 2017 году; они работают круглосуточно и, соответственно, существенно повышают окупаемость устройства.

Если говорить об Украине, то чем южнее установлены электростанции, тем они эффективнее. Кроме того, восток страны более освещён, нежели её запад. В итоге, лучшее место для установки батарей — это Крым и южная часть Одесской области. Во всех остальных регионах наиболее продуктивны шесть месяцев — с мая по август. И пару слов о панелях, бывших в употреблении. Не рекомендуется их приобретать, поскольку их мощность будет ниже заявленной. Новые панели более эффективны и экономически целесообразны.

Способы увеличения КПД

Разумеется, первый шаг в этом направлении — это корректировка подвластных пользователю факторов, влияющих на эффективность электростанцией — тени, грязи и так далее. Кроме того, у силиконовых фотоэлементов — основы для самых распространённых панелей — есть определённый срок службы. Ещё говорят, что они “деградируют” и теряют производительность. Уже сейчас мировые учёные работают над так называемым “базовым КПД” — уровнем неизменной эффективности. Этот показатель постоянно растёт. Крыша вашего дома, где вы запланировали разместить батареи, может для этого не подходить. Тогда придётся установить их на специальную опору, которая даже позволяет элементам крутиться вслед за солнцем (благодаря поворотному трекеру). Панели меняют не только угол, но и направление. По оценкам, установка одного поворотного трекера даёт сразу плюс 40-50% эффективности. Впрочем, он весьма дорог. На рынке существуют новые высокоэффективные (43,5%) пятислойные панели фирмы Sharp, четырёхслойные фирмы Soy-Tech (44,7%) и устройство в Институте интегральных схем Фраунхофера (Германия). В последнем учреждении эффективность батареи достигает фантастических 47% — это мировой рекорд.

Если вы решили приобрести солнечную электростанцию, специалисты SUNSAY Energy готовы проконсультировать в удобное для вас время и посоветовать панель, идеально отвечающую вашим потребностям.

Источник

КПД солнечной батареи – что это?

Всем прекрасно известно, что чем больше коэффициент полезного действия, тем лучше. Это правило распространяется и на КПД солнечных батарей. Благодаря новым технологиям и способам производства КПД фотоэлементов постоянно растет, правда очень медленно, но главное — прогресс не стоит на месте.

Ниже приведен график достижений эффективности разных производителей, с течением времени. Начиная с середины и до самого верха — полупроводники разрабатывались для новых рекордов и космических задач, стоимость соответствующая. Все что ниже уже доступно и реально приобрести в наше время.

Всем известно про КПД, но мало кто понимает откуда берутся эти значения в процентах и как они рассчитываются. Давайте попробуем разобраться.

Как правило, завод изготовитель указывает эффективность своих собранных модулей и эффективность отдельных солнечных элементов, из которых состоит солнечная батарея. Эти параметры, как и другие характеристики, указываются при так называемых стандартных условиях — STS, основными из них является инсоляция 1000Вт/м² и температура элементов 25°С при которых и снимаются технические характеристики, в том числе и эффективность.

В настоящее время добросовестные изготовители стали тестировать каждую произведенную ими солнечную батареи после сборки и делать распечатку индивидуальных параметров, которую вкладывают к каждой батарее. Делается это для подтверждения качества своих изделий.

Ниже приведена распечатка одной из солнечных батарей SY-100 от Suoyang energy:

Каждый модуль имеет свои индивидуальные характеристики. Если взять две одинаковые панели одной модели они все равно будут иметь немного разные параметры.

Солнечные батареи данного производителя имеют положительную толерантность, в итоге мы имеем 104,617 Вт и эффективность 15,74% (отдельный элемент 18,7%). Как он получил это значение?

Формула расчета эффективности солнечных батарей выглядит следующим образом:

КПД = Pсб/Sсб/10, где:

Pсб – мощность СБ;

Sсб – площадь СБ.

Подставим значения в формулу:

КПД = 104,617/(1,2*0,554)/10 = 15,74%

Все сходится, но возникает еще один вопрос: почему тогда КПД отдельных фотоэлементов выше? Ответ прост – все дело в том, что солнечная батарея состоит из множества фотоэлементов и между ними есть небольшое расстояние, которое не используется для выработки энергии, плюс алюминиевая рама тоже «занимает место», соответственно площадь увеличивается, а КПД при этом снижается.

Ниже приведены фотографии и видео некоторых попыток получения большей эффективности фотоэлементов, с помощью создания элементов сложной формы, принудительного охлаждения солнечных элементов и фокусирования света с помощью линз. Возможно новинки хорошо покажут себя, их пустят в массовое производство, и они станут доступными для нас с вами.

Это гибридная солнечная батарея Vitru, в борьбе за эффективность производитель борется с нагревом элементов. Вода в колбе охлаждает элементы, в следствие чего не снижается напряжение и не падает мощность.

Новинка пока не продается и находится в стадии тестирования, но как заявляет V3Solar, весь секрет в конусной форме и вращения конструкции, благодаря этому ячейки не успевают нагреваться и КПД не снижается в течении всего дня.

Видео наглядно демонстрирует в чем заключается смысл задумки:

В отличие от предыдущих идей, борющимися с повышением температуры, эта конструкция в виде шара от Beta Torics, достигает производительности 35% благодаря концентрированному солнечному свету.

Источник

2.3.2 Расчёт кпд солнечной батареи и коэффициента заполнения при различной плотности излучения

Для расчёта КПД солнечной батареи сравним мощность излучения, падающего на батарею от источника света и мощность, выдаваемую при этом солнечной батареей. Для этого определим площадь солнечной батареи по формуле 2.3:

где S, [м 2 ] – площадь солнечной батареи, a, [м], b[м] – геометрические размеры батареи солнечных элементов.

Мощность падающего излучения на солнечную батарею определим по формуле 2.4:

Wi = S* Et(среднее)

где Wi, [Вт] – мощность падающего излучения на солнечную батарею, S, [м 2 ] – площадь солнечной батареи, Et(среднее) — определим из формулы 2.2.

Wi (234) = 23.7276 Вт , Wi (170) = 17.238 Вт, Wi (120) = 12.168 Вт

По таблицам: 2.1, 2.2.А, 2.2.Б. и по графикам кривых мощности рис. 2.14, рис. 2.16, рис. 2.18, определим максимальную мощность выдаваемую батареей солнечных элементов при различной плотности падающего излучения: W_max(234) = 1.9076 Вт

Определим КПД солнечной батареи по формуле 2.5:

где η – КПД, Wi, [Вт] — определяем по формуле 2.4, W_max, [Вт] – максимальная мощность, выдаваемая солнечной батареей при данной мощности падающего излучения.

η(234) = 0.0804 = 8.04%

η(170) = 0.0783 = 7.83%

η(120) = 0.0796 = 7.96%

Из значений КПД для различных уровней освещённости солнечной батареи при постоянном спектральном составе излучения можно сделать вывод, что с изменением освещённости КПД остаётся примерно постоянным, а небольшие отклонения объясняются погрешностью измерений.

Определим коэффициент заполнения как отношение максимальной мощности, выдаваемой солнечной батареей к произведению напряжения холостого хода и тока короткого замыкания. Коэффициент заполнения определим по формуле 2.6:

где K_z – коэффициент заполнения, W_max, [Вт] – максимальная мощность, выдаваемая солнечной батареей при данной плотности падающего излучения, U_xx,[В] – напряжение холостого хода батареи, при отсутствии внешнего потребителя, I_кз, [А] – ток короткого замыкания.

Значения W_max, U_xx, I_кз берём из таблиц 2.1, 2.2.А, 2.2.Б. для различных уровней освещённости.

Источник