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
Солнечные батареи для промышленных объектов
Бесперебойное обеспечение энергией крупного предприятия – процесс, от которого зависит безошибочность циклов производства и, в конечном итоге, полученная прибыль. С распространением альтернативной энергетики для этого все чаще используют промышленные солнечные батареи.
Преимущества
Для крупных промышленных объектов расположение на своей территории источников электроэнергии, использующих излучение Солнца, выгодно по многим причинам.
Во-первых, это позволяет избежать сбоев в производстве, возникающих из-за исчезновения энергии в основной сети. Так как сейчас многие циклы автоматизированы и контролируются искусственным интеллектом, внезапное исчезновение питания может принести заводу огромные убытки.
До повсеместного распространения промышленных солнечных батарей в качестве запасного источника энергии устанавливали дизельные генераторы. Но с момента отключения основной сети до запуска генератора проходит около минуты. А это неприемлемо при современных циклах производства. Поэтому использование установок, которые преобразуют солнечный свет, является более надежным.
Кроме того, в большинстве случаев на производственном объекте есть довольно большая и никак не используемая крыша. Монтаж на ней конструкции, которая улавливает и перерабатывает излучение Солнца, – хороший вариант эксплуатации этой поверхности.
Установка солнечных батарей – самый выгодный способ получения необходимой энергии для владельцев фермерских хозяйств и прочих бизнес-объектов, значительно удаленных от общей сети. Размещение и приобретение комплекта для переработки света Солнца обойдется дешевле, чем прокладка новой линии электропередачи.
Недостатки
Самый главный недостаток у альтернативной энергетики, использующей солнечную радиацию, — зависимость от погодных условий . Если производство находится в регионе с небольшим количеством солнечных дней, то удовлетворить все его потребности только с помощью излучения Солнца будет весьма проблематично. Также нужно учитывать, что батареи будут бесполезны, если установить их в затененном месте.
Области использования
Солнечные батареи можно встретить в самых разных отраслях деятельности. В России самым заметным является их использование на метеостанциях в рамках программы по их модернизации.
К альтернативной энергетике обращаются и автозаправочные станции, крупные и мелкие фермерские хозяйства, очистные сооружения.
Увидеть солнечные панели различного типа в последнее время можно и возле железных и автомобильных дорог.
Солнечные электростанции
С тех пор, как использование излучения Солнца для получения электроэнергии стало широко распространенным, появились и солнечные электростанции. Под этим термином понимают не только установки, преобразующие излучение, но и другие устройства, вырабатывающие электричество при помощи солнечной радиации.
Существует несколько видов СЭС:
- Башенного типа. Состоят из нескольких зеркал, отражающих лучи Солнца в темного цвета башню, наполненную водой. Полученный пар доставляют в резервуар турбогенератора. Таким образом, станция работает так же, как и обычная тепловая, но без использования топлива.
- Тарельчатого типа. Принцип работы такой же, что и у башенной. Конструкция позволяет создавать один или несколько модулей, которые можно эксплуатировать как последовательно, так и одновременно.
- Фотоэлектрические. Принцип работы системы тот же, что и у частных установок.
- На основе параболических концентраторов , представляющих собой парабоцилиндрическое зеркало. К каждому из них прикреплена трубка, так, чтобы находиться в фокусе отражаемых лучей. По трубке течет теплоноситель, который впоследствии нагревает воду.
- Аэростатные. Преобразователи установлены на дирижабле, находящемся на высоте более 20 км. Таким образом работа станции не зависит от атмосферных явлений.
- Солнечно-вакуумные. Вырабатывают энергию, создавая воздушный поток между нагретым участком воздуха у земли и более холодным участком, находящимся выше.
- Комбинированные солнечные электростанции могут сочетать как несколько установок различного типа, так и систему, вырабатывающую электроэнергию, с установкой для нагрева воды, например.
Солнечные электростанции уже доказали свою полезность, будучи установлены в различных местах земного шара. Самая крупная из них находится в США в штате Калифорния. Она способна производить 392 МВт. Больше всего солнечно-тепловые электростанции распространены в США.
Логика развития технологий убедительно доказывает, что внедрение промышленных и частных солнечных батарей – шаг в будущее, обеспечивающий более ответственное отношение к невозобновляемым природным ресурсам. Используя излучение Солнца, человечество снижает риск развития энергетического кризиса. И одновременно приближается к технологиям, не зависящим от постоянного наличия большого количества материального топлива.
Источник
Солнечные батареи промышленного назначения
Дата публикации: 22 июля 2014
Как всем известно, солнечные батареи представляют собой фотоэлектрические элементы, которые под воздействием солнечных лучей генерируют электрическую энергию. И не важно, где используются эти панели, на приусадебном участке или крупном предприятии, принцип их работы не изменится, различие между ними состоит лишь в размере и количестве вырабатываемого электричества, то есть для работы предприятий необходимы более мощные солнечные батареи.
Стоит отметить, что многие мировые производители специализируются именно на промышленных энергетических системах, наиболее известные из них Naps Systems Oy и Kyocera Solar. Объясняется это нехваткой основных источников энергии (газ, нефть, уголь), особенно заметно это в Испании, Германии, США, Объединенных Арабских Эмиратах – в странах, где солнечная энергетика уже давно развивается стремительными темпами. В России же на сегодняшний день солнечные батареи скорее редкость, чем правило, но продвижения все же есть, и очень даже заметные.
В чем выгода использования?
- За время эксплуатации (а это более 20-25 лет) солнечные батареи генерируют электроэнергии в денежном эквиваленте гораздо больше, чем было потрачено на их изготовление и установку.
- В странах с высокими тарифами на электрическую энергию срок окупаемости фотоэлектрических панелей составляет до 3-4 лет.
- Удобство размещения. Солнечные панели можно разместить практически на любой поверхности, что позволит Вам сэкономить немалые площади, ведь каждый метр лишнего пространства обходится предпринимателям совсем недешево.
- Отсутствие каких-либо расходных материалов и топлива, а также технического обслуживания и ремонта.
Области распространения солнечных батарей
В России наибольшее распространение солнечные батареи получили в малом бизнесе, например, в фермерских хозяйствах. Причина этого заключается в удаленности от центральной энергосети, ведь зачастую предпринимателям гораздо выгоднее установить фотоэлектрические батареи, чем прокладывать линии электропередач. Если же рассматривать крупные промышленные энергетические системы в России, то наиболее ярким примером выступают метеостанции, которые в рамках реализации проекта «Модернизация и техническое перевооружение сети метеостанций РФ» оснащаются солнечными панелями производства Naps Systems Oy. Помимо прочего солнечные батареи можно встретить:
- на очистных сооружениях;
- на автозаправочных станциях в различных мировых странах, в том числе и в России на одной из АЗС ЛУКОЙЛ в Красной Поляне;
- на промышленных складах и телекоммуникационных системах;
- в газовой и нефтяной промышленности на системах катодной защиты;
- на железных дорогах и т.д.
Как Вы видите, солнечные батареи могут эффективно использоваться в различных областях, но, несмотря на это, говорить о повсеместном использовании альтернативных источников энергии на крупных предприятиях пока еще рано.
Как дела обстоят в других странах…?
Швеция, Финляндия, Италия, Греция, Германия, Австрия – вот лишь некоторые из стран, которые активно пользуются энергией солнца и экономят при этом немалые деньги. К примеру, в Хельсинки на заводе АВВ солнечная энергосистема мощностью 181 кВт используется для зарядки батареи грузоподъемников, а в Италии солнечные панели разместились на крышах промышленных складов. Но лидирующие позиции занимает все-таки Германия. Немцы с их врожденной бережливостью экономят каждый Ватт. Примером может служить так называемое пассивное офисное здание nZEB, все его инженерные системы работают за счет энергии, генерируемой установленными на крыше солнечными батареями.
Как Вы уже поняли в Европе и США солнечные батареи уже давно в массовом использовании, а вот страны Средней Азии или наши соседи – дело другое. У кого-то альтернативная энергетика находится в самом зародыше, а у кого-то есть неплохие продвижения в этой области.
Так, в Узбекистане проводится широкая программа по переходу крупных хозяйственных объединений и промышленных предприятий на солнечные батареи и коллекторы с целью снижения расхода первичных топливно-энергетических ресурсов. По официальным данным за 2013 год в республике было введено в эксплуатацию 29 солнечных коллекторов и 9 фотоэлектрических станций, в нынешнем же году ведутся работы по запуску еще 88 солнечных коллекторов и 60 фотоэлектрических станций. Но это лишь «капля в море», ведь для масштабного перехода на альтернативные источники энергии требуются более высокие мощности. Хотя начало положено, а это главное!
Есть чем похвастаться и Украине. Не зря говорят: «Худа без добра не бывает», «сработала» эта поговорка и в отношении наших соседей. Регулярные перебои с другими видами топлива подвигли украинское правительство к широкому внедрению фотоэлектрических панелей в массы. Помимо крупных заводов, производящих солнечные батареи, велика доля и их использования. Например, в Одессе многие санатории, предприятия общественного питания, здравницы уже давно перешли на энергию Солнца. Чем не повод для гордости?!
Мировая практика показывает, что солнечные батареи нужно рассматривать не как коротко срочный проект, о котором скоро все забудут, а наоборот, как передовые технологии, за которыми будущее. Полезные ископаемые истощаются с каждым днем, не за горами то время, когда они иссякнут полностью, и тогда останется надежда лишь на солнце. Так зачем ждать этого времени, стоит задуматься о проблемах топливного кризиса уже сейчас.
Статью подготовила Абдуллина Регина
Рижская солнечная электростанция вырабатывает электричество для нужд завода:
Источник