Фотоэлектрические модули для солнечных батарей это

Статьи

Фотоэлектрические модули (ФЭМ)

Основным компонентом для построения фотоэлектрических систем (ФЭС) являются фотоэлектрические модули (ФЭМ).

Кристаллический кремний — это основная форма, в которой используется кремний при производстве фотоэлектрических преобразователей и твердотельных электронных приборов методами планарной технологии. Активно развивается использование кремния в виде тонких плёнок (эпитаксиальных слоёв) кристаллической и аморфной структуры на различных подложках.

Кристаллический кремний производится путём перекристаллизации поликристаллического кремния не смешанного либо смешанного в той или иной пропорции с кристаллическим кремнием. Перекристаллизация производится одним из известных способов. Наиболее распространёнными являются метод Чохральского, метод направленной кристаллизации расплава в тигле. В меньшей мере для получения наиболее чистых кристаллов с максимальным удельным электрическим сопротивлением и временем жизни неосновных носителей заряда используется метод зонной плавки.

В зависимости от способа перекристаллизации различают:

1. кремний монокристаллический — цилиндрические слитки кремния моно- и поликристаллической структуры с диаметром до 400 мм, полученные методом Чохральского;

2. кремний монокристаллический бестигельный — цилиндрические слитки кремния монокристаллической структуры с диаметром до 150 мм, полученные методом бестигельной зонной плавки;

3. поликристаллический кремний — прямоугольные блоки, получаемые в больших тиглях (контейнерах) прямоугольной формы методом направленной кристаллизации. При кристаллизации температура расплава кремния в тигле (контейнере) по высоте постепенно понижается, тем самым кристаллиты растут в одном направлении, постепенно разрастаясь и вытесняя более мелкие кристаллиты. Размер зерна поликристалла выращенного таким образом может достигать в сечении перпендикулярном направлению роста 5-10 мм. Получившиеся блоки обрезают для удаления краевых участков, содержащих частицы тигля-футеровки, а полученный блок разрезают на призмы квадратного сечения с размерами 100х100 мм, 125х125 мм, 150х150 мм, 170х170 мм, 200х200 мм в зависимости от используемой технологии.

Устройства для прямого преобразования световой или солнечной энергии в электроэнергию называются фотоэлементами (по-английски Photovoltaics, от греческого photos — свет и названия единицы электродвижущей силы — вольт). Преобразование солнечного света в электричество происходит в фотоэлементах, изготовленных из полупроводникового материала, например, кремния, которые под воздействием солнечного света вырабатывают электрический ток. Соединяя фотоэлементы в модули, а те, в свою очередь, друг с другом. Можно строить крупные фотоэлектрические станции, солнечные батареи.

КПД фотоэлектрических установок на основе кристаллического кремния в настоящее время составляет около 14%, однако отдельные фотоэлементы могут достигать эффективности 20% и более. Различие между моно-, поликристаллической и аморфной формами в том, как организованы атомы кремния в кристалле. Различные ФЭ имеют разный КПД преобразования энергии света. Моно- и поликристаллические элементы имеют почти одинаковый КПД, который выше, чем у фотоэлементов на основе аморфного кремния.

В ФЭ имеется задний контакт и 2 слоя кремния разной проводимости. Сверху имеется сетка из металлических контактов и антибликовое просветляющее покрытие, которое дает ФЭ характерный синий оттенок.

Простейшей солнечной батареей является цепочка из последовательно соединенных элементов. Можно соединить эти цепочки параллельно, получив так называемое последовательно-параллельное соединение. Параллельно можно соединять лишь цепочки (линейки) с идентичным напряжением, при этом их токи согласно закону Кирхгофа суммируются.

Электрические параметры солнечного фотоэлектрического модуля представляются как и отдельного солнечного элемента в виде вольтамперной кривой при стандартных условиях (Standart Test Conditions), т.е., при солнечной радиации 1000 Вт/м2, температуре 25оС и солнечном спектре на широте 45о(АМ1,5).

Солнечный модуль выполнен в виде панели, заключенной в каркас из алюминиевого профиля (либо на пластиковой основе). Панель представляет собой фотоэлектрический генератор, состоящий из стеклянной плиты, с тыльной стороны которой между двумя слоями герметизирующей (ламинирующей), пленки размещены солнечные элементы, электрически соединенные между собой металлическими шинами. Нижний слой герметизирующей пленки защищен от внешних воздействий слоем защитной пленки. К внутренней стороне корпуса модуля прикреплен блок терминалов, предназначенные для подключения модуля.

Кремниевые солнечные элементы являются нелинейными устройствами, и их поведение нельзя описать простой формулой типа закона Ома. Вместо нее для объяснения характеристик элемента можно пользоваться семейством простых для понимания кривых — вольтамперных характеристик (ВАХ)

Напряжение холостого хода, генерируемое одним элементом, слегка изменяется при переходе от одного элемента к другому в одной партии и от одной фирмы изготовителя к другой и составляет около 0,6В. Эта величина не зависит от размеров элемента. По иному обстоит дело с током. Он зависит от интенсивности света и размера элемента, под которым подразумевается площадь его поверхности.

Элемент размером 100*100 мм в 100 раз превосходит элемент размером 10*10 мм и, следовательно, он при той же освещенности выдаст ток в 100 раз больший.

Нагружая элемент, можно построить график зависимости выходной мощности от напряжения, получим ВАХ изображенную на рис.2

Пиковая мощность соответствует напряжению около 0,47 В. Таким образом, чтобы правильно оценить качество солнечного элемента, а также ради сравнения элементов между собой в одинаковых условиях, необходимо нагрузить его так, чтобы выходное напряжение равнялось 0,47 В. После того, как солнечные элементы подобраны для работы, необходимо их спаять. Серийные элементы снабжены токосъемными сетками, которые предназначены для припайки к ним проводников.

Батареи можно составлять в любой желаемой комбинации. Простейшей батареей является цепочка из последовательно включенных элементов. Можно также соединить параллельно цепочки, получив так называемое последовательно-параллельное соединение.

Следует заметить, что напряжение холостого хода модуля мало зависит от освещенности, в то время как ток короткого замыкания, а соответственно и рабочий ток, прямо пропорциональны освещенности.

Важным моментом работы солнечных элементов является их температурный режим. При нагреве элемента на один градус свыше 25оС (для кремния) он теряет в напряжении 0,0021В каждый, т.е. 0,4 %/градус. На рис.3 приведено семейство кривых ВАХ для температур 25оС и 60оС.

В яркий солнечный день элементы нагреваются до 60-70оС теряя 0,07-0,09В каждый. Это и является основной причиной снижения КПД солнечных элементов, приводя к падению напряжения, генерируемого модулем.

Уменьшение температуры солнечного элемета относительно идеальной 25оС приводит к увеличению напряжения.

Изменение напряжения фотоэлектрического модуля можно высчитать по формуле:

где 0,0021 — температурный коэффициент;

ϫТ = Т-25, Т – температура элемента;

N– количество элементов.

Точка пересечения кривой с осью напряжений называется напряжением холостого хода — Uxx, точка пересечения с осью токов – током короткого замыкания Iкз.

Максимальная мощность модуля определяется как наибольшая мощность при STC (Standart Test Conditions).

Напряжение, соответствующее максимальной мощности, называется напряжением максимальной мощности (рабочим напряжением — Up), а соответствующий ток — током максимальной мощности (рабочим током — Ip).

Значение рабочего напряжения для модуля, состоящего из 36 элементов, таким образом, будет около 16…17В при 25оС.

Такой запас по напряжению по сравнению с напряжением полного заряда аккумулятора (14,4 В) необходим для того, чтобы компенсировать потери в контроллере заряда-разряда АКБ. Следует заметить, что напряжение холостого хода модуля мало зависит от освещенности, в то время как ток короткого замыкания, а соответственно и рабочий ток, прямо пропорциональны освещенности.

Таким образом, при нагреве в реальных условиях работы, модули разогреваются до температуры 60-70оС, что соответствует смещению точки рабочего напряжения, к примеру, для модуля с рабочим напряжением 17В — со значения 17В до 13,7-14,4В (0,38-0,4 В на элемент).

Выбрать фотоэлектрический модуль вы можете в разделе нашего магазина

Источник

Преимущества солнечных панелей

В последнее время все более популярными становится солнечный фотоэлектрический модуль. Это устройство было создано с учетом всех современных технических достижений. Поскольку оно не содержит никаких мобильных деталей, то особого обслуживания и ремонта не требуется. Важным преимуществом солнечных панелей является абсолютная бесшумность и экологическая чистота.

Солнечный фотоэлектрический модуль

Технология изготовления

Солнечные батареи или фотоэлектрические модули изготавливаются из различных монокристаллических или поликристаллических панелей, еще совсем недавно появились аморфные солнечные модули. В качестве материала для них используется кремний. Благодаря подобной технологии изготовления данные панели имеют довольно высокий коэффициент полезного действия, который может достигать 25%. При этом стоимость таких батарей является относительно невысокой. Современные фотоэлектрические солнечные модули имеют достаточно большую длительность эксплуатации. Они могут выдерживать пиковую механическую нагрузке до 250 кг/м2. Каждая солнечная батарея является частью общей функционирующей фотоэлектрической системы.

Принцип работы

Каждая система состоит из большого количества элементов, принцип действия которых основывается на внутреннем фотоэффекте, который имеет место в полупроводниках. Его толщина находится в пределах 0,2-0,3 мм. Эти преобразователи изготовлены из кремния с различными добавками, которые используются для создания механизма с р-n-переходом. Получаемую энергию можно использовать либо напрямую в виде постоянного тока, или же заряжать с ее помощью аккумуляторные батареи для последующего применения. Кроме того, ее можно преобразовывать в обычный переменный ток со стандартным напряжением.

Виды фотоэлектрических панелей

На сегодняшний день выделяют два основных типа солнечных батарей:

• автономные устройства;
• модули, соединенные между собой электрической сетью.

Во втором случае, при избытке электроэнергии она подается в сеть и накапливается в аккумуляторе. Благодаря накопленной энергии, можно будет обеспечивать работу устройства даже при отсутствии солнечного света. Например, если взять несколько фотоэлектрических модулей суммарной мощностью на 100-150 ватт, то вместе с ними можно использовать аккумулятор на 100 ампер/час. Подобное устройство позволит обеспечить энергией не только освещение дома, но и работу различных бытовых приборов, таких как телевизор, холодильник или поливальный насос. Такие солнечные батареи помогут обеспечить снабжение целого дома в автономном режиме, используя для этого лишь излучение солнца.

Поэтому сейчас можно увидеть все более популярные мобильные домики, оснащенные системами автономного солнечного электроснабжения. Благодаря этому они могут не зависеть от стационарной электрификации. Если вы установите такие батареи на своем доме, то можно будет навсегда забыть об оплате за электроэнергию. Конечно, перед использованием этих панелей нужно тщательно рассчитать эффективность и экономичность этого метода в каждом конкретном доме.

Солнечный фотоэлектрический модуль для фасадов

Фотоэлектрические модули также используются для фасадов. Для этого фасадное стекло заменяется солнечными панелями аморфного типа, которые могут быть прозрачными и непрозрачными. Эти приборы, установленные на фасаде, смогут обеспечивать вас бесплатным электричеством не менее 20 лет подряд. Тем более что современные батареи могут генерировать энергию, как при прямом излучении солнца, так и в облачные дни. При этом подобный вариант отделки фасада не будет портить вентиляцию здания. Поэтому с точки зрения экономичности и технических факторов, использование фотоэлектрических батарей является целесообразным. Если вы закажете такие панели оптово, то тогда можно будет получить хорошую скидку. В результате, эти солнечные элементы окупятся уже через несколько лет.

Положительные качества солнечных фотоэлементов

Таким образом, панели на солнечных элементах являются экологически чистыми и максимально экономичными. Если объединить в одну сеть достаточное количество элементов, то их хватит для бесплатного обеспечения энергией любого жилого дома. При этом мощные панели отличаются более высокой стоимостью, чем обычные электростанции. Однако за счет длительного эксплуатационного периода и получения бесплатной энергии из солнечного излучения, фотоэлектрические панели быстро окупаются.

Основные преимущества солнечных панелей по сравнению с другими источниками энергии:

• длительный срок эксплуатации более 20-25 лет;
• отсутствие необходимости в регулярном обслуживании;
• экологически чистая работа;
• удобство установки даже в отдаленных труднодоступных местах;
• модульная компоновка;
• быстрая окупаемость;
• возможность интеграции с обычными электрическими сетями.

Фотоэлектрический модуль: факторы, влияющие на эффективность

Существует ряд факторов, которые напрямую влияют на эффективность фотоэлектрической панели.

Правильная ориентировка на стороны света

Традиционно считается, что фотоэлектрический модуль, должен быть ориентирован посередине между юго-восточным и юго-западным направлением. Наиболее удачной можно считать ориентировку на юг, в то время как северного направления стоит избегать. Читать: Актуаторы в системе слежения солнечных батарей.

Правильный угол наклона

Лучше всего размещать панель под наклоном, чтобы получить больше света. Эксперты считают, что угол наклона должен колебаться в пределах 20-90°. За счет минимального наклона можно добиться наиболее удачной естественной очистки модуля от загрязнения. В наших широтах наиболее оптимальный угол наклона должен находиться в диапазоне от 30 до 60°. Считается, что угол расположения должен соответствовать широте региона при южном расположении. При направленности на восток и запад оптимальная широта может быть несколько другой.

Уровень затененности

Устанавливая фотоэлектрический модуль следует располагать его так, чтобы его не затеняли рядом стоящие здания или деревья. Даже небольшая тень от дерева будет способствовать существенному снижению эффективности работы устройства.

Источник