Кпд солнечной батареи при пасмурной погоде

Работа солнечных батарей и контроллеров в пасмурную погоду

В этой статье я описал только свой личный опыт и реальные показания приборов, которые я зафиксировал на своей ветро-солнечной электростанции. Здесь нет теории и каких-то предположений, только настоящие цифры и данные. Солнечные батареи работают и в пасмурную погоду, при любой освещённости, даже при сплошных облаках солнечные батареи всё равно вырабатывают энергию. Но эта энергия бывает настолько мала что некоторые контроллеры просто не работают и пишут что нет заряда. По-этому многое ещё зависит и от контроллеров.

У меня имеется небольшой массив солнечных батарей, состоящий из четырёх панелей по 100 ватт, общая мощность батарей 400 ватт. Но правда по факту этой мощности нет даже при ярком солнце. В пасмурную погоду этот массив может давать от нуля до 3А тока заряда, в основном 1,5А если небо плотно затянуто облаками. Но бывают совсем пасмурные дни когда зарядка падает почти до нуля и ток заряда всего 0.2-0.4А, и это с массива 400 ватт.

В один из пасмурных дней я сделал видео где заснял процесс работы солнечных батарей начиная с самого раннего утра. Основной целью было показать как работают два типа контроллеров, один PWM контроллер (Solar30), а второй MPPT контроллер (Фотон 100 50). Но так-же хорошо видно что дают сами солнечные батареи при такой низкой освещённости. В этот день днём ток заряда доходил до 1,6А и в итоге массив солнечных батарей за световой день дал всего 66 ватт энергии. Ниже видео тестирования контроллеров и солнечных батарей.

Думаю из видео и так всё понятно, вот так работают солнечные батареи в самые пасмурные дни зимой, и выработка энергии очень низкая, можно сказать что этой энергии просто нет, так-как 66 ватт за день с массива батарей мощностью 400 ватт это ну очень мало. Но пасмурные дни разные бывают и тогда выработка значительно выше, ну а при солнце даже зимой такой массив батарей вырабатывает в среднем 1,5 кВт энергии за день. Летом раза в два больше, но так-как емкость аккумуляторов не большая то часть энергии от солнца не используется, некуда её запасать.

В итоге в месте с ветрогенератором мощностью 300 ватт, который зимой часто даёт больше энергии чем солнечные батареи общая выработка энергии перекрывает потребление энергии, а потребляю я в месяц порядка 20 кВт.

Источник

Влияние препятствий солнечным лучам на выработку энергии солнечными панелями

Солнечный свет проходит свой путь от Солнца до Земли по прямой линии. Когда он достигает атмосферы, часть свет а преломляется, а часть достигает земли по прямой линии. Другая часть света поглощается атмосферой. Преломлённый свет — это то, что обычно называется диффузной радиацией, или рассеянным светом. Та часть солнечного света, которая достигает поверхности земли без рассеяния или поглощения — это прямая радиация. Прямая радиация — наиболее интенсивная.

Солнечные модули производят электричество даже когда нет прямого солнечного света. Поэтому, даже при облачной погоде фотоэлектрическая система будет производить электричество. Однако, наилучшие условия для генерации электроэнергии будут при ярком солнце и при ориентации панелей перпендикулярно солнечному свету. Для местностей северного полушария панели должны быть ориентированы на юг, для стран южного полушария — на север.

Влияние различных световых условий на выработку фотоэлектрических модулей (в % от полной мощности)

Условие	% от «полного» солнца
Яркое солнце — панели расположены перпендикулярно солнечным лучам	100%
Легкая облачность	60-80%
Пасмурная погода	20-30%
За оконным стеклом, один слой, стекло и модуль перпендикулярны солнечным лучам	91%
За оконным стеклом, 2 слоя, стекло и модуль перпендикулярны солнечным лучам	84%
За оконным стеклом, один слой, стекло и модуль под углом 45° солнечным лучам	64%
Искусственный свет в офисе, на поверхности письменного стола	0.4%
Искусственный свет внутри яркого помещения (например, магазин)	1.3%
Искусственный свет внутри жилого помещения	0.2%

Солнечные батареи в пасмурную погоду работают далеко не так хорошо, как в солнечную. Вырабатываемое солнечным элементом напряжение зависит от падающего на него светового потока, а именно: напряжение с ростом освещенности возрастает лишь до определенного предела, а дальше уже не растет. Для кремниевого элемента это напряжение составляет 0,6 В, и для повышения напряжения солнечной батареи (панели) элементы соединяют последовательно. Так, для заряда автомобильного аккумулятора номинальным напряжением 12 В необходима батарея из соединенных последовательно 36 элементов с общим напряжением холостого хода 36 х 0,6 = 21,6 (В).

Зачем солнечной батарее нужен запас по напряжению? Запас по напряжению обеспечивает заряд аккумулятора при падении светового потока в пасмурную погоду или заходе солнца за облака и вследствие наличия у солнечного элемента внутреннего сопротивления, снижающего напряжение на выходе при подключении нагрузки, а также для обеспечения зарядки аккумулятора до требуемых 14,4 В. Кроме того, элемент выдает максимальную мощность при нагрузке, обеспечивающей просадку напряжения до 0,47-0,5 В, и при оптимальной нагрузке батарея из 36 элементов выдает напряжение 17-18 В.

Следует учитывать также, что солнечные элементы имеют нижний предел чувствительности по освещению, ниже которого он вообще перестает вырабатывать энергию. Для кремниевых кристаллических солнечных модулей этот предел — примерно 150-200 Вт/м2. Для тонкопленочных модулей он немного ниже — в пределах 100-200 Вт/м2. Поэтому считается, что тонкопленочные солнечные панели работают в пасмурную погоду лучше, чем кристаллические.

Эффект такой действительно наблюдается. Но при принятии решения о выборе типа солнечной батареи для вашего дома нужно понимать, что энергии солнечных лучей в пасмурную погоду очень мало. Номинальную мощность солнечные батареи вырабатывают при освещенности 1000Вт/м2 и температуре панелей 25С. Более того, КПД солнечных элементов при низкой освещенности падает (см. ВАХ солнечного элемента при различной освещенности). Поэтому разница пороговой освещённости в 50-100 Вт/м2 мало повлияет на общую выработку электроэнергии солнечной батареи.

Правительственная помощь

Идя навстречу желаниям россиян, в правительстве рассматриваются соответствующие законопроекты, которые помогут развиваться альтернативной энергетике, а именно, солнечные батареи ночью снабжающие электричеством.

Одним из них является тот, который разрешит продавать излишки аккумулированной энергии государству.

Область использования солнечных батарей ночью пока новая для России, но в ведущих странах Европы уже давно проводится грамотная политика этом вопросе, которая уже принесла положительные результаты.

В Австралии, Швеции, Германии владельцы дополнительных источников энергии не только ее получают для себя практически бесплатно, но и продают излишки в городскую сеть. Тем самым, в выигрыше оказываются обе стороны.

Рекомендуем:

• Yingli Solar: обзор, стоимость, недостатки и плюсы, цена
• Монокристаллические солнечные панели лучше, сравнение с аналогами, достоинства, цена: ТОП-6
• Двухсторонние солнечные батареи: преимущества, устройство, цена

Поскольку, как говорилось, солнечные батареи ночью для россиян пока дело новое, многие колеблются, сомневаясь в эффективности такого источника, поскольку на огромной территории России в течение года чаще бывает погода пасмурная с обильными осадками. Как в таких условиях будут себя вести солнечные батареи днем и как ночью?

Солнечные батареи за стеклом

Часто нас спрашивают, насколько снизится выработка солнечных батарей, если их установить за стеклом — внутри балкона, веранды и т.п. Многие дачники боятся, что установленную снаружи солнечную батарею украдут. Некоторые пытаются сделать установку солнечных батарей неприметной.

В солнечных панелях применяется специальное стекло с повышенной прозрачностью, которая достигается пониженным содержанием железа в стекле, но даже оно снижает мощность солнечной панели на несколько процентов. Как видно из таблицы выше, оконное стекло в один слой снижает выработку солнечной панели на 9%, а двойное стекло — на 16%. Это при условии, что эти стекла — идеально чистые и солнечные лучи падают на них перпендикулярно. В реальности же стекла бывают пыльными или даже грязными, что дополнительно снижает их прозрачность. При падении солнечных лучей под углом, отличным от 90 градусов, на передней и задней поверхности каждого стекла возникают переотражения, которые также отводят солнечные лучи от солнечного элемента. Поэтому мы не рекомендуем устанавливать солнечные батареи за оконными стеклами.

Солнечные батареи за стеклом на балконе

Эта статья прочитана 10793 раз(а)!

Принцип работы

В основе функционирования всех модулей, в том числе солнечных батарей эффективных и ночью, лежат такие процессы:

• на лицевую часть панели, выставленной под соответствующим углом, светят лучи;
• свет поглощается фотоэлементами;
• преобразуется в электроток.

Понятно, что, чем большее количество света попадет на панель, тем выше будет ее эффективность (КПД). Тогда получается, что, когда солнца нет, то и конструкция не работает? Значит, солнечные батареи не эффективны ночью?

Максимальные показатели КПД

Стандартной для хороших дорогих монокристаллических панелей является выработка энергии на уровне 20-25%. Если взять во внимание отдельные высококачественные панели, то максимальное значение зафиксировано на уровне 30% для домашних условий и 25% для промышленных объектов. Также на рынке есть модели с показателями КПД до 47%. На сегодняшний день это самые высокие значения. Они производятся торговой маркой «Шарп» и состоят из трех слоев на основе специальных линз Френеля, благодаря чему больше фокусируют света на своей поверхности. Между слоями находится диэлектрическая прослойка, которая служит туннелем. Здесь также в преобразовании энергии участвуют световые частицы, за счет чего мощность батареи используется на полную.

Тип батарей с показания КПД выше 40% является особым видом последних разработок и не находится в свободном доступе для широкого круга потребителей.

Среди доступных вариантов с максимальной эффективностью лидером является солнечная батарея от мировой . Уже несколько лет она выпускает панели с КПД более 22%. Однако сразу стоит отметить высокую стоимость таких конструкций, и позволить себе целую солнечную станцию минимум из 10 панелей сможет не каждый. Но лабораторные опыты не заканчиваются, поэтому в скором времени и в данной сфере будут свои особые технологии, которые позволят быстрее окупить затраты и получить максимум от солнца. Так же добиться максимального КПД позволяет установка правильных креплений для солнечных панелей, которые обеспечат нужный угол наклона.

Эффективность солнечных батарей в пасмурную погоду

Так было при появлении первых устройств. Сегодня же модули уже за плечами имеют достаточно длинный путь. Они стали более совершенными и поглощают помимо прямых лучей, солнечные лучи рассеянные. Понятно, что в ненастье их КПД значительно ниже, чем в ясную погоду. Но все не столь критично, как может показаться.

Важно: В сильную облачность производительность падает на 25%, небольшую – на 10%.

Видео: Работа солнечных панелей в пасмурную погоду

Важные характеристики фотогальванической установки

Запас по напряжению призван обеспечить заряд аккумулирующего прибора в условиях незначительного светового потока в пасмурную погоду или суточных изменениях уровня освещенности. Также это важно в связи со снижением напряжения при подключении нагрузки, которое происходит под воздействием механизма внутреннего сопротивления.

Другой важной характеристикой альтернативного источника является ток короткого замыкания, который прогрессирует параллельно уровню естественного света. В пасмурную погоду его потенциал минимален, что обуславливает малую мощность солнечной установки.

Примечательно, что мощность фотоустановки в пасмурный день ухудшается в 15-20 раз, в облачную погоду в 10-15 раз. В условиях предельно низкой освещенности потенциал устройства альтернативной энергии падает ниже уровня напряжения аккумулятора. В таких случаях включают полупроводник, который призван пропускать ток исключительно от модуля к аккумулятору.

Установка

Тем не менее, задумываясь о монтаже будущей гелио-установки, следует на крыше выбрать наиболее солнечный участок. От того, что дает тень, желательно избавиться: деревья, постройки и пр. Это послужит гарантией эффективности солнечных батарей даже ночью.

Рекомендации особенно актуальны, если предполагается установку использовать круглый год.

Варианты увеличения выработки солнечных батарей зимой

Таковых не так много, и все они связаны с особенностями функционирования полупроводниковых ячеек при неблагоприятных условиях. Самыми действенными вариантами являются следующие два:

• Установка гелио станций с панелями, позволяющими менять угол наклона
  . Это позволит направлять рабочие поверхности строго вертикально относительно направления лучей и немного увеличит выработку.
• Правильный монтаж и обязательная очистка от налипшего снега
  . Модули на земле необходимо монтировать на достаточно высокие опоры. Это обезопасит Вас от перекрытия их нижнего края снеговым покровом при сильных снегопадах. При налипании снега толщиной свыше 10 см поверхность батареи рекомендуется очищать.

Видов солнечных батарей на сегодня много:

• тонкопленочные и поликристаллические;
• монокристаллические;
• аморфные.

Все они отлично удерживают рассеянный свет. Осадки в виде дождя и снега несколько снижают коэффициент полезного действия, но глобальным образом не отражаются на эффективности солнечного модуля.

Важно: Чтобы они работали максимально эффективно, монтаж сделать необходимо грамотно, выставив точно наклон, что позволит использовать дополнительный источник дешевой энергии и зимой. Угол наклона важен, поскольку солнце в это время года находится низко. Тогда, даже во время дождя, они продолжают накапливать энергию.

Также необходимо панели очищать от снега и наледи. Температура не ухудшает функционирование современных панелей, поэтому в морозную и солнечную погоду у них отличная производительность.

Нюансы использования солнечных панелей зимой

С сокращением светового дня снижается эффективность альтернативных источников выработки энергии. К примеру, зимой в столичном регионе потенциал установок падает до 8 раз. Чтобы нивелировать проблему, рекомендуют регулировать угол наклона панели в зависимости от сезона. При необходимости выставляют средний вариант наклона «лето-зима» с учетом особенностей местной широты. Зимой оптимальные параметры угла солнечных модулей равны географической широте местности, увеличенной на 10-15°. Для лета эти же показатели уменьшают на 10-15°.

Необходимо своевременно счищать снег, налипающий на панели, чтобы улучшить работу установки. Снежный покров на окружающих участках, наоборот, способствует производительности солнечных модулей, так как элементы улавливают отраженный свет. В таких климатических условиях наиболее перспективны кремниевые поликристаллические батареи, ориентированные не упорядоченно, а хаотически.

Работа в темное время суток

Понятно, что с наступлением ночи, когда солнца нет, работать устройства не могут.

И вариантов в этом случае существует два:

• подключаться всегда к общей сети, как только конструкция перейдет в режим ожидания, и получать от последней энергию;
• воспользоваться аккумуляторами, подключив их к устройству.

Использование устройств жителями разных стран

На первом месте среди стран, дано поставивших энергию солнца человеку на службу, Германия – страна, где часто достаточно пасмурно. Самый большой на планете парк электростанций, работающих на энергии солнца, там был открыт еще в 2006 году.

В развитие солнечной энергетики заинтересованы и в США, хотя в ее городах — Бостоне, Сиэтле, Сан-Франциско и др. чаще погода стоит пасмурная.

Нельзя не понимать и того, что происходит развитие и самой отрасли солнечной энергетики, где становятся более совершенными технологии, позволяющие повысить КПД. Причем, это касается даже пасмурной погоды.

Помимо этого, постоянно снижается себестоимость, что стимулирует активность населения на покупку данных систем.

Почему генерация в зимние месяцы ниже, чем летом?

К сожалению, все перечисленные позитивные стороны не компенсируют низкую зимнюю выработку. Любая СЭС производит в декабре примерно в 4-5 раз меньше энергии, чем в июне. Виной тому следующие факторы:

1. Короткая продолжительность дня
   . Наиболее существенный недостаток фотоэлектрических систем — быстрое снижение КПД при недостаточной освещенности. Фактически максимальная производительность солнечных панелей зимой по времени составляет всего 2-2,5 часа, а летом – 10-12 часов. Это и приводит к пятикратной суточной разнице в генерации.
2. Удлиненный путь лучей через атмосферу.
   В безвоздушном пространстве рассеивания света не происходит. Более плотная среда – воздух – такому рассеиванию способствует. Из-за большого угла наклона потоку фотонов зимой приходится преодолеть в 4-5 раз больший путь через атмосферу, чем летом.
3. Фактор географической широты.
   Также влияет на уровень солнечной инсоляции. Правда, для высоких широт падение выработки заметно и летом, но в холодное время года СЭС небольшой мощности там отключаются и не используются вовсе.

Источник