Измеряемые показатели солнечной батареи

Способы измерения мощности солнечных батарей

Что нужно для того, чтобы измерить мощность солнечной батареи и не купить, например, батарею мощностью 70 Ватт с маркировкой 100 Ватт? Всего лишь самый дешёвый тестер (мультиметр) и ясная солнечная погода.

Способ №1 (самый простой).

Расположите солнечную батарею так, чтобы на ВСЮ её поверхность падал прямой солнечный свет ПЕРПЕНДИКУЛЯРНО поверхности. Необходимо проводить измерения при ясной погоде в середине дня весной-летом, когда Солнце находится максимально высоко над горизонтом (угол Солнца должен быть более 42 градусов над горизонтом).

Измерьте вольтметром напряжение холостого хода (Voc), подключив щупы вольтметра к разъемам солнечной панели.

Измерьте амперметром ток короткого замыкания (Isc), подключив щупы амперметра к разъемам панели.

Посчитайте мощность по следующей эмпирической формуле: P = Voc * Isc * 0.78, где коэффициент 0,78 — это примерное усреднённое отношение паспортной мощности панели к произведению паспортных Voc и Isc.

Чтобы определить мощность солнечной батареи, у которой в паспорте указано 100 Вт, мы провели измерения напряжения и тока, которые видны на фото выше: Voc = 22.08 Вольт и Isc = 6.37 Ампера. Подставив эти значения в формулу, можно узнать, что её мощность составляет 22.08 * 6.37 * 0.78 = 109.7 Вт.

Конечно, это не точный способ измерения и он даёт погрешность около 10%, но если при таком измерении Вы насчитаете только 70-80 Вт, то стоит задуматься, сколько же Вы реально заплатите за каждый Ватт мощности.

На протяжении многих лет мы неоднократно измеряли ток короткого замыкания солнечных батарей и заметили, что весной-летом при ясном небе в Москве ток обычно лежит в пределах от 95 до 105% от номинала. Самые низкие показания тока (около 70-80% от номинала) наблюдаются зимой и связано это с очень низким углом Солнца над горизонтом и большими потерями солнечной энергии в атмосфере.

Все фото измерений сделаны в Москве, в августе при температуре около 18 градусов в очень ясную погоду, в связи с чем мощность панели превышает свой номинал.

Источник

Главные показатели солнечных батарей

Монтаж солнечных батарей, сооружение домашней СЭС – затратная инвестиция, которая должна быть технически обоснованной и экономически выгодной. До приобретения такой дорогостоящей системы необходимо тщательно изучить все ее особенности. Разобраться на какие параметры нужно обратить внимание, чтобы подобрать качественные, долговечные и практичные солнечные батареи. Технический аспект вопроса – наиболее важен. Также не менее важными являются оценка качества изготовления панелей, отсутствие дефектов и, естественно, их эффективности.

Основные параметры, которые используются для характеристики эффективности солнечных панелей:

1. Выходная мощность, измеряемая в Вт или кВт

Поскольку в течение суток эффективность солнечного освещения сильно меняется, а ночью совсем отсутствует, то специалисты в расчетах принимают, что солнечная батарея в среднем за сутки обеспечивает до 20% от пиковой мощности. То есть 1 кВт выходной мощности позволяет за сутки сгенерировать примерно 4,8 кВтч энергии.

2. Техническая производительность различных фотоэлементов

Большинство панелей, используемых в домашних СЭС — поликристаллические. Их КПД варьируется в диапазоне 13% — 19%. В сравнении с монокристаллическими этот параметр составляет 18-22%, а для наиболее передовых, элементов гибридной конструкции — до 41-43%.

Колоссальные потери объясняются тем, что наибольшее количество солнечной энергии отражается от пластин либо расходуется на нагрев конструкции батареи.

Материал моделей также оказывает влияние на выходную производительность. КПД более дешевых кадмиевых пластин — 11%, фотоэлементы, состоящих из смеси солей меди, галлия, селена имеют КПД — 15%, а аналогичные элементы из органических полимеров — от 5%.

Чем параметр КПД батарей выше, тем, соответственно, меньшую площадь модулей потребуется использовать для выработки аналогичного количества мощности энергии.

Производительность солнечных батарей увеличивается до 15% при оснащении их солнечными концентраторами. Они повышают интенсивность падающего света с помощью оптики. Основной механизм концентраторов – механическое устройство, способное поворачивать оптическую систему в сторону падения солнечных лучей.

Еще на производительность оказывает влияние географическое расположение. К примеру, в северных регионах летом самые длинные дни, а зимой — длинные ночь, поэтому летом СЭС работает дольше и количество сгенерированной энергии больше.

3. Напряжение модулей

Напряжение батареи определяется числом фотоэлектрических элементов, соединенных последовательно. Рабочее напряжение каждого фотоэлектрического элемента составляет около 0.5 В. Современные модули могут иметь 36, 60, 72 элементов.

При максимальной мощности, у фотоэлектрического модуля, чем напряжение меньше, тем его эффективность работы возрастает.

4. Температурный коэффициент

Изменение выходных значений напряжение и тока каждого модуля характеризует температурный коэффициент. К примеру, модуля при увеличении температуры окружающей среды напряжение и мощность снижаются, а ток возрастает. Поэтому наибольшие показатели эффективности демонстрирует модуль, который характеризуется наименьшим температурным коэффициентом изменения мощности.

5. Качество изготовления

До приобретения батарей необходимо их визуально проверять на отсутствие повреждений и качество изготовления основных элементов: стекла, наличие защитной пленки и целостность рамы фотоэлектрического модуля. Производительность работы модуля зависит от:

• последовательного, обратного и шунтового сопротивлений;
• шумовых токов;
• состояния EVA-пленки, расположенной между элементами модуля и стеклом;
• качества герметизации задней защитной пленки и всей конструкции;
• состояния алюминиевой рамы и мн. др.

6. Период окупаемости

Срок окупаемости затрат – это количество времени, которое потребуется фотоэлектрическому модулю для выработки такого количество энергии, которая в денежном эквиваленте была потрачена на его производство.

Для современных модулей этот параметр составляет 1- 4 года. Инновационные элементы на базе тонкопленочных технологий окупаются наиболее быстро, обычно это 1 год или чуть больше. При этом заявляемая производителем продолжительность эксплуатации составляет 20-30 лет.

Источник

Как измерить мощность солнечной батареи: рекомендации

На данный момент рынок солнечных батарей представляет широкий выбор производителей с большим ассортиментом панелей и комплектующих. Но у людей, которые желают приобрести для своего пользования необходимое оборудование, самым первым вопросом является как можно измерять мощность и эффективность солнечных батарей. Для этого существует несколько методов, каждый из которых имеет свои возможности.

Главные характеристики солнечных батареи

Солнечная станция — достаточно сложная система, которая состоит не только из панелей и проводов. Одной из главных составляющих также считается аккумулятор, который концентрирует в себе накопленную электроэнергию и распределяет её во время активности потребителей. Поэтому стоит выделить главные характеристики, которые влияют на мощность батареи:

• производительная мощность панели (зависит от размера и материла);
• состояние аккумулятора (уровень его заряда, изношенность, объём);
• качество соединительных элементов (их сопротивление);
• позиция панелей к солнцу; погодные и сезонные условия.

Таким образом, мощность солнечной батареи — это итоговый результат комплексного взаимодействия всех этих факторов. Их учёт сможет не только подобрать необходимую вам мощность, но и в большинстве случаев найти оптимальный вариант, который поможет снизить расходы на комплектующие.

Способы измерения мощности

Большинство компаний чаще всего предоставляют своим клиентам солнечные станции «под ключ» с уже рассчитанной мощностью и ценой. Но всё же рекомендуется самостоятельно убедиться в достоверности данной информации. Существует несколько подходов к определению мощности, их можно разбить на две основные категории:

Теоретический подход — это сбор доступной информации о комплектующих, её сопоставление и расчёт. На сайте компании вы можете узнать заводскую мощность панелей, ёмкость аккумулятора, сопоставить это с вашим средним потреблением электроэнергии и в итоге рассчитать сколько панелей вам будет необходимо.

Например, комплект солнечных батареи мощностью 250 Вт и напряжением 12 В сможет обеспечить энергопотребление хозяйства 200 Вт/час. При условии активной нагрузки 6 часов в день и ёмкости электрического аккумулятора 16,7А/ч, который не рекомендуется разряжать ниже 75%.

Такой подход требует опыта и выдержки, так как придётся работать с математическими формулами и учитывать все важные показатели.

Практические методы проще, но требуют наличия специального оборудования. При этому, у вас должен быть доступ к батареям, которые вы собираетесь протестировать.

Метод первый

В солнечный день (весной или летом) необходимо расположить панель так, чтобы лучи максимально покрывали её площадь. Оптимальный вариант проводить тестирование в полдень — когда солнце находится на пике своего зенита.

Далее стоит взять два прибора — вольтметр и амперметр. Подключая эти приборы к разъёмам батареи, вы должны получить два значения: Voc — напряжения холостого хода (вольтметром) и Isc — ток короткого замыкания (амперметром). Зафиксировав показания, далее в документации к панели стоит узнать значение отношения базовой мощности к произведению напряжению холостого хода и тока короткого замыкания.

Допустим, что в нашем случае мы измеряем батареи с заявленной производителем мощностью в 100 Вт. Значения Voc — 22,10, значение Isc — 6,36, а третий показатель — 0,78. Таким образом, для расчёта мощности решаем формулу 22,10*6,36*0,78 = 109,63. Результат и есть мощностью панели в момент фиксации её показателей. Следует отметить, что при расчётах возможно отклонение до 10%. Значение 109,63 Вт для панели в 100 Вт — отличный показатель. Если же на практике в таких благоприятных условиях получается мощность ниже 70-80 Вт, то стоит засомневаться в покупке данного товара.

Метод второй

В этом случае понадобиться более сложный прибор — МРРТ-контроллер, а также аккумулятор с неполной зарядкой. Эксперимент также необходимо проводить в максимально благоприятных условиях. Далее МРРТ следует подключить к аккумулятору, а затем солнечную панель к МРРТ. В результате прибор покажет вырабатываемое напряжение панели (Vmp) и ток (Imp). Перемножив показания можно получить мощность.

Если Vmp — 18 В, а Imp — 6 А, то в результате получится мощность станции в 108 Вт.

Источник

Измеряемые показатели солнечной батареи

Характеристики элементов и батарей под естественным солнечным излучением можно определять в прямом и полном потоке. В пер­вом случае эталонные солнечные элементы, снабженные коллими­рующими тубусами (имеющими угловое поле не более 3°), наводят­ся на Солнце, а затем на их место устанавливаются измеряемые — элементы. Плотность потока прямого солнечного излучения допол­нительно определяется с помощью пергелиометра. В период измере­ния необходимо соблюдать следующие условия: энергетическая об­лученность поверхности элементов в диапазоне 750—900 Вт/м2; атмосферная масса в пределах от 1 до 2; небо ясное и голубое, что свидетельствует об отсутствии аэрозольного рассеяния; произведе­ние атмосферной массы на коэффициент мутности не более 0,25 [392].

Измерения в полном потоке [389—392] проводятся при горизон­тальном расположении элементов. Плотность потока излучения до­полнительно определяется пиранометром. Одновременно, если име­ется необходимая аппаратура, исследуется спектральное распреде­ление энергии полного потока. Градуировочное значение, относя­щееся к стандартным условиям, вычисляется на основе полученных и эталонных значений плотности излучения, записанных в паспорте использованного эталона При наличии данных о спектральном рас­пределении энергии полного потока в момент измерений и значи­тельном расхождении его со стандартным значением (условия AM 1,5) в полученные результаты может быть внесена поправка.

При измерениях требуется соблюдение следующих условий: яс­ная погода с плотностью прямого потока солнечного излучения не менее 800 Вт/м2 и плотностью рассеянного потока не более одной четверти от плотности прямого; высота Солнца не менее 54°. Во всех случаях следует использовать вольтметры с внутренним сопротив­лением не менее 10 кОм/В; падение напряжения в схеме при из­мерении тока короткого замыкания должно составлять не более* 20 мВ на один солнечный элемент.

Ток короткого замыкания желательно определять при напряже­нии, близком к нулю, что можно осуществить, используя встречное напряжение (от блока с электронным регулятором), компенсирую­щее падение напряжения на последовательном сопротивлении.

Вольт-амперную характеристику можно снять вручную или авто­матически с регистрацией данных на двухкоординатном самописце — или с помощью цифропечатающего устройства, а также с помощью мини-ЭВМ.

Необходимо отметить, что наземные солнечные батареи только небольшую часть времени работают в условиях, близких к стан­дартным (AM 1,5 и соответствующее им содержание составляющих атмосферы). В течение дня меняются высота Солнца над горизонтом и соответственно значение атмосферной массы, глубина полос по­глощения водяным паром, озоном, кислородом, по-разному сказы­

вается влияние аэрозольного рассеяния. Перемена погоды, внезап­ная облачность, дождь приводят к еще более значительному отступ­лению плотности потока излучения и спектра Солнца от стандарт­ных значений.

Экспериментальным и расчетным путем многие исследователи старались определить направление изменения основных параметров, и прежде всего КПД, солнечных элементов при вариации составляю­щих атмосферы и спектра солнечного излучения. Очевидно, что об­суждаемая тенденция изменения параметров в каждом случае будет зависеть не только от различий в спектре Солнца, но и от характера спектральной чувствительности солнечного элемента из определен­ного полупроводникового материала. По разнице значений переход­ных коэффициентов от внеатмосферного (условия АМО) к стандарт­ному наземному спектру AM 1,5 для эталонных солнечных элемен­тов на основе различных полупроводниковых материалов и структур можно судить о том, сколь значительным оказывается в некоторых случаях изменение характеристик элементов при переходе к спек­трам Солнца, отличным от стандартных и общепринятых.

Особенно трудно выделить влияние на характеристики солнеч­ных элементов какого-либо одного параметра солнечного излуче­ния, например атмосферной массы т, поскольку в натурных усло­виях одновременно с ней обычно изменяются сразу несколько пара­метров излучения. Видимо, по этой причине при натурных измере­ниях, выполненных в условиях Кливленда (штат Огайо, США), не удалось обнаружить зависимость КПД солнечных элементов из кремния, арсенида галлия и сульфида кадмия от атмосферной мас­сы т при ее изменениях от 1,3 до 4,5 (при одновременных значи­тельных вариациях плотности потока излучения при одной и той же атмосферной массе за счет резкого перехода от яркого Солнца к облачности или туману) [457J. Измерения проводились в период с декабря 1974 г. по март 1975 г., когда спектральные изменения в проходящем сквозь атмосферу солнечном излучении сравнительно невелики и ток солнечных элементов был практически пропорцио­нален плотности прямого потока падающего излучения, который оце­нивали по показаниям пергелиометра независимо от значения атмо­сферной массы, изменявшейся в широких пределах.

Экспериментальные исследования, выполненные в лабораториях фирмы «Комсат» (г. Кларксбург, штат Мэриленд, США) с середины ноября 1975 г. по первую декаду января 1976 г., позволили обнару­жить зависимость КПД кремниевых элементов от атмосферной мас­сы [458]. Плотность потока солнечного излучения определялась с помощью пиранометра, который при необходимости отделить пря­мую составляющую излучения от суммарной закрывался черным диском диаметром 4 см на расстоянии 30 см от чувствительной поверхности. Экспериментальные данные были подтверждены расчетами [458] с использованием результатов измерений абсолют­ной спектральной чувствительности элементов и спектров наземного

Солнца при различных параметрах атмосферы [459, 460]. В качестве внеатмосферного спектра сравнения при условиях АМО был принят спектр Джонсона [369]. Для расчетов и экспериментов использова­лись кремниевые солнечные элементы с мелкозалегающим р—«-пере­ходом изготовления фирмы «Комсат». Аналогичные результаты были получены для элементов из арсенида галлия [458].

Несмотря на значительно меньшую электрическую мощность в наземных условиях по сравнению с генерируемой солнечными ба­тареями во внеатмосферных (из-за меньшей плотности потока из­лучения), КПД преобразования в наземных условиях может быть почти на 20% выше в зависимости от характера спектра падающего излучения и спектральной чувствительности конкретного солнечно­го элемента [458]. Если в расчетах использовать сглаженную оги­бающую кривую спектра для условий АМ1 (при этом селективные полосы поглощения водяным паром, озоном и кислородом не учиты­ваются) , то получим КПД солнечных элементов таким же, что и для условий АМО. При реальном спектре АМ1 с селективными полоса­ми поглощения КПД элементов будет выше на 10%, чем в условиях АМО (переходный коэффициент 1,1), при АМ2 — на 15% (коэффи­циент 1,15), при АМЗ —на 16% (коэффициент 1,16).

Эксперимент показал, что для условий АМ2 при относительно ясной погоде переходный коэффициент составляет 1,11—1,12 (при­чем он имеет одинаковое значение как для суммарного излучения, так и для прямой составляющей его), а для туманных дней — 1,15-1,19.

Таким образом, важная особенность изменения наземных пара­метров солнечных элементов состоит в следующем: по мере увели­чения воздушной массы, возникновения пасмурности, облачности, дымки, появления капель дождя КПД солнечных элементов, как правило, значительно растет, хотя абсолютное значение генерируе­мой ими мощности падает [458]. Причину этого явления легко по­нять из сравнения кривых спектрального распределения энергии солнечного излучения при различных атмосферных массах (см. рис. 4.2): при увеличении значения атмосферной массы от 1 до 5 плотность потока излучения падает, но максимум проходящего сквозь атмосферу солнечного излучения сдвигается вправо, прибли­жаясь к максимуму спектральной чувствительности солнечных эле­ментов из кремния и арсенида галлия [380].

Конечно, такова очевидная зависимость для прямого солнечного излучения. Спектр рассеянного излучения (при ухудшении клима­тических условий) зависит от соотношения между диаметром час­тиц, образующих дымку, туман, размерами капель дождя и длиной волны солнечного излучения. Однако увеличение переходного коэф­фициента с уровня 1,11—1,12 при хороших погодных условиях до диапазона 1,15—1,19 для плохой погоды [458] говорит о том, что соотношение между длиной волны солнечного излучения и размера­ми рассеивающих частиц может быть таким, что поглощается и за — держпвается в атмосфере в основном коротковолновое излучение, при этом спектр проходящего излучения приближается к спектраль­ной чувствительности солнечных элементов.

Молекулярное и аэрозольное рассеяние ясного неба вызывает обратный эффект — уменьшение переходного коэффициента от ус­ловии АМО к наземным условиям. Учет диффузного рассеяния ясного неба должен привести к приближению любого наземного спектра к спектру внеатмосферного Солнца, так как спектральное распределение этого рассеяния лежит в коротковолновой области спектра (см. рис. 4.4 и 4.5). Расчеты подтверждают высказанное положение: для современных кремниевых солнечных элементов с высокой чувствительностью в коротковолновой части спектра пере­ходный коэффициент от условий АМО к условиям A Ml,5 при рас­чете только на прямой поток излучения составляет 1,17, а при рас­чете на суммарное излучение (с учетом диффузного рассеяния яс­ного неба) уменьшается до 1,14 [420]. Такая же тенденция отмечена в работе [420] и для солнечных элементов на основе арсенида га — лия и сульфида кадмия.

Расчетные исследования, по нашему мнению, позволяют значи­тельно четче выделить влияние атмосферной массы, отдельных ин­тервалов спектра наземного Солнца и свойств элементов на значе­ние переходных коэффициентов. Результаты расчетов, выполненных Е. С. Макаровой, по определению переходных коэффициентов для основных конструкций солнечных элементов от условий АМО к не­скольким известным наземным спектрам приведены в табл. 4.3 [1].

Для двух типов кремниевых солнечных элементов с резко отли­чающейся спектральной чувствительностью (из-за различия в глу­бине залегания р—тг-перехода) при неизменном состоянии атмосфе­ры (международный спектр для условий АМ1,5 [391], в котором изменялся только один параметр — атмосферная масса т, а осталь­ные характеристики оставались постоянными: толщина слоя осаж­денных паров воды 2,0 см, озона 3,4 мм; р=0,12; а=1,3) И. С. Ор­шанским был проведен расчет переходных коэффициентов:

Источник