Температура поверхности солнечной батареи

Проблема перегрева солнечных панелей

Чем сильнее светит солнце, тем больше электричества дают солнечные батареи. Звучит убедительно, но в действительности это не так. В жару получать максимум генерации мешает перегрев фотоэлектрических панелей.

Нормальной для работы PV модулей является температура 25°C. Когда столбик термометра переваливает за эту отметку, эффективность фотопанелей снижается. Уменьшение продуктивности зависит от температуры окружающей среды, типа и размещения модулей. В среднем оно составляет 10%. Почему перегрев негативно сказывается на выходной мощности электрогенерирующего устройства? И можно ли как-то с ним бороться?

Крышная солнечная электростанция мощностью 31 кВт, Измаил (Одесская обл.)

Причины перегрева, и что такое «температурный коэффициент мощности»

Солнечная панель состоит из фотоэлементов, в которых протекают электрические процессы. По мере нагревания в ячейках возрастает поток электронов, что приводит к падению напряжения и росту силы тока. Как следствие, снижается мощность отдельно взятых фотоэлементов и модуля в целом. Узнать, сколько именно ватт теряется в процессе перегрева, можно из спецификаций. Данная характеристика значится там, как «температурный коэффициент мощности».

Объем энергопотерь модуля от перегрева определяется в ходе тестовых испытаний на производстве. У разных моделей кремниевых кристаллических батарей он в среднем в пределах 0,45–0,5%/°C. Более стойки к высоким температурам тонкопленочные (аморфные) солнечные панели. Их коэффициент – около 0,2%/°C. Это означает, что с каждым повышением на градус от нормы выход мощности снижается на 0,2%. Например, в 40-градусную жару производительность такой фотопанели уменьшится на 3%. Соответственно у модели с тепловым коэффициентом 0,5%/°C снижение выработки при тех же условиях составит 7,5%.

Температура воздуха не единственный фактор, способствующий нагреву панелей. Значительную роль играет также тепловая эмиссия кровельной поверхности. Так, темная крыша нагревается сильнее светлой – до 70–80°C. И это не в самый жаркий день! Температура расположенных на ней фотопанелей может достигать 60–70°C. Теплопроводность зависит от кровельного материала. Быстро нагревается шифер, металлочерепица, мягкая кровля с битумной составляющей.

Способы уменьшить нагрев солнечных панелей

Ученые пока лишь ищут пути решения проблемы с перегревом батарей. Считается, что повышение стойкости к высоким температурам позволит не только увеличить генерацию электричества летом, но и продлить срок службы модулей. Заметных успехов в этом направлении достигла научная группа профессора Шаньхуэ Фаня. В стенах Стэнфордского университета в 2014 году была создана фотопанель с дополнительным тончайшим рельефным слоем кварцевого стекла. Такая поверхность пропускает видимый свет для генерации электричества, и отражает греющие инфракрасные лучи. В итоге происходит пассивное охлаждение.

Еще одним вариантом борьбы с перегревом стала WindRail. Гибридную ветросолнечную электрогенерирующую установку, в которой ветряки выполняют функцию вентиляторов для солнечных панелей, разработал шведский инженер Свен Колер. Пилотный проект появился год назад, а продвигать его взялась компания Anerdgy. Первую систему WindRail установили на крыше 12-этажного жилого дома в Берлине. Благодаря компактности, синергичности и продуманности конструкции такая установка имеет все шансы стать востребованной в городских условиях.

WindRail — гибридный электрогенератор с самоохлаждающимися солнечными модулями

Впрочем, на проверку жизнеспособности и массовое внедрение опытных образцов уходят годы. А что делать владельцам фотоэлектростанций сейчас для снижения нагрева панелей? При выборе солнечных батарей нужно обращать внимание на заявленный производителем температурный коэффициент мощности: чем он меньше, тем лучше будет работать модель в жаркий день.

Второй важный нюанс – размещение. Благодаря хорошей естественной обдуваемости, солнечные панели на трекерах или наземных фермах нагреваются меньше, чем крышные системы. Если же решено устанавливать модули на доме, следует побеспокоиться о вентиляционной системе кровли. Кроме того, между фотопанелями и поверхностью крыши должен быть существенный зазор для свободной циркуляции воздуха.

Итак, температурный коэффициент мощности – один из важнейших параметров в спецификациях батарей. Он показывает, насколько продуктивны панели в жару. Для снижения потерь выработки в результате перегрева фотомодули нужно устанавливать на расстоянии от поверхности крыши. Дополнительно можно улучшить вентиляцию подкровельного пространства.

Источник

Что такое STC, PTC, NOCT, и как они помогают оценить реальную эффективность солнечной панели?

Прежде чем солнечные панели окажутся в продаже они проходят обязательное тестирование на производстве. Полученные по результатам данные отображаются в технических характеристиках изделия «solar module datasheet».

Общепринятыми условиями проверки являются STC (Standard Test Conditions). Так же существует еще несколько более специфических условий, которые используются реже: PTC (PV-USA Test Conditions), LIC (Low Irradiance Conditions), HTC (High Temperature Conditions) и LTC (Low Temperature Conditions). Кроме того, важнейшим параметром для оценки производительности солнечной панели является параметр NOCT (Normal Operating Cell Temperature).

Условия испытаний STC (Standard Test Conditions)

STC (Standart Test Conditions) стандартные тестовые условия, соответствуют работе солнечной панели в идеальных условиях. Испытания проводят на заводе или в лаборатории при кратковременной вспышке тестера. Солнечная интенсивность — 1000 Вт/м2, спектр излучения массе воздуха 1,5. Скорость ветра равна нулю. Температура воздуха 25°C. Данные параметры имитируют ясный весенний или осенний полдень при условии, что лучи падают на поверхность солнечного модуля под прямым углом.

Все параметры солнечного модуля как раз указываются для условий STC. Если мы говорим о мощности солнечной панели, то также указываем мощность при STC. Данные условия крайне редко встречаются при реальной эксплуатации солнечной электростанции.

Параметр температуры NOCT (Normal Operating Cell Temperature)

Чтобы оценить работу солнечных панелей при условиях приближенным к реальности были приняты дополнительные параметры. Так появилась температура, соответствующая типичным условиям эксплуатации NOCT (Normal Operating Cell Temperature — Номинальная рабочая температура солнечного элемента).

Номинальная рабочая температура солнечного элемента (NOCT) измеряется при солнечной интенсивности 800 Вт/м2 и температуре воздуха 20°C. Электрическая цепь при этом разомкнута, угол наклона модуля 45° с ориентацией на юг. Чем ниже температура NOCT, тем лучше будет работать модуль в реальных условиях. NOCT не является условием для эксплуатации солнечной панели, однако это один из важных параметров позволяющий оценить качество модуля.

Материалы, которые применяются при производстве солнечной панели влияют на способность к нагреву. Перегрев солнечной панели на 15 градусов относительно температуры окружающего воздуха уже влияет на производительность солнечной станции то, что говорить о панелях, которые могут перегреваться более чем на 45 градусов.

Условия измерения NOCT происходят при открытой задней поверхности солнечной панели, для беспрепятственного охлаждения ее окружающим воздухом. Так как в большинстве случаев панели устанавливаются параллельно кровле, то их реальная рабочая температура в летнее время будет выше, чем NOCT. Поэтому крайне важно оставлять вентиляционный зазор между крышей и солнечными панелями для обеспечения охлаждения солнечных панелей. Однако, даже при этом температура панели может подниматься до 70 °С в обычный солнечный летний день.

Напряжение солнечного элемента изменяется примерно на 0,08В на каждый градус превышения его температуры относительно температуры при STC (25 °C). Поэтому, если напряжение при STC составляет 17В, то в реальных условиях работы оно может упасть до 15 или 16В.

Модуль с 43°С NOCT произведет на 3% больше энергии, чем модуль с 50°С NOCT при прочих равных условиях.

Чтобы рассчитать фактическую температуру солнечной панели необходимо подставить значения в следующую формулу:

• Tфэм – температура фотоэлектрического модуля, °C;
• Твозд – температура окружающего воздуха, °C;
• I – солнечная интенсивность, мВт/см2.

Данная формула, не учитывает, изменение ветра, поэтому рассчитанная температура будет соответствовать скорости ветра 1 м/с. Чем выше скорость ветра, тем меньше будет температура солнечной панели.

Условия испытаний PTC

Более реалистичными являются условия PTC. Однако далеко не все производители указывают параметры при PTC. Обычно PTC указывается для модулей, произведенных для американского рынка.

Параметры испытаний PTC, или PVUSA (Photovoltaics for Utility Systems Applications) Test Conditions, показывают результаты тестов солнечных панелей в условиях, более приближенных к реальным, чем STC. PTC также подразумевают освещенность в 1000 Вт/м2, но нормативная температура принимается не для солнечного элемента, как в STC, а окружающего воздуха. Панели должны находиться на высоте 10 м над уровнем земли, температура воздуха должны быть 20°C и скорость ветра должна быть 1 м/с.

PTC условия были разработаны в рамках проекта PVUSA для сравнения различных солнечных панелей изначально на американском рынке. Было протестировано около 800 кВт модулей различных производителей. Все большее число покупателей ориентируется именно на результаты этих тестов. Производительность при PTC обычно меньше на 10-15%, чем при STC условиях, что отражает влияние реальных условий эксплуатации солнечных панелей.

Другие условия испытаний солнечных панелей

LIC (Low Irradiance Conditions) используются для определения производительности солнечного модуля при низкой освещенности, симулируя работу солнечных панелей на высоких широтах или зимой. Условия LIC подразумевают мощность солнечного излучения на уровне 200 Вт/м², температуру фотоэлемента 25°C, отсутствие ветра и спектр, соответствующий AM 1.5.

HTC (High Temperature Conditions) — условия высоких температур. Панели тестируются при высоких температурах фотоэлементов, а именно при 75°C, освещенности 1000 Вт/м² и спектре AM 1.5

LTC (Low Temperature Conditions) — условия низких температур. В противоположность HTC эти условия предполагают температуру фотоэлементов 15°C, освещенность 500 Вт/м², скорость ветра 0 и спектр при AM 1.5.

Выводы

Представим, что имеется солнечная электростанция общей мощностью 10 кВт. Если бы солнечные панели могли работать всё время при условиях STC, то солнечная электростанция могла бы фактически работать при мощности 10 кВт в любой момент времени. Но в реальном мире панели будут нагреваться намного сильнее даже в холодный день, и мощность значительно упадёт. Анализ PTC показывает, что даже при умеренном нагреве производительность электростанции будет примерно на 8–10% ниже номинала STC. А при больших перегревах, характерных для высокого значений NOCT, производительность падает на 15-20%. И это, не учитывая другие потери солнечной электростанции. Поэтому очень важно обращать внимание на технические характеристики солнечных панелей перед покупкой отдавая предпочтения панелям с низкой температурой NOCT.

Другие новости на сайте Solar-News.ru

Для развития канала нам важна ваша поддержка, подписывайтесь на канал и ставьте лайки.

Вероятно, вам также понравятся следующие материалы:

Источник

Температура поверхности солнечной батареи

Солнечные панели наиболее эффективны в ясную погоду, что логично. В наших широтах такая погода чаще всего бывает летом. Но солнце не только светит, но и греет. И чем сильнее оно нагревает солнечный элемент, тем меньше света он может «обработать», и показатели энергогенерации снижаются.

В чем тут дело?

Солнечные модули, как и остальное электронное оборудование, работают за счет электрических процессов, подконтрольных законам термодинамики. А законы термодинамики гласят, что с ростом тепла снижается выход мощности.

Повышение температуры создает внутреннее сопротивление внутри солнечного элемента, что снижает его эффективность. Если коротко, то с ростом температуры поток электронов внутри элемента нарастает, что вызывает увеличение силы тока и падение напряжения. Падение напряжения при этом больше, чем увеличение силы тока. Поэтому общая мощность (Мощность = Напряжение х Сила тока) уменьшается, что приводит к тому, что панель работает с меньшей эффективностью.

Поэтому чем теплее температура окружающей среды, тем меньше выходная мощность фотоэлементов.

Сколько так теряется энергии?

Потери определяются «температурным коэффициентом». Температурный коэффициент — это процент снижения эффективности с привязкой к градусам по Цельсию. Он показывает насколько падает эффективность солнечной панели при повышении температуры воздуха на каждый градус.

Значение коэффициента производитель панелей получает опытным путем (и указывает в спецификациях). Оно разнится в зависимости от модели солнечной панели.

Тестирование параметров солнечных панелей проводится при температуре 25°C и обычно производители указывают их эффективность, принимая за норму 25°C.

Как проводит тестирование один из ведущих производителей солнечных панелей в США:

Таким образом, если температурный коэффициент солнечной панели -0,50, это означает, что выход мощности снизится на 0,50% за каждый градус выше 25°C.

Несмотря на то, что такая цифра кажется незначительной, температура темной крыши, на которой установлена панель может быть значительно выше 25°C в жаркий солнечный день (проведите аналогию с тем, как нагревается асфальт). В летний период собственная температура солнечной батареи может подниматься до 60 — 70°C. В среднем при повышении температуры панели на 20 °C, потери мощности составят порядка 10%. При работе станции по зеленому тарифу, такое снижение мощности может обернуться потерями в объемах продажи электроэнергии.

Тепловой коэффициент кремниевых, как поли-, так и монокристалических панелей, в среднем колеблется от -0.45% до -0.50%. Есть конечно же и тонкопленочные солнечные панели, коэффициент которых ниже (0,2 — 0,25%) но они пока новички на рынке, при том, что их изначальная эффективность ниже, чем у кремниевых панелей (раза в два).

При этом стоит учитывать, что не только панели теряют свою работоспособность в жару. С этим сталкиваются и инверторы, преобразующие ток в электроэнергию. В среднем эффективность инверторов, по различным подсчетам, падает на 2,5%, когда температура приближается к 40°C.

На примере

Возьмем солнечную панель с эффективностью 17% (не самая дорогая, или не очень новая панель, что в Украине бывает часто), температурный коэффициент которой минус 0,45% (от общей эффективности). В этом случае эффективность панели (17%) будет с каждым градусом падать на 0,077%. То есть, если температура крыши вырастет до 30 °C, то эффективность панелей будет уже не 17%, а 16,6%, если температура достигнет 35°C — 16,2%. Если температура достигает 40°C, то эффективность панели может снизиться более чем на 10%.

Что об этом говорят владельцы панелей в Украине

«С начала этого года у меня данные с инверторов измеряются с интервалом раз в минуту. По моим впечатлениям (субъективным), в жару панели работают хуже, примерно на 15-20%. В майские дни, когда воздух не горячий, а солнышко светит хорошо — самая большая пиковая мощность. Порой даже панели выдают больше, чем указано в паспортных характеристиках для STC (стандартные условия тестирования, — ред.)», — рассказал ЭлектроВестям владелец солнечной панели из Харькова.

Другой владелец солнечной станции пока не заметил особого влияния жары на свои панели:

«Из собственных наблюдений могу точно сказать, что в солнечные дни производится больше электроэнергии: 80 — 90 кВт-ч. А в пасмурный день, когда небо затянуто облаками, может производиться 20-30 кВт-ч. Видимо, здесь не жара имеет значение, а больше световой безоблачный день».

По его данным, в июне (это был первый месяц работы станции) было сгенерировано 2250 кВт-ч. Во второй месяц работы (июль) — 2150 кВт-ч. По ожиданиям владельца, в зимнее в месяц установка будет генерировать где 300-500 киловатт.

Показатели генерации за 3 августа, фото владельца:

Можно как-то бороться с перегревом?

Во-первых, на эффективность работы солнечных панелей в жару влияет то, как близко панели установлены к крыше. Солнечные панели не должны устанавливаться впритык, но так, чтобы между модулем и крышей было пространство для циркуляции воздуха. Получается, что как раз крышные солнечные панели в жару теряют больше своей эффективности, чем установки, расположенные на земле. В общем же, эксперты рекомендуют устанавливать солнечные панели в местах с хорошей №природной обдуваемостью».

Во-вторых, большинство производителей солнечных панелей используют теплопроводящую подложку, которая позволяет удалять тепло со стеклянных слоев солнечного модуля. И чем качественнее (и дороже) солнечная панель, тем лучше она подготовлена к высоким температурам.

Можно сравнить показатели разных производителей:

Источник