Модуль мощности солнечной батареи

Расчет мощности солнечных батарей на квадратный метр

Солнечные батареи получают энергию солнца и преобразуют ее в электроэнергию. Использование дармового ресурса обходится не совсем даром — стоимость оборудования достаточно велика, к тому же комплекс требует обслуживания, замены отработанных элементов, обновления состава. Для того, чтобы не тратить лишних денег, следует заранее определить мощность солнечных батарей, необходимых для обеспечения дома. Для этого надо знать параметры оборудования, какое количество энергии вырабатывает солнечная батарея в течение светового дня, сколько приходится на одну панель и на весь комплекс в целом. Вопрос сложный и емкий, поэтому рассмотрим его по порядку.

Что такое солнечная батарея

Если принято решение установить дома солнечную электростанцию, необходимо иметь точное представление о ее устройстве. В первую очередь, надо знать, что представляют собой солнечные панели и как они работают.

Прежде всего, надо уточнить терминологию. Под названием «солнечные батареи» принято понимать весь комплекс по принятию, преобразованию и накоплению солнечной энергии. Видимые элементы, расположенные на открытых участках (крышах, специальных опорных сооружениях или просто на земной поверхности) — это солнечные панели. Она представляют собой плоскость, составленную из отдельных солнечных элементов. Каждый из них является самостоятельным приемником солнечной энергии, преобразующим ее в электричество. Для этого использован фотоэлектрический эффект, возникающий при освещении полупроводников:

Эффективность солнечных батарей напрямую зависит от размера, типа и количества отдельных элементов, составляющих данный комплект. Один элемент способен выдать определенное, довольно небольшое количество энергии. Однако, объединенные в батарею (подключенные параллельно) и выполненные в виде сплошной принимающей поверхности (панели), они могут обеспечивать энергией определенное количество потребителей. Для пользователя остается лишь выполнить расчет солнечных батарей и определить, сколько нужно приобрести панелей и дополнительного оборудования.

Разновидности

Эффективность и производительность солнечных панелей зависят от конструкции отдельных элементов. Существует несколько разновидностей:

1. Монокристаллические. Изготавливаются из одного монокристалла, выращенного из кремния в определенных условиях. Представляют собой тонкий поперечный срез. КПД составляет 17–22 %. Это самые дорогие и качественные элементы. Внешне выглядят как черные прямоугольники со скошенными краями.
2. Поликристаллические. Разработаны для того, чтобы снизить себестоимость и конечную цену элементов. Изготавливаются из расплава кремния, состоящего из множества кристаллических образований. КПД составляет 12–18 %. Характеристики этих элементов несколько снижены, но и цена более доступная для массового покупателя. Внешне они представляют собой синие прямоугольники.
3. Аморфные элементы. Эти элементы имеют более слабые характеристики, чем моно- или поликристаллические конструкции. Однако, они намного дешевле, что позволяет получить общую мощность аморфных солнечных панелей, не уступающую более производительным конструкциям. Разница только в количестве элементов. Аморфные солнечные батареи изготавливаются из разных материалов, могут быть жесткими или гибкими. Особенностью таких панелей является способность работать в пасмурную погоду, когда освещенность низкая.

Самыми производительными панелями считаются арсенид-галлиевые, но их обычно не учитывают в общей классификации. Они слишком дорогие, поэтому для частных пользователей не доступны.

Кроме этого, существуют одно- и двухсторонние солнечные батареи, способные поглощать свет одной или обеими сторонами. Однако, пока применения двусторонним панелям не найдено, так как для использования одновременно обеих сторон требуется отражающая система. Она сложна в изготовлении и настройке, дешевле использовать большее количество обычных панелей.

Состав комплекта солнечных батарей

Комплект солнечных батарей для дома представляет собой набор оборудования, где сами панели играют роль только приемника и источника энергии. Сами панели, принимая и перерабатывая свет в электрический сигнал, отдают его через контроллер заряда на аккумуляторные батареи. Они соединены с сетевым инвертором — устройством, преобразующим постоянный ток в стабильные переменные 230 В. Инвертор выдает это напряжение на потребителей, а излишки (если они есть) он может отдавать в централизованную сеть. Некоторые комплекты малой мощности работают только на снабжение собственного потребления и в сеть ничего отдать не способны. В европейских странах уже достаточно давно используется схема выдачи в сеть излишков энергии, за что владельцы частной солнечной электростанции получают определенные льготы, скидки или доплаты.

Все оборудование размещается в доме, снаружи только солнечные панели. Для частного дома этого комплекта может хватить даже без дополнительной подпитки из централизованной сети, если расчет количества солнечных батарей и дополнительного оборудования выполнен правильно. Особенностью любого комплекта является возможность увеличения его параметров путем установки дополнительных панелей и увеличения емкости аккумулятора. Поскольку производительность напрямую завязана на площадь освещенной поверхности, суммарный размер панелей определяет возможности всего комплекта.

Вычисляя параметры комплекса, необходимо делать поправку на непостоянство солнечного освещения. Например, в летнее время комплекс выдает в 10 раз меньше энергии, чем летом. Кроме того, погодные условия также вносят свои поправки. Поэтому, определить показатели солнечной электростанции можно только приблизительно, а при расчетах приходится делать большой запас. Максимальной эффективностью обладают крупные солнечные электростанции промышленного назначения, способные питать большие населенные пункты.

Где купить

Приобрести солнечные панели можно как в специализированном магазине, так и онлайн в Интернет-магазине. Во втором случае, особого внимания заслуживает бюджетный вариант приобретения изделий на сайте Алиэкспресс. Для некоторых панелей есть вариант отгрузки со склада в РФ, их можно получить максимально быстро, для этого при заказе выберите «Доставка из Российской Федерации»:

От чего зависит мощность солнечный батарей

Конструкция гелиобатареи — не единственный фактор, определяющий эксплуатационные показатели комплекса. В процесс вмешиваются внешние факторы, которые уменьшают возможности комплекса. Они воздействуют на работу оборудования поодиночке и сообща, снижая эффективность и уменьшая показатели гелиостанции.

Мощность солнечной батареи — это количество электроэнергии, которое она способна выдать в единицу времени. Это величина конечная, то есть рассчитанная по максимальному значению и имеющая определенный предел. Известно, что солнечная постоянная — 1 кВт на 1 м². Эта величина измерена в определенных условиях, обозначает количество энергии, падающее на земную поверхность в солнечный день при температуре 25° и постоянно вертикальном падении на поверхность. На практике получение полного расчетного объема энергии невозможно.

Характеристики самой качественной солнечной панели ограничены. Ее КПД не превышает 24 %, поэтому максимальной мощностью, полученной от 1 м² принимающей поверхности может быть 0.24 кВт. Это в идеальных условиях и с постоянной коррекцией положения поверхности относительно Солнца. На практике таких условий не бывает. В ситуацию вмешиваются погодные, климатические и сезонные условия. Возможны целые пасмурные недели, длительность светового дня в летний и зимний период существенно отличается.

Кроме этого, температура также влияет на способность солнечных элементов производить энергию — ее выработка значительно падает, как только температура поднимается выше +25°. Это означает, что в ясный летний день, когда мощность солнечных батарей на каждый квадратный метр должна быть максимальной, получить ожидаемый результат не удастся из-за сильного нагрева фотоэлементов. Поэтому, производя расчет солнечной электростанции, надо делать поправки на сезонные условия, длительность дня и прочие природные факторы.

Следующий фактор, который необходимо учесть при выполнении расчета — деградация гелиопанелей. Этот показатель у разных моделей отличается, есть образцы, сохраняющие до 90 % рабочих качеств даже через 20–25 лет эксплуатации. однако, у большинства панелей деградация происходит равномерно и пропорциональна длительности использования.

Кроме этого, расчет количества солнечных панелей необходимо делать с учетом потерь на дополнительном оборудовании — инвертор имеет КПД около 92–96 (и это одна из лучших моделей). Кроме этого, неизбежны потери на АКБ и контроллере, которые достигают 40 % и также снижают общие параметры комплекса. Сами приборы расходуют энергию на питание собственных плат. Поэтому, полный и точный расчет солнечных панелей — задача крайне сложная, требующая экспериментального подтверждения.

Расчет мощности

Рассмотрим подробно, как рассчитать мощность гелиопанелей. Прежде всего, необходимо вычислить свое потребление. Для этого надо сложить потребляемую мощность всех электроприборов, нагревателей, освещения и прочих потребителей. Сделать это непросто, так как придется вспомнить все мелочи, которых оказывается довольно много.

Для простоты рассмотрим пример расчета по готовой сумме потребления. Например, есть частный дом, который потребляет в месяц 300 кВт/час. Это означает, что в день потребление составляет 10 кВт/час. Здесь необходимо определить, сколько солнечных панелей, способных вырабатывать в сутки не менее 10 кВт, нужно для дома.

Прежде всего, надо определиться с временем работы системы. Даже самые мощные элементы способны принимать энергию только в определенное время суток. Рабочий период называется пиковыми солнечными часами. Их не следует путать с длительностью светового дня, которая гораздо больше. Однако, утренние и вечерние часы в расчет не берутся, так как для оборудования они непродуктивны.

Как правило, учитывается время с 9 до 16 часов. Этот период можно еще сократить, чтобы скорректировать потери от деградации панелей, изношенного оборудования или АКБ. Допустим, рабочее время панелей в сутки составит 5 часов. При потребности в 10 кВт, необходимо, чтобы на 1 час приходилась выработка не менее 2 кВт энергии. Руководствуясь этим значением, можно подсчитать, сколько солнечных батарей нужно для обеспечения дома, если часовая выработка составляет 2 кВт. Для этого надо изучить технические характеристики разных моделей и выбрать наиболее удачные варианты.

Существуют и другие методы. Можно рассчитать мощность по формуле:

где Рсп — мощность панелей, кВт;

Еп — суточное потребление, кВт;

К — коэффициент потерь (1.2–1.4);

Ринс — мощность инсоляции на земной поверхности;

Еинс — среднемесячное значение инсоляции (берется в таблицах).

Эта формула дает достаточно корректный результат, но неподготовленному человеку пользоваться ей трудно. Придется искать величины инсоляции, которые различаются по регионам. Для неопытных людей проще всего использовать онлайн-калькулятор, которых в сети довольно много.

Одна панель в сутки вырабатывает около 100 Вт энергии. Есть маломощные модели, по 50 Вт, пригодные для питания осветительных приборов с низким потреблением. Выбирать устройства необходимо с некоторым запасом, учитывая возможность появления дополнительных потребителей и деградацию оборудования. На практике приходится учитывать также стоимость панелей и условия их работы. Например, если солнечных дней в году мало, оптимальным вариантом станут гибкие модели, хорошо работающие даже в сумерках.

В заключение необходимо напомнить, что самостоятельный расчет мощности — задача трудная даже для профессионалов. Приходится учитывать большое количество факторов, о которых неподготовленный человек даже не имеет представления. Поэтому, лучшим вариантом будет обращение к специалисту, или расчет с помощью онлайн калькуляторе (что несколько хуже).

Видео по теме

Источник

Солнечный модуль

Пост опубликован: 20 ноября, 2017

Солнечный модуль — это техническое устройство, являющееся составной частью солнечной электростанции, в которой происходит преобразование солнечной энергии в электрическую.

Принцип действия

Принцип работы солнечного модуля (солнечной панели, солнечной батареи), основан на физических свойствах полупроводников, имеющих способность создавать, под воздействием солнечного света, электронную проводимость «р-n» типа. Между электродами устройства создается разность потенциалов, а при подключении нагрузки в цепи протекает электрический ток.

Солнечный модуль состоит из определенного количества фотоэлементов, соединенных между собой, поэтому принцип работы устройства можно рассмотреть на работе отдельного элемента.

Схематично, работа фотоэлемента, представлена на ниже приведенном рисунке:

Фотоэлемент изготавливается из двух слоев кремния, в каждый из которых добавляются различные вещества, определяющие тип проводимости конкретного слоя.

Так в верхний слой добавляется фосфор (N – слой), а в нижний – бор (Р – слой).

Под воздействием солнечных лучей, в верхнем слое образуется дополнительное количество отрицательно заряженных электронов, а в нижнем, где отрицательно заряженных частиц не хватает – образуются «дырки».

На границе между слоями образуется «p – n» переход, и так называемая «p – n» проводимость фотоэлемента. Наличие проводимости и образование электронов и «дырок», служит причиной возникновения разности потенциалов «p – n» переходе.

Наличие разности потенциалов обуславливает возникновение электрического поля, под воздействием которого, разно заряженные частицы начинают движение. Положительно заряженные движутся в верхний слой, отрицательно заряженные – в нижний.

Виды солнечных модулей зависят от типа фотоэлементов, используемых при их изготовлении. Всего существует два вида солнечных панелей, это:

Изготовленные из фотоэлементов на основе кремния, которые в свою очередь изготавливаются:

• на основе монокристаллов кремния, однородных по своей структуре.
• на основе кристаллов кремния различных по своей структуре.
• на основе кремневодорода (аморфные).

Пленочного типа, изготавливаемые на основе:

• теллурида кадмия.
• селенида меди-индия.
• полифенилена, углеродных фуллеренов, фталоцианина меди и еще ряда полупроводников (полимерные).
• силана (кремневодорода) — аморфные.

Основные технические характеристики

Основные параметры, определяющие способность вырабатывать электрический ток, возможность установки в том или ином месте размещения, а также режимы работы солнечных модулей, задаются производителями подобных изделий.

Основными техническими характеристиками, которые указываются в паспорте изделия, являются:

• номинальная мощность, Вт;
• напряжение холостого хода, В;
• ток короткого замыкания, А;
• КПД;
• тип фотоэлементов;
• количество фотоэлементов;
• площадь светочувствительной поверхности, м 2 ;
• габаритные размеры, мм (длина, ширина толщина);
• масса, кг;

Каждый производитель в индивидуальном порядке решает, какие из характеристик указывать в паспорте своей продукции, но основные показатели, приведенные выше, как правило отражаются в сопроводительных документах.

Популярные марки и модели

На рынке солнечных панелей представлен достаточно широкий выбор различных моделей отечественных и зарубежных производителей. Благодаря тому, что в Китае альтернативной энергетикой занимаются на государственном уровне, то в этой группе товаров очень много продукции именно китайских компаний, которые отличаются более низкой стоимостью чем у конкурентов, но не всегда соответствуют заявленным характеристикам.

Наибольшей популярностью пользуется продукция компаний:

• «TOPRAY Solar» (Китай) – производит различные солнечные модули из монокристаллов, поликристаллов и гибкие модели, различающиеся по техническим и эксплуатационным характеристикам.
• «JA Solar Holdings Co., Ltd» (Китай) – изготавливает в основном монокристаллические модели, но в линейке товаров, есть и модели изготовленные из поликристаллов;
• «Telecom-STV» (Россия);
• «Хевел» (Россия);
• «AXITEC GmbH» (Германия).

Как выбрать лучший

Для того, чтобы при выборе гелиосистемы сделать правильный выбор и выбрать именно тот модуль, который отвечает предъявляемым к нему требованиям, необходимо следовать критериям, определяющим его соответствие условиям эксплуатации и техническим характеристикам гелиосистемы в целом.

При выборе конкретной модели следует обратить внимание на:

Компании, которые борются за своего клиента и свою положительную репутацию, выпускают качественный товар, к тому же об их продукции, всегда можно найти отзывы пользователей. Важным условием качественного изготовления, является наличие собственного производства.

1. Наличие и срок гарантийного использования приобретаемого изделия.

Только производитель, отвечающий за качество изготовления и соответствие эксплуатационных показателей заявленным характеристикам, дает гарантию на свою продукцию. Чем продолжительнее гарантийный срок, тем большее внимание производитель уделяет качеству своей продукции.

Прочный корпус выполненный из качественных материалов, является залогом долгой и успешной эксплуатации.

1. Класс эксплуатации устройства.

Производители, гарантируя успешную эксплуатацию своих моделей, указывают их класс эксплуатации, в соответствии с которым они, заявляют предел изменения технических характеристик модуля, в процесс его использования.

Изделия с класса «А» должны сохранить свои технические показатели, в течение всего срока эксплуатации, с погрешностью не более 5,0%, класса «В» — с погрешностью до 30,0% и класса «С» — более 30,0%.

Этот технический параметр важен, т.к. от него зависит работа всей солнечной электростанции. Производители могут указывать три типа напряжения, определяющих работу солнечного модуля, это:

• Номинальное напряжение – определяет параметры сети, в которой устанавливается солнечная панель.
• Напряжение холостого хода – измеряется на выходах солнечного модуля без подключения нагрузки и характеризует максимальное значение напряжения, которое может выдавать конкретная модель.
• Максимальное напряжение – определяет значение, при максимальном КПД работающего устройства.

1. Мощность солнечной панели.

Этот показатель определяет количество требуемых солнечных модулей, для обеспечения потребности потребителя в электрической энергии. Данный показатель напрямую связан с габаритными размерами устройства – чем выше мощность, тем большего размера солнечная панель.

Чем выше данный показатель, тем меньшее количество модулей потребуется установить, чтобы количество вырабатываемой электрической энергии, соответствовало ее потребности.

1. Температурный режим эксплуатации.

Данный параметр изначально определяет возможность установки конкретной модели в том или ином месте установки и характеризует влияние температуры окружающего воздуха на способность вырабатывать электрический ток – на КПД устройства.

Внимательно изучив выше приведенные показатели, которые могут служить критериями выбора конкретного устройства, можно избежать ошибок и не нужных финансовых трат.

Где купить

Солнечный модуль, это специфический товар, который невозможно найти в обычных торговых сетях и магазинах.

Наиболее правильным решением задачи, связанной с приобретением подобных устройств, это выбрать модель по ее бренду, отыскать дилера этой компании, где и приобрести выбранную модель.

Также можно воспользоваться услугами компаний, специализирующихся на реализации товаров и устройств, относящихся к группе альтернативной энергетики.

Если в регионе, где проживает потенциальный покупатель, нет дилеров компаний и фирм, специализирующихся на альтернативных источниках энергии, можно воспользоваться интернетом, где представлено большое количество предложений по продаже подобной продукции.

Средние цены

Для того, чтобы определить ценовой диапазон, существующий на солнечные модули при реализации устройств посредством интернет ресурсов, ниже приведены стоимости на модели компаний, пользующиеся наибольшей популярностью среди пользователей, это:

• Модели компании «TOPRAY Solar» (Китай):
• «TopRaySolar TPS-FLEX-50W» (50,0 Вт) – от 6700,00 рублей;
• «TopRaySolar TPS-FLEX-80W» (80,0 Вт) – от 10400,00 рублей;
• «TopRaySolar TPS-FLEX-100W» (100,0 Вт) – 12400,00 рублей.
• Модели компании «JA Solar Holdings Co., Ltd» (Китай);
• «JA Solar-50 Вт» — от 3700,00 рублей;
• «JA Solar-100 Вт» — от 7000,00 рублей;
• «JA Solar-300 Вт» — от 150000,00 рублей.
• Модели компании «Telecom-STV» (Россия):
• «ТСМ-150В(24) 24В, ПОЛИ» — от 16400,00 рублей;
• «ТСМ-160B(24) 24В, МОНО» — от 12100,00 рублей;
• «ТСМ-140FM, 12В ГИБКИЙ» — от 19500,00 рублей.

Отзывы покупателей

Прежде чем покупать солнечные модули, при самостоятельном комплектовании солнечной электростанции, необходимо ознакомиться с отзывами опытных пользователей, которые уже используют подобные устройства в повседневной жизни.

Такая информация есть на сайтах компаний, производящих подобный товар, печатных изданиях и различных интернет ресурсах, где есть возможность найти информацию практически по всем моделям солнечных устройств, предлагаемых на рынке.

Вот некоторые из отзывов, размещенных в интернете:

«У нас много солнца, поэтому грех не воспользоваться этим преимуществом, в сравнении с другими регионами нашей большой страны. В прошлом году купил комплект солнечной мини-электростанции, изготовленной в Китае. В комплект, кроме аккумуляторов, инвертора и контроллера, входили три солнечных модуля фирмы производителя JA Solar. Мощность установки не большая, всего 3,0 кВт, но мне этого хватает, чтобы обеспечить себя электроэнергий практически круглый год. Замечаний по качеству поликристаллических панелей и прочим устройствам, входившим в комплект, у меня нет».

«У нас в деревне бываю часто перебои с электричеством, там у нас дача, поэтому чтобы подстраховаться, и избежать проблем, которые могут возникнуть при очередном отключении (портятся продукты в холодильнике, не работает насосная станция и т.д.), купил солнечные панели отечественного производства компании Телеком-СТВ. Также, отдельно приобрел аккумуляторы, инвертор и контроллер. Почитал инструкции, изучил интернет, и собрал свою электростанцию. Мощности конечно для постоянного питания приборов и освещения не хватает, но как резервный источник, очень даже успешно работает».

Источник