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

Солнечная батарея: мощность, характеристики, выбор и установка

Все чаще жители России оборудуют свои дома и квартиры системами автономного питания или водоснабжения. Это неудивительно при темпе роста сумм в счетах за коммунальные услуги. К примеру, если нет возможности сэкономить на электроэнергии без установки дополнительного оборудования, неплохим выходом может стать приобретение мощной солнечной батареи с панелями для энергоснабжения всего дома или более дешевой, способной обеспечить питанием часть квартиры. Конечно, здесь не обойтись без первоначальных вложений, однако они довольно быстро окупаются. Именно о подобной автономизации сегодня пойдет речь.

Солнечная батарея – что это?

Если быть точным в определениях, то сама по себе такая АКБ бесполезна для автономизации дома. Для того чтобы система функционировала, требуется дополнительное оборудование. Для преобразования ультрафиолетового излучения в электрическую энергию понадобится комплект солнечных панелей, который чаще всего монтируется на крыше дома либо внешней солнечной стороне балкона квартиры.

Мощность самой батареи очень важна – именно она определяет количество оборудования, которое будет работать от подобного оборудования. Однако многое зависит от того, сколько солнечных дней в году в том или ином регионе. Вся энергия, принятая за день элементами для солнечной батареи (панелями), накапливается в батарее и расходуется в темное время суток.

Их чего состоит солнечная батарея

Подобная система состоит из 4 основных элементов:

1. Панелей, принимающих ультрафиолетовые лучи и передающих их на преобразователь.
2. Инвертора, способного сгенерировать переменный ток из постоянного.
3. Аккумуляторных батарей, накапливающих энергию, полученную от панелей.
4. Датчика, контролирующего заряд. Он не дает батарее принять излишнюю энергию и увеличивает эффективность всей системы.

Стоимость солнечных батарей для дома может существенно отличаться, в зависимости от их мощности и емкости (комплект из 1 батареи на 60 Вт, аккумулятора, контроллера и инвертора обойдется от 27 000 руб. без установки, тогда как набор из 4 батарей на 230 Вт – более 300 000).

Достоинства и недостатки подобных установок

Если сравнивать количество положительных и отрицательных качеств солнечных батарей (мощность здесь значения не имеет), то плюсов можно найти значительно больше, чем минусов. Основными достоинствами можно назвать:

• отсутствие необходимости оплаты электроэнергии, что значительно экономит семейный бюджет;
• долговечность;
• техническое обслуживание не требуется в течении всего срока работы;
• шум, возникающий, к примеру, при работе обычного генератора отсутствует;
• достаточный коэффициент полезного действия (КПД);
• выработка электроэнергии является экологически чистой – какие-либо выбросы в атмосферу отсутствуют.

Отрицательный момент использования таких систем — это довольно высокая цена солнечных панелей. А также зависимость от погоды и необходимость наличия опыта установки и электромонтажа.

Цена солнечных панелей и ее зависимость от КПД

Стоит сразу отметить, что слишком высокого коэффициента полезного действия ожидать от подобных систем не стоит. В среднем это 9-19 %. Наиболее дешевым видом (от 70 руб. за 1 Вт) выработки электроэнергии можно назвать панели, изготовленные из теллурида кадмия – их КПД равен 11 %.

Немного дороже (от 200 руб. За 1 Вт) обойдутся пленочные изделия, коэффициент которых составляет около 9 %. Однако они наиболее просты в монтаже.

Самыми же дорогими являются монокристаллические кремниевые панели (1 комплект от 20 000 руб.). Они сложнее в установке, но имеют КПД до 19 %.

Критерии выбора оборудования по мощности

В зависимости от того, для питания какого оборудования будут использоваться панели, подбираются и их параметры. Именно поэтому, перед тем, как рассчитать мощность солнечных батарей для дома, следует переписать характеристики бытовых и осветительных приборов на отдельный лист. После этого складываются все показатели мощности, а к полученному значению добавляется 30 %. Это делается для того, чтобы осталась возможность подключения новой техники, которой в квартирах с каждым годом становится все больше.

При выборе стоит помнить, что АКБ малой мощности используют лишь для освещения дома и зарядки нескольких устройств. Средний класс уже способен обеспечить электроэнергией все бытовые устройства жилища. А вот солнечные батареи большой мощности дают возможность дополнительно подключить и отопление. Если установлены подобные АКБ и правильно подобрано количество панелей, это обеспечит полную автономность и независимость от централизованного энергоснабжения.

Как проверить выходную мощность солнечной батареи (панели)

Довольно часто потребители жалуются на несоответствие заявленных параметров оборудования с реальными. Особенно это касается фотоэлементов, приобретенных на китайских интернет-ресурсах. Для того чтобы убедиться, верно ли указаны технические данные, можно воспользоваться несколькими способами. Конечно, наиболее точный, но вместе с тем и дорогостоящий – это сдать панель в специализированную лабораторию. Но в России люди привыкли справляться со всеми вопросами своими силами. К тому же, лишние затраты здесь ни к чему, а значит стоит рассмотреть другие варианты.

Более сложный способ самостоятельной проверки

Для его производства потребуется специальный МРТТ-контроллер. Оборудование недешевое, но те, кто сталкивался с подобной проблемой, знают, что погрешность измерений при его использовании составляет всего 5 %. Также необходимо иметь под рукой чуть разряженный аккумулятор. Все замеры производятся в солнечную погоду при температуре не менее +18 °С. Порядок действий следующий:

• панель устанавливается под углом 45˚ к солнечным лучам;
• контроллер подключается к АКБ, после чего к нему присоединяют фотоэлемент;
• полученные на дисплее параметры (напряжение и ток) необходимо записать;
• показатели перемножаются.

Результатом будет реальная мощность, которую может вырабатывать панель.

Стоит отметить, что показания МРТТ-контроллера будут верными только при условии, что ток панели выше емкости аккумулятора. В обратном случае конечные данные по мощности следует умножить на 0,95.

Простейший вариант испытаний по мощности

Здесь не потребуется использования дорогостоящего оборудования. Достаточно обычного мультиметра. Перед тем как проверить мощность солнечной батареи, ее необходимо расположить аналогично предыдущему варианту, после чего установить тумблер тестера на максимум прямого тока. Записав эти показания, требуется переключить мультиметр на 10А и снова зафиксировать данные. Следует понимать, что конечный результат будет иметь погрешность около 10 %. На последнем этапе умножаем произведение зафиксированных показателей на коэффициент 0,78.

Размещение и коммутация солнечных панелей

Многие полагают, что если емкость батарей достаточна, централизованное энергоснабжение можно полностью отключить, однако это не так. Подобное обеспечение электричеством зависит от погодных условий, которые человек регулировать не в силах. Ведь если зимой будет пасмурная и снежная погода, которая задержится в регионе на 2-3 недели, то независимо от мощности солнечной батареи или ее емкости однажды жилище останется без электричества. Поэтому следует правильно смонтировать систему. Это позволит (в случае нехватки солнечного света) без проблем переключиться на централизованное питание.

Основную работу по переключению выполняет инвертор. Именно к нему подключены провода централизованной подачи электроэнергии и солнечной батареи. С помощью специальных микроконтроллеров подобное устройство самостоятельно переключит источник, если АКБ будет разряжена и наоборот. Таким образом, владелец и его техника полностью защищены от скачков или падений напряжения.

Даже если в регионе, где установлены солнечные батареи, солнечных дней всегда больше, и погода практически не преподносит сюрпризов, не стоит забывать о возможности выхода оборудования из строя. От поломки никто не застрахован, а остаться без света и тепла в зимнее время вряд ли кому-либо захочется.

Варианты коммутации батарей в зависимости от типа панелей

Здесь можно провести аналогию со светодиодными лентами, которые могут работать от различного напряжения. Чаще всего это 12, 24 или 36 В. Разница лишь в том, что солнечные панели могут вырабатывать 12, 24 или 48 В. Именно от этого и будет зависеть вариант подключения аккумуляторов:

• при напряжении 12 В все просто – более одного АКБ коммутируются параллельно, что увеличивает их емкость;
• 24 В – 2 аккумулятора подключаются последовательно. Возможен монтаж четырех, шести и т.д. Количество обязательно должно быть кратно двум (парным);
• 48 В – 4 (8, 12…) АКБ с последовательным подключением по 4 шт.

Многим последний вариант более по душе, однако не стоит недооценивать напряжение в 48 В – оно уже считается опасным для жизни и здоровья человека. По этой причине специалисты не советуют установку подобных систем при отсутствии должного опыта и знаний техники электробезопасности.

Некоторые советы по размещению батарей и панелей

При монтаже подобного оборудования не стоит стараться закрыть всю площадь крыши. Размещение панелей на солнечной стороне вполне оправданно, а вот там, куда лучи попадают редко, фотоэлементы совершенно ни к чему. Сами аккумуляторы должны быть защищены от попадания влаги. Вредны им и прямые солнечные лучи. Следует предусмотреть и безопасность детей, если таковые есть в доме. Несмотря на то, что для взрослого человека напряжение 12 В практически безвредно, здоровью малыша такой разряд может нанести серьезный ущерб, вплоть до летального исхода, не говоря уже о 24 и 48 В.

Оптимальным расположением АКБ будет чердак. Если же планируется размещение на балконе, то можно установить аккумуляторы вряд, вдоль стен. Что же касается общего монтажа, то довольно подробная информация изложена в следующем видео.

Подводя итоги

Уменьшение счетов за коммунальные услуги – мечта практически каждого жителя нашей страны. Если все правильно рассчитать, то установка солнечных батарей с мощностью, достаточной для обеспечения электроэнергией всех необходимых устройств и приборов, будет первым и самым основным шагом к полной автономности дома и независимости от централизованного электроснабжения.

В дальнейшем, пробурив скважину во дворе, владелец сможет практически полностью отказаться от услуг коммунальных служб. Единственное, от чего зависит автономизация дома – это финансовые возможности. Ведь изначально потребуется довольно приличная сумма, которая окупится лишь через 2-3 года. А значит, можно с полной уверенностью утверждать, что солнечные батареи – долгосрочная инвестиция, которая со временем принесет довольно существенные дивиденды.

Источник