Что такое солнечная батарея и как она работает

Как работает солнечная батарея и и её устройство

Солнечные батареи стали популярным альтернативным источником электроэнергии. Преобразующие устройства позволяют заметно ее удешевить, обеспечивают бесперебойное снабжение ресурсом объектов, поэтому активно применяются в частных домовладениях, фермерских хозяйствах, коммерческих организациях и в промышленности.

Мы рассматриваем уникальную разработку человечества, и, конечно, хотелось бы узнать историю. Началось все в далеком 1839 г. Тогда Михаил Беккерель открыл возможность преобразования света солнца в электроэнергию. Ученый представил первый прототип современной солнечной батареи. К сожалению, ввиду несовершенства устройство отличалось низким КПД – 1%. Но труды над развитием и совершенствованием идеи продолжились.

В 1873 г. ученый Чарльз Фриттс выявил чувствительность селена к свету. Через четыре года удалось отметить, что вещество под действием лучей солнца вырабатывает электрический ток. Еще через три года создали первый солнечный элемент. Для изготовления применили покрытый золотом селен. Производительность также составила 1%.

Несмотря на малую производительность, Фриттс считал свою разработку эволюционной. Ученый настаивал на том, что энергию солнца целесообразно использовать как способ получения электричества. Фриттс предсказал, что со временем солнечные батареи заменят электростанции.

В 1905 г. А. Эйнштейн объяснил суть фотоэффекта. После обоснованного разъяснения появились надежды на изготовление солнечных батарей с производительностью, значительно превышающей ранее представленные показатели. Но прогресс не оправдал ожиданий.

Первый прорыв в разработках состоялся в 1954 г. Тогда Гордон Пирсон, Дэррил Чапин и Кэл Фуллер изготовили кремниевый солнечный элемент. Производительность составила 4%. Кремний оказался лучше селена по уровню продуктивности. После производительность изделия повысили до 15%. 

Использовать солнечные батареи начали в сельских районах, где были проблемы с инженерными коммуникациями. Сегодня разработка получила масштабное распространение, успешно применяется в развитых странах мира с целью получения дешевой электроэнергии.

Основные термины

Чтобы разбираться в теме было проще, внимательно изучите используемые в данной области термины. Они помогут улучшить понимание материала, упростить выбор оборудования при планировании покупки. К основным терминам отнесем:

• солнечная энергетика – направление альтернативной энергетики, базирующееся на применении лучей солнца для получения энергии;
• солнечная батарея – главный элемент. Это конструкция из последовательно или параллельно соединенных модулей;
• солнечные модули – фотоэлектрические элементы, объединенные в блок;
• фотоэлемент – главный компонент, используемый для создания батарей. Он преобразует энергию фотонов в электрическую;
• монтажная шина – плоский луженый проводник, изготовленный из меди, используемый для соединения фотоэлектрических элементов методом спаивания;
• ПЭТ или полиэтилентерефталатная пленка. Используется для защиты тыльной стороны фотомодуля;
• пикочасы – время, за которое модуль способен принять освещенность, равную 1000 Вт/м²;
• монокристаллический кремний – кремний, производимый методом Чохральского, цилиндрические слитки;
• поликристаллический кремний – кремний, производимый методом направленной кристаллизации, прямоугольные блоки;
• инсоляция – освещенность поверхности. Измеряется в кВтч/м².

Это основные термины, касающиеся рассматриваемых устройств. Частному потребителю пригодится половина наименований, ведь подбором и установкой батарей занимаются мастера, работающие в этой области.

Устройство 

Сама солнечная панель состоит из соединенных между собой фотоэлементов, бывает рамочной и безрамной. Рамы изготавливают из алюминия. В основе модулей, расположенных на металлической основе, лежит два вида кремния, отличающихся физическими свойствами. На этих пластинах располагаются металлические ребра жесткости, сверху – прозрачное стекло. По сути, устройство солнечной батареи не представляет собой слишком сложной для понимания темы.

Одна панель не даст никакого результата без дополнительных комплектующих:

• аккумулятор – накапливает преобразованную фотоэлементами энергию. АКБ необходима для обеспечения постоянного энергоснабжения объекта даже в пасмурную погоду и холодное время года;
• контроллер заряда – распределяет потоки электрической энергии, поддерживает стабильное напряжение на выходе;
• инвертор-преобразователь – преобразовывает постоянный ток, получаемый от установки, в переменный;
• стабилизатор напряжения – поддерживает оптимальные показатели напряжения в системе.

Чтобы солнечные панели работали стабильно и на максимуме возможностей, компоненты системы должны быть подобраны правильно, соответствовать характеристикам друг друга. Поэтому выбор и монтаж рекомендуется доверять лицам, имеющим в этой области немалый опыт.

Виды кристаллов фотоэлементов

Выше мы говорили о том, что кремний бывает монокристаллическим и поликристаллическим. Рассмотрим отличия внимательнее:

• монокристаллические пластины. Отличаются высоким КПД – 20-22% и дороговизной, обусловленной сложностью производственного процесса. Кристаллы имеют форму квадратов со срезанными углами;
• поликристаллические. Кристаллы имеют прямоугольную форму, получаются в результате постепенного охлаждения расплавленного кремния. Простое производство позволяет устанавливать на материал невысокую цену, но КПД 15%.

Этот момент следует учитывать, планируя приобретение солнечной панели.

Принцип работы

Рассматривая принцип работы солнечной батареи, отметим, что в конструкции модулей предусмотрено два типа полупроводников:

• n-слой – с лишними электронами;
• p-слой – с недостаточным количеством электронов.

При попадании лучей солнца на первый слой электроны покидают атомы и перемещаются во второй слой, где для них есть свободные места. Таким образом обеспечивается движение электронов по замкнутому кругу, сформированному фотоэлементами и аккумулятором. Пока идет этот процесс, АКБ набирает заряд.

Виды солнечных батарей

На первом месте по степени распространения и уровню популярности стоят кремниевые моно- и поликристаллические панели. Они характеризуются КПД в пределах 15-20%, доступны по цене, представлены на рынке в широком ассортименте. Если сравнить по эксплуатационным характеристикам, получим следующее:

• монокристаллические: надежнее, работают стабильно, окупаются за 2 года. Более совершенны, но дороже поликристаллических;
• поликристаллические: менее стабильны, проще в производстве, дешевле, окупаются за 3 года. 

Вышеуказанные показатели КПД нельзя назвать пределом совершенства, поэтому разработчики продолжают трудиться над поиском и воплощением в реальность новых решений. Так у кремниевых батарей появился ряд конкурентов.

Тонкопленочные панели представлены тремя видами неорганических пленочных солнечных элементов:

• кремниевые пленки на базе аморфного кремния (a-Si). КПД – 10%. Светопоглощение хорошее, устройства функционируют на прием лучей даже в пасмурную погоду. Эластичны, долговечны; 
• пленки из теллурида кадмия (CdTe). КПД 10-11%. Материал характеризуется хорошим светопоглощением. Есть информация о ядовитости вещества, но исследования показывают, что количество частиц, которое попадает в атмосферу, абсолютно безопасно для человека и окружающей среды; 
• пленки селенида меди-индия-галлия (CuInGaSe2, или CIGS). Производительность – 12-13%. Индий применяют в производстве жидкокристаллических мониторов, поэтому и заменяют часто галлием.

Полимерные солнечные батареи появились на рынке недавно, как альтернатива существующим вариантам. В качестве проводников производители используют полифенилен, фуллерены, фталоцианин меди. Пленка получается тонкой – 100 нм, КПД всего 5%. Но даже при таких показателях полимерные панели пользуются спросом, обладая рядом преимуществ:

• доступная цена;
• исключение выделения вредных веществ;
• широкое распространение.

Для небольших частных домовладений это вполне удобный вариант.

Многослойные, многопереходные или тандемные модели: ячейки включают разные материалы, образующие несколько p-n переходов. Ценятся панели тем, что могут улавливать лучи разного спектра и длины волн.

Для получения возможности преобразования всего солнечного спектра используют специальные призмы, разделяющие свет солнца. На рынке такие модели появились сравнительно недавно, до этого использовались исключительно в космосе. После поступления в свободную продажу объемы реализации приятно удивили.

Но оправдали ли панели приобретение? Из заявленных показателей КПД для разных конструкций отличается:

• с двухслойными ячейками – 42%;
• с трехслойными – 49%;
• с бесконечным количеством слоев – 68%.

Эти показатели теоретические. Зная, как работает солнечная батарея в теории, исследователи на определенном этапе разочаровались. Практика показала, что средний КПД многопереходных панелей составляет 30%. Исследования проводились при несфокусированном свете солнца.

Результат оказался слишком малым, что свидетельствовало о невозможности окупить дорогой производственный процесс. Тогда и начали применять концентраторы для фокусировки света в 500-1000 раз. Концентратор в виде линзы Френеля и параболического зеркала получает свет с площади в 1000 раз больше площади ячейки.

КПД увеличивается до 40%.

Самые крупные производители 

Сегодня удается выделить ряд фирм, являющихся крупнейшими производителями и поставщиками солнечных батарей:

• Suntech – китайская компания. Занимается производством солнечных панелей высокого класса качества. Работает с 2001 года. Имеет представительства во многих развитых странах мира. Организация ведет полный цикл производства, начиная с получения кремниевых кристаллов, заканчивая сборкой преобразовывающих конструкций. Производственные мощности находятся в Китае, Японии, Германии, США; 
• Yingli – крупная китайская корпорация, занимающаяся производством фотомодулей. Работает с 1998 года. С 2003 выпускает панели мощностью до 2 МВт. В 2012 и 2013 компания стала лидером по объемам производства в своей области;
• Trina Solar – входит в число лидеров по производству преобразовательных панелей. Главный офис и завод находятся в Китае. Работает компания с 1997 г. Выпускает продукцию, соответствующую национальным и международным стандартам. Кроме Китая заводы фирмы располагаются в Таиланде и Вьетнаме. В 2017 году руководство анонсировало строительство производственных мощностей в Индии, но позже приостановило реализацию проекта; 
• First Solar – американская компания, основанная в 1990 году. Занимается производством панелей и обеспечением профильных заводов специальным оборудованием, предоставляет услуги по обслуживанию производственных мощностей, участвует в переработке исчерпавших ресурс модулей;

Источник: https://uaenergy.com.ua/post/32473/kak-rabotayut-solnechnye-batarei-vnutrennee-ustroystvo-istoriya-i-raznovidnosti

Может ли солнечная электростанция вырабатывать электричество по ночам?

Электростанции, работающие на основе солнечной энергии, являются, пожалуй, одной из самых перспективных отраслей, занимающихся выработкой экологически чистой энергии. Однако есть у них один весьма существенный недостаток: в облачную погоду или ночью они «простаивают». А можно ли заставить их работать и в темное время суток? Давайте разбираться.

Как энергостанции будут вырабатывать энергию ночью

Как передает редакция издания Phys.org, благодаря совместным усилиям специалистов из Университета Кертин (Австралия), а также компаний United Sun Systems и ITP Thermal был разработан новый тип термальной батареи, который и поможет электростанциям работать на полную мощность даже в условиях ночи.

«Хранение возобновляемой энергии уже давно является камнем преткновения энергетической сферы, но наш прототип тепловой батареи способен хранить и по мере необходимости выделять солнечную энергию в любое время суток», — сказал один из авторов работы профессор Крейг Бакли.

Что такое термальная батарея и как она работает

Термальная батарея может запасать энергию и хранить ее до тех пор, пока, грубо говоря, «энергии солнца не окажется недостаточно». В этот момент ранее накопленная энергия идет на работу электростанции вместо энергии солнца. После того, как солнце снова сможет обеспечивать полноценную работу турбин станции, батарея снова начнет накапливать заряд.

: Как рождается энергия Солнца?

На самом деле, идея разработки подобной батареи не нова. На сегодняшний день в солнечных электростанциях уже используются литиевые батареи. Но они применяются лишь в качестве запаса и отдают ее для нужд питаемых объектов также, как и ваш телефон начинает терять заряд после того, как вы отключите его от источника питания. В случае с термальной батареей же все гораздо интереснее.

«В то время, как литиевая батарея хранит электрическую энергию, которая может быть использована для обеспечения электроэнергией, когда солнце не светит, термальная батарея хранит тепло от накопленного солнечного света. Это может быть использовано для работы турбины, которая будет производить электроэнергию. Эта технология позволяет получать до 46 кВт энергии и идеально подходит для удаленно расположенных промышленных предприятий или населенных пунктов.»

Сохранение энергии происходит следующим образом: когда солнечная энергия имеется в избытке, она запасается в топливных элементах на основе газообразного водорода. В тот момент, когда наступает ночь или небо застилается тучами, водород вступает во взаимодействие с ионами металлов.

Из-за разницы в температурах между водородом и металлом, происходит реакция с образованием гидрида (то есть соединение металла с водородом), в результате которой выделяется тепло. Именно оно и идет на питание турбины электростанции.

После остывания водород и металл разъединяются, позволяя вновь накапливать солнечную энергию.

Таким образом получается, что солнечная энергия просто «запасается» для работы установки и позволяет получать электричество (с минимальными потерями) в темное или пасмурное время суток.

Обсудить эту и другие новости вы можете в нашем чате в Телеграм.

Источник: https://hi-news.ru/technology/mozhet-li-solnechnaya-elektrostanciya-vyrabatyvat-elektrichestvo-po-nocham.html

Солнечные батареи: принцип работы, как сделать своими руками в домашних условиях

Использование солнечной энергии для обеспечения жизненных потребностей в 21 веке является актуальным вопросом не только для корпораций, но и для населения. Теперь использование солнечных батарей для получения экологической электроэнергии привлекает много людей своей доступностью, автономностью, неиссякаемостью и минимальными вложениями. Теперь эти явления настолько привычны и обыденны, что уже давно прочно обосновались в нашу каждодневную жизнь.

Данный источник электроэнергии используется для освещения, функционирования бытовых электроприборов и отопления. Уличные фонари на солнечных батареях используются повсеместно в городской черте, на дачных участках и территориях загородных коттеджей.

Принцип работы солнечной батареи

Устройство предназначено для непосредственного преобразования лучей солнца в электричество. Этот действие называется фотоэлектрическим эффектом. Полупроводники (кремневые пластины), которые используются для изготовления элементов, обладают положительными и отрицательными заряженными электронами и состоят их двух слоев n-слой (-) и р-слой (+). Излишние электроны под воздействием солнечного света выбиваются из слоев и занимают пустые места в другом слое.

Это заставляет свободные электроны постоянно двигаться, переходя из одной пластины в другую вырабатывая электричество, которое накапливается в аккумуляторе.

Как работает солнечная батарея, во многом зависит от ее устройства. Первоначально фотоэлементы изготавливались из кремния.

Они и сейчас очень популярны, но поскольку процесс очистки кремния достаточно трудоемок и затратен, разрабатываются модели с альтернативными фотоэлементами из соединений кадмия, меди, галлия и индия, но они менее производительны.

КПД солнечных батарей с развитием технологий вырос. На сегодняшний день это показатель возрос от одного процента, который регистрировался в начале столетия, до более двадцати процентов. Это позволяет в наши дни использовать панели не только для обеспечения бытовых нужд, но и производственных.

Технические характеристики

Устройство солнечной батареи довольно простое, и состоит из нескольких компонентов:

• Непосредственно фотоэлементы / солнечная панель;

• Инвертор, преобразовывающий постоянный ток в переменный;

• Контроллер уровня заряда аккумулятора.

Аккумуляторы для солнечных батарей купить следует с учетом необходимых функций. Они накапливают и отдают электроэнергию. Запасание и расход происходит в течение всего дня, а ночью накопленный заряд только расходуется. Таким образом, происходит постоянное и непрерывное снабжение энергией.

Чрезмерная зарядка и разрядка батареи укорачивает ее эксплуатационный срок. Контроллер заряда солнечной батареи автоматически приостанавливают накопление энергии в аккумуляторе, когда он достиг максимальных параметров, и отключают нагрузку устройства при сильной разрядке.

(Tesla Powerwall — аккумулятор для солнечных панелей на 7 КВт — и домашняя зарядка для электромобилей)

Сетевой инвертор для солнечных батарей является самым важным элементом конструкции. Он преобразовывает полученную от солнечных лучей энергию в переменный ток различной мощности. Являясь синхронным преобразователем, он совмещает выходное напряжение электрического тока по частоте и фазе со стационарной сетью.

Фотоэлементы могут соединяться как последовательно, так и параллельно. Последний вариант увеличивает параметры мощности, напряжения и тока и позволяет устройству работать, даже если один элемент потеряет функциональность. Комбинированные модели изготовлены с использованием обеих схем. Эксплуатационный срок пластин около 25 лет.

Установка солнечных батарей

Если конструкции будут использоваться для электрообеспечения жилых пространств, то место установки следует выбирать тщательно. Если панели будут загорожены высотными зданиями или деревьями, то трудно будет получить необходимую энергию. Их необходимо разместить там, где поток солнечных лучей максимален, то есть на южную сторону. Конструкцию лучше установить под наклоном, угол которого равен географической широте месторасположения системы.

Солнечные панели должны размещаться таким образом, чтобы хозяин имел возможность периодически очищать поверхность от пыли и грязи или снега, поскольку это приводит к более низкой способности выработки энергии.

Солнечная батарея своими руками

Те, кто хочет сэкономить, задумываются, как сделать солнечную батарею в домашних условиях самостоятельно, чтобы она обладала необходимыми эксплуатационными параметрами и полностью обеспечивала энергетические потребност. Это особенно актуально для мест отдаленных от главных артерий цивилизации.

Солнечные батареи своими руками в домашних условиях изготавливаются из соответствующих элементов, которые можно купить в открытом доступе в специализированных компаниях или через интернет магазины. Если кремниевые пластины должны приобретаться у производителей, то остальные элементы, такие как лента, рамка, пленка, стекло, припой и прочее можно вполне обнаружить и дома в хозяйстве.

Солнечная батарея своими руками из подручных средств изготавливается некоторыми умельцами из медных листов, зажимов, мощных электроплит, соли и из других материалов. Такие кустарные устройства не смогут полностью обеспечить необходимой электроэнергией и могут использоваться лишь в небольших масштабах.

Лучше всего солнечные батареи купить у производителя, поскольку они обладают гарантией и необходимыми функциональными и эксплуатационными параметрами, и, значит, не подведут.

Производство солнечных батарей базируется на применении новейших технологий, которые постоянно развиваются, предлагая более усовершенствованные модели.

В зависимости от размеров устройств, они могут использовать для различных целей в местах, где нет снабжения электроэнергией. Они встречаются на калькуляторах, часах, различных мобильных устройствах.

Так, например, рюкзак с солнечной батареей будет незаменимым помощником тех, кто любит путешествовать с комфортом. Он накопит достаточно энергии, чтобы зарядить фонарик для освещения туристической палатки или чтобы во время похода заряжать необходимые гаджеты. Судя по отзывам, солнечные батареи используются часто и с удовольствием для удовлетворения разнообразных нужд не только на природе, но и в быту.

Современные устройства со встроенными солнечными модулями

• Power bank с солнечной батареей – внешний накопитель с фотоэлементами для преобразования солнечных лучей в заряд аккумулятора. Он обладает несколькими портами и предназначен для зарядки смартфонов или планшетов. Это незаменимое устройство для тех кто, много времени тратят в дороге и пользуются гаджетами. Устройство, зависимо от модели может дополняться различными функциями, как, к примеру, фонариком.

• Робот конструктор – наборы с различными элементами, из которых можно собрать несколько конструкций, которые двигаются автономно. Это лучшая игрушка для любознательных детей. Робот конструктор на солнечной батарее купить интересно будет не только малышам, но и вполне взрослым дяденькам, поскольку захватывающим является не только движение робота, но и сам процесс сборки.

• Уличные садовые светильники на солнечных батареях – идеальное решение для сада, огорода или приусадебного участка. Благодаря накопленному заряду они будут светиться всю ночь. Для этого не нужно прокладывать специальную проводку. Их можно брать с собой на рыбалку или семейный поход. Чрезвычайная мобильность, компактность и удобство делают фонари самыми востребованными изделиями на солнечных батареях.

Возможности эксплуатации настолько разнообразны, а технологии так быстро развивается, что скоро солнечные модули охватят все сферы жизни современного человека.

Источник: https://mbhn.ru/solnechnye-batarei

Sunsay Energy

Установка солнечной электростанции для личного использования или на продажу по “зеленому тарифу” — это инвестиция в будущее, которую вы со временем отобьете. После того, как вы взвесили все “за” и “против” и свыклись с греющей душу мыслью, что больше не нужно оплачивать счета за электроэнергию, необходимо изучить и учесть факторы, которые могут повлиять на срок эксплуатации солнечных батарей. 

Солнечные панели создаются так, чтобы противостоять природному негативному воздействию. Они эффективно работают при экстремальных температурах и продолжают обеспечивать необходимое количество электричества даже после многих лет. Тем не менее, возникает вопрос об их ожидаемой долговечности.

 Обратимся к историческим фактам. Первую современную солнечную батарею установили более 60 лет назад и она работает до сих пор, с небольшой деградацией в производительности. А недавно компания Kyocera подтвердила, что некоторые из их солнечных установок поставленных 30 лет назад, работают в штатном режиме.

Стандартные гарантии

Гарантия, которую предоставляют большинство производителей и компаний, составляет от 10 до 25 лет. Мы в SUNSAY Enegry заботимся о ваших солнечных батареях следующим образом: 

• Гарантия на инвертор — от 12 лет;
• Гарантия на панели — от 10 до 25 лет, в зависимости от производителя;
• Гарантия на оптимизатор для инвертора — 25 лет.

Стандартная солнечная батарея точно прослужит все гарантийное время с максимальной эффективностью. Срок гарантии, как правило, связан с эксплуатационными характеристиками и эффективностью панелей.

Исследование 2012 года, проведенное Национальной лабораторией по возобновляемым источникам энергии (NREL), показало, что в среднем производительность солнечных батарей снижается на 0,5% — 0,8% с каждым годом. И это абсолютно нормально.

 Производители солнечных батарей утверждают, что их солнечные панели будут производить более 80% от номинальной мощности в течение всего срока службы. Рассмотрим солнечные панели мощностью 300 Вт: с первого и до последнего года гарантии, она будет производить более 240 Вт. 

Помимо производительности, на панели солнечных батарей предоставляется гарантия качества. Она распространяется на различные виды производственных дефектов, таких как дефектная рама или сломанная распределительная коробка. Но не стоит беспокоиться, производительные дефекты случаются крайне редко. 

Влияющие факторы

1. Тип панели

Скорость деградации и срок службы панели напрямую зависит от типа установленной панели. В SUNSAY Energy мы используем монокристаллические и поликристаллические модули, которые обладают наибольшей устойчивостью к стандартному уровню износа. Кристаллические панели без проблем выдержат экстремальную жару и/или холод более 20 лет. Посмотрите, как отличается производительность солнечных панелей из года в год в зависимости от материала: 

Деградация мощности за один год (%)

Тип панели	% в год
Монокристаллический кремний	0,36
Поликристаллический кремний	0,64
CIGS (тонкопленочная панель)	0,96

2. Погодные условия

СЭС продолжают работать эффективно в течение многих десятилетий. Подобная стойкость связана с тем,  что солнечные батареи не имеют движущихся частей — они редко ломаются изнутри и, как правило, незначительные повреждения могут возникнуть только из-за экстремальных погодных условий.

 
Солнечная панель, которая из года в год подвергается сильнейшим бурям или постоянным снегопадам, может незначительно потерять структурную целостность. При климате на территории Украины, экстремальные погодные условия длительностью более двух месяцев маловероятны.

В таком случае, солнечные панели подвержены минимальной деградации. 

3. Внешние факторы
Грязь — наиболее распространенный фактор, который влияет на срок службы солнечной панели. Так происходить из-за того, что крошечные частицы пыли начинают накапливаться на поверхности солнечной панели, тем самым уменьшая количество солнечного света, который получают фотоэлементы. Для того, чтобы избежать сильного загрязнения панелей, наши специалисты устанавливают всю систему под наклоном для меньшего скопления пыли и вдали от деревьев. 

Сохраняем производительность

Для того, чтобы продлить срок службы вашей домашней солнечной электростанции, необходимо максимально очистить крышу дома или другую поверхность для установки станции от деревьев и кустарников. Это важно, ведь они могут повредить поверхность солнечной панели. 

Важно проводить регулярное техническое обслуживание и очистку солнечных панелей. Помните, что специалисты SUNSAY Energy предоставляют гарантийное обслуживание вашей солнечной электростанции на один год.

Теперь вы знаете

Как правило, по гарантии солнечные батареи служат около 25 лет. Однако это не значит, что они перестают вырабатывать электроэнергию по истечению гарантийного срока — просто производительность электроэнергии снижается. В итоге, солнечные батареи продолжают работать в течение многих десятилетий, а при правильном уходе и благоприятном климате, они не подвержены погодным и другим факторам, и не теряют эффективности.

Источник: https://sunsayenergy.com/ru/technology/sonyachni-batareyi-termin-sluzhbi

Солнечные батареи: как это работает

Солнечные батареи уже сейчас используются для питания самой разнообразной техники: от мобильных гаджетов до электромобилей. Как устроены, какими бывают и на что способны современные солнечные батареи, вы узнаете из этой статьи.

История создания

Так исторически сложилось, что солнечные батареи – это уже вторая попытка человечества обуздать безграничную энергию Солнца и заставить ее работать себе на благо. Первыми появились солнечные коллекторы (солнечные термальные электростанции), в которых электричество вырабатывает нагретая до температуры кипения под сконцентрированными солнечными лучами вода.

Солнечная термальная электростанция в испанском городе Севилья

Солнечные же батареи производят непосредственно электричество, что намного эффективнее. При прямой трансформации теряется значительно меньше энергии, чем при многоступенчатой, как у коллекторов (концентрация солнечных лучей, нагрев воды и выделение пара, вращение паровой турбины и только в конце выработка электричества генератором).

Современные солнечные батареи состоят из цепи фотоэлементов – полупроводниковых устройств, преобразующих солнечную энергию напрямую в электрический ток. Процесс преобразования энергии солнца в электрической ток называется фотоэлектрическим эффектом.

Данное явление открыл французский физик Михаил Эдмон Беккерель в середине XIX века. Первый же действующий фотоэлемент спустя полвека создал русский ученый Михаил Столетов. А уже в двадцатом столетии фотоэлектрический эффект количественно описал не требующий представления Альберт Эйнштейн.

Беккерель, Столетов и Эйнштейн – именно этому «трио» ученых мы обязаны созданием солнечных батарей

Существующие разновидности

Классифицируются солнечные батареи по мощности вырабатываемого электричества, которая зависит от площади панели и ее конструкции. Мощность потока солнечных лучей на экваторе достигает 1 кВт, тогда как в наших краях в облачную погоду она может опускаться ниже 100 Вт. В качестве примера возьмем средний показатель (500 Вт) и в дальнейших расчетах будем отталкиваться от него.

Наручные часы Citizen Eco-Drive с солнечной батареей вместо циферблата

Самым низким коэффициентом фотоэлектрического преобразования обладают аморфные, фотохимические и органические фотоэлементы. У первых двух типов он равен примерно 10 процентам, а у последнего – всего лишь 5 процентам. Это означает, что при мощности солнечного потока в 500 Вт солнечная панель площадью один квадратный метр будет вырабатывать соответственно 50 и 25 Вт электроэнергии.

Монтаж солнечных панелей на крыше жилого дома

В противовес вышеупомянутым типам фотоэлементов выступают солнечные батареи на основе кремниевых полупроводников. Коэффициент фотоэлектрического преобразования на уровне 20%, а при благоприятных условиях — и 25% для них привычное дело. Как результат, мощность метровой солнечной панели может достигать 125 Вт.

Гоночный электромобиль Honda Dream на солнечных батареях появился еще в 1996 г.

Конкурировать по мощности с кремниевыми солнечными батареями способны разве что решения на основе арсенида галлия. Используя это соединение, инженеры научились создавать многослойные фотоэлементы с КФП свыше 30% (до 150 Вт электричества с квадратного метра).

Портативная солнечная панель Solarland мощностью 130 Вт и стоимостью $860

Если же говорить о площади солнечных батарей, то существуют как миниатюрные «пластинки» мощностью до 10 Вт (для частой транспортировки), так и широченные «листы» на 200 Вт и более (сугубо для стационарного использования).

Беспилотный самолет, разработанный NASA Ames Research Center, способен на солнечной энергии пролететь от восточного побережья США до западного

На работу солнечных батарей может негативно влиять ряд факторов. К примеру, с ростом температуры снижается КФП фотоэлементов. Это при том, что солнечные батареи как раз-то и устанавливают в жарких солнечных странах. Получается своеобразная палка о двух концах.

Солнечную батарею Voltaic можно носить у себя за спиной

А если затемнить часть солнечной панели, то неактивные фотоэлементы не только прекращают вырабатывать электричество, но и становятся дополнительной, зловредной нагрузкой.

«Солнечное дерево – культурный и одновременно научный символ австрийского городка Глайсдорф

Крупнейшие производители

Источник: https://itc.ua/articles/solnechnyie-batarei-kak-eto-rabotaet/

Принцип работы солнечной батареи: как устроена панель

О том, что с помощью солнечных батарей можно получать энергию и использовать ее в бытовых нуждах, известно не каждому. Такой способ получения электроэнергии не является особо распространенным, но с каждым годом набирает популярность.

При наличии большого солнечного массива можно обеспечить током не только частный дом, но и промышленный объект.

Принцип работы солнечной батареи довольно прост, поэтому нет никаких преград, чтобы воспользоваться такой возможностью получения экологичной энергии для личных целей.

Что такое солнечная батарея

Солнечными батареями можно обеспечить полное функционирование дома или другого объекта без привлечения дополнительного источника электроэнергии. Они считаются не только экологически чистыми, но и самыми эффективными при выработке энергии. Суть данного устройства заключается в специальных модулях-фотоэлементах, которые захватывают солнечную энергию и при помощи полупроводниковых устройств преобразовывают ее в ток.

Одна батарея содержит 36 элементов и представлена в виде прямоугольника размером с шифер. Есть, конечно, и другие вариации, но такой пример является наиболее популярным. Все модули покрываются пленкой или стеклом и между собой соединены, благодаря чему через эти дорожки ток поступает в инвертор, который на выходе дает нам привычную электроэнергию, которую можно использовать в любых целях.

Устройство батареи

Сегодня нет проблем, чтобы выбрать солнечную батарею. Товары в ассортименте отличаются устройством модуля, способом его работы и технологией производства.

Панели с кремниевыми фотоэлементами

Согласно названию, для таких панелей используется кремний, а если быть точнее, они изготавливаются на основе амфорного кремния. Этот вид модулей относится к тонкопленочным солнечным батареям. Это очень прочный и надежный материал, который может прослужить более 25 лет. Такой вид кремния образуется под раскаленным паром, благодаря чему кристаллам можно придать разную форму и размер. Однако процесс производства достаточно сложный, что не может не сказываться на цене изделия.

Батареи с кремниевым покрытием существуют в двух вариантах:

Монокристаллические

Относятся к дорогостоящим солнечным батареям, так как изготавливаются по особому принципу выращивания кристаллов, на что уходит много времени и сил. Монокристаллические панели представляют собой решетки из множества квадратов с немного подрезанными углами.

Такие солнечные модули отличаются не только высоким качеством, но и максимальной производительностью. Они работают даже при сильно низкой температуре, занимают мало места и при этом их КПД не снижается.

Владельцы кремниевых монокристаллических солнечных батарей отмечают длительность их использования – до 30 лет.

Поликристаллические

Главное отличие поликристаллических заключается в том, что они производятся с применением дешевого сырья, чаще всего это продукты переработки монокристаллических панелей. Для них не нужно выращивать кристаллы и сама технология более упрощенная. Но несмотря на это, они неплохо проявили себя в работе и могут использоваться даже при критически высоких и низких температурах.

Практически в 80% солнечных батарей установлены модули именно с кремниевыми пластинами.

Суть тонкопленочных панелей заключается в особом производстве, где полупроводники наносятся непосредственно на пленку. В качестве полупроводников выступает сплавы меди-индия, теллурида кадмия и селенида. Они существенно отличаются от обычных солнечных батарей наличием панели-пленки, их можно скручивать и тем самым использовать на любой местности.

Некоторые клеят их на внешнюю сторону окна, тем самым защищая дом от солнечных лучей и при этом получая небольшую порцию энергии. Ключевое слово здесь – небольшую. Тонкопленочные полупрозрачные панели отличаются низким КПД, то есть обеспечить электричеством весь дом не смогут даже при масштабном использовании.

Из дополнительных преимуществ можно выделить маленький вес, простой способ монтажа и невысокую цену.

Концентраторные модули

Концентраторные солнечные батареи считаются самыми эффективными и наряду с этим самыми дорогими. У них наивысший процент фотоэлектрического преобразования, а все потому, что они состоят из многослойной структуры, которая отличается составом полупроводников.

Самой успешной по действию признана трехслойная структура. Принципы работы ее в поглощении солнечного излучения по всей длине волн и во всем диапазоне. Подобного эффекта не имеют никакие другие солнечные батареи.

Но они сложны в производстве и дороги, поэтому не особо популярны.

Покупка дорогих концентраторных модулей оправдана только для регионов с высокой солнечной радиацией, которая наблюдается на протяжении всего года.

В батареи органического типа включены элементы, которые состоят из органических полимеров, отсюда и такое название. Это гибкая батарея, которая производится в любых размерах и печатается на пластике с помощью принтера. Суть технологии напрямую сказывается на производительности панели.

Процент КПД у них достаточно низкий, зато они отличаются низкой ценой и экологической функцией. Они могут быть выполнены в любой удобной форме и размере, при этом с полным сохранением желаемой текстуры пластика.

Некоторые такой вариант используют и как декор частного дома, и как подпитку электроэнергией.

Принцип работы солнечных панелей

Схема электропитания дома от солнца

Если вы хотите пользоваться солнечными батареями для обеспечения своего дома экологичным видом электроэнергии, то вы должны знать, как работает система и что от вас потребуется. Итак, схема электропитания включает в себя следующий набор обязательных устройств:

Суть солнечных батарей мы уже определили, а вот зачем нужно остальное оборудование? Аккумулятор позволяет собирать необходимое количество энергии и сохранять ее с целью использования в темное время суток или в пасмурные дни, когда солнечной радиации недостаточно для удовлетворения электрических потребностей. Контроллер не является обязательной частью, но с его помощью можно обезопасить батарею и аккумулятор от перепадов напряжения, а также полного разряжения. Такое решение позволяет сохранить срок службы солнечной системы.

Осталось разораться с инвертором. Без него вы не сможете использовать полученную энергию от солнца по назначению. Инвертор позволяет преобразовать постоянный солнечный ток в переменный с повышенным показателем напряжения сети.

То есть, так как батареи выпускаются мощностью 12В, 24В и 48В, то инвертор путем трансформации «перерабатывает» его в привычные 220В. Лучше всего отдавать предпочтение трехфазным синусоидным инверторам.

Они отличаются высокой надежностью и работой даже при самых низких температурах.

Источник: https://www.termico-solar.com/printsip-raboty-solnechnoj-batarei/

Солнечная батарея на балконе, опыт использования

Привет Geektimes. Данная статья является продолжением предыдущей части, про туристическое зарядное устройство «Anker Solar 21Вт».

Идея использования солнечной батареи для зарядки разных гаджетов мне показалась весьма перспективной, но конечно, 21Вт в качестве универсальной зарядки мало — хочется иметь возможность заряда не только в солнечную погоду, а для этого нужен запас по мощности.

Поэтому были куплены полноценные солнечные панели и начаты эксперименты с ними. Что из этого получилось, подробности под катом.

Железо

1. Солнечная панель Тут есть разные варианты, но на балконе основным ограничением является наличие свободного места. Для понимания порядка цен, батарея на 50Вт стоит примерно 5000руб и выглядит так: Размеры панели в мм — 540x620x30, вес 4кг.

Балконы по размеру бывают разные, исходя из габаритов панелей, вполне без проблем можно поместить 2 или 4 штуки, больше уже не влезет. Для теста было куплено 2 панели по 50Вт.

Такая батарея дает около 18В под нагрузкой или 24В без нее, значит при использовании 2х батарей нужно рассчитывать на суммарное напряжение до 50В (к примеру многие dc-dc преобразователи штатно работают до 30В). Можно соединить батареи и параллельно, но тогда потери из-за длины проводов будут чуть выше.

2. Контроллер

Здесь есть 2 варианта:

— Солнечные панели + контроллер + аккумулятор

Это классическая конструкция: контроллер заряжает аккумулятор когда есть солнце, пользователь когда ему надо, эту энергию использует. Преимуществ у данной системы несколько: — энергией можно пользоваться когда угодно, а не только когда светло, — возможность подключения инвертора и получения на выходе 220В, — как бонус, резервный источник в доме на случай отключения электричества.

Недостаток один: использование аккумулятора большой емкости в корне убивает экологичность идеи данного мероприятия. Число циклов заряда/разряда аккумуляторов ограничено, они не любят переразряд, к тому же и аккумуляторы и контроллеры довольно-таки дорогие.

Цена контроллера составляет от 1000р за самую дешевую ШИМ-версию, до 10000-20000р за более дорогую (и эффективную) версию с поддержкой MPPT (что такое MPPT можно почитать здесь).

Цена аккумулятора составляет от 5000р за обычный гелевый аккумулятор на 40-50А*ч, некоторые используют батареи LiFePo4, они разумеется дороже.

— Grid-tie инвертер

Эта технология наиболее перспективна на данный момент. Суть в том, что конвертор преобразует и отдает энергию сразу в домашнюю электросеть. При этом потребляемая от общей сети энергия уменьшается, домовой электросчетчик фиксирует меньшие показания. В идеале, если солнечные панели дают достаточно энергии для всех потребителей, значение на электросчетчике вообще не будет расти. А если потребление квартиры/дома меньше, чем выработка солнечных панелей, то счетчик будет фиксировать «экспорт» энергии, что должно учитываться компанией-поставщиком электричества. В России правда такая схема пока не работает — более того, большинство старых электросчетчиков считают энергию «по модулю», т.е. за отдаваемую энергию еще и придется платить. Вроде в 2017 году вопросы микрогенерации на законном уровне обещали начать решать. Но впрочем для панелей на балконе все это имеет лишь теоретический интерес — их выработка слишком мала. Цена grid-tie инвертора составляет от 100$, в зависимости от мощности. Отдельно стоит отметить микроинветоры — они ставятся прямо на батарею, и отдают сразу сетевое напряжение, однако рекомендуемая мощность панелей составляет не менее 200Вт. Инвертор крепится прямо на задней стенке солнечной панели, это позволяет соединять их так: Но для балкона это разумеется, неактуально.

Тестирование

Первым делом было интересно выяснить, какую реальную мощность можно получить с солнечных панелей. Для этого за 15$ была куплена плата АЦП ADS1115 для Raspberry Pi:
Использовать ее просто, входное напряжение делится делителем и подается на аналоговый вход, на выходе имеем цифровые значения. Исходники для работы с АЦП можно взять здесь.

Также был куплен датчик тока ACS712, датчик напряжения был сделан из кучки резисторов (дома нашлись только одного номинала). В качестве нагрузки была установлена обычная лампочка на 100Вт. Разумеется, от 48 вольт она не горела (лампочка расчитана на 220В), а лишь еле-еле светилась.

Сопротивление спирали составляет 42 Ома, что по напряжению позволяет примерно оценить мощность (хотя у лампы накаливания сопротивление нелинейно, но для грубой прикидки сойдет).

Первая тестовая версия выглядела так: Технофетишистам не смотреть!
Исходник был допилен, чтобы данные и текущее время сохранялись в CSV, также на Raspberry Pi был запущен web-сервер, чтобы скачивать файлы по локальной сети.

Результаты за обычный вполне ясный день с переменной облачностью выглядят так: Видно что пик напряжения приходится на раннее утро, что есть следствие неправильной установки панелей — в идеале они не должны стоять вертикально.

А вот так выглядит «провал» в день, когда набежали тучи, и пошел дождь: Учитывая напряжение в 44В и сопротивление нити накала лампы в 42Ома, можно грубо прикинуть (нелинейность сопротивления лампы игнорируем), что в лучшем случае получаемая мощность P = U*U/R = 46Вт. Увы, КПД 100-ваттной панели при вертикальной установке не очень хорош — солнечные лучи падают на панель не под прямым углом. В худшем случае (пасмурно, дождь) мощность падает даже до 10Вт. Зимой и летом суммарная получаемая энергия также будет отличаться.

Опыт с отдачей энергии напрямую в сеть оказался неудачным: 500-ваттный инвертер от 45 ватт просто не заработал. В принципе это было ожидаемо, так что инвертор оставлен на будущее до переезда на место с балконом побольше.

В итоге, учитывая решение отказаться от буферных аккумуляторов, единственным рабочим вариантом оказалось использование dc-dc конверторов напрямую: к примеру вот такой конвертер может заряжать любые USB-девайсы, на его выходе уже есть и USB-разъем: Есть модели чуть подороже, они имеют больший максимальный ток и большее число USB-разъемов: Есть мысль также найти dc-dc-конвертер для зарядки ноутбука, их выбор на eBay весьма велик.

Заключение

Данная система имеет экспериментальный характер, но в целом можно сказать что оно работает. Как видно по графику, примерно с 7 утра и до 17 вечера отдаваемая панелями мощность более 30Вт, что в принципе не так уж плохо. В совсем пасмурную погоду результаты разумеется хуже. Об экономической целесообразности речи разумеется не идет — при выработке 40Вт*ч по 7 часов, за неделю будет выработано 2КВт*ч.

Окупаемость в ценах своего региона каждый может прикинуть самостоятельно. Вопрос разумеется не в цене, а в получении опыта, что всегда интересно. Но куда девать энергию, вопрос пока открытый. Использовать 40Вт для зарядки USB-устройств это чересчур избыточно. На eBay есть grid tie инверторы на 300Вт с рабочим напряжением 10.5-28В, однако отзывов по ним мало, а тратить 100$ на тест не хочется.

Если подходящее решение так и не найдется, можно считать что одна 50-ваттная панель является оптимумом для балкона — ею можно заряжать разные гаджеты, избыточность в этом случае минимальна. По крайней мере, уже сейчас все домашние цифровые устройства (телефоны, планшет) переведены на «зеленую энергию» без особых хлопот. Есть мысль все-таки рассмотреть использование буферного LiFePo4 аккумулятора — но вопрос выбора и аккумулятора и контроллера пока открыт.

В дополнение: как подсказали в комментариях, можно использовать свинцовый аккумулятор, например автомобильный. Да, это действительно дешевый и работающий вариант, со 100-ваттной панелью будет достаточно примерно такого контроллера, ценой всего 10-20$ на eBay: Фото Гуглить по словам PWM Solar Charger. Но это решение не совсем экологичное и не совсем интересное, поэтому в плане изучения технологий я его не рассматриваю.

А если кому-то надо например, запитать видеокамеру на даче, то наверное вполне вариант.

Продолжение в следующей части. Краткую видео-версию также можно посмотреть в ролике на .

Источник: https://habr.com/ru/post/403523/

Сравнение моно, поли и аморфных солнечных батарей

При выборе модуля часто задается вопрос: какая солнечная батарея лучше – монокристаллическая или поликристаллическая, а может аморфная? Ведь они самые распространенные в наш век. Чтобы найти ответ, было проведено множество исследований. Рассмотрим, что же показали результаты:

КПД и срок службы

Монокристаллические элементы имеют КПД около 17-22%, сроки их службы не менее 25 лет. Эффективность поликристаллических может достигать 12-18%, служат они тоже не менее 25 лет. КПД аморфных составляет 6-8% и снижается гораздо быстрее кристаллических, работают они не более 10 лет.

Температурный коэффициент

В реальных условиях использования солнечные батареи нагревается, что приводит к снижению номинальной мощности на 15-25%. Средний температурный коэффициент для поли и моно составляет -0,45%, аморфного -0,19%. Это значит, что при повышении температуры на 1°C от стандартных условий кристаллические батареи  будут менее производительными, чем аморфные.

Потеря эффективности

Деградация солнечных монокристаллических и поликристаллических модулей зависит от качества исходных элементов – чем больше в них бора и кислорода, тем быстрее снижается КПД. В поликремниевых пластинах меньше кислорода, в монокремниевых – бора.

Поэтому при равных качествах материала и условий использования особой разницы между степенью деградации тех и других модулей нет, в среднем она составляет около 1% в год. В производстве аморфных батарей используется гидрогенизированный кремний. м водорода обусловлена его более быстрая деградация.

Так, кристаллические деградируют на 20% через 25 лет эксплуатации, аморфные быстрее в 2-3 раза. Однако некачественные модели могут потерять эффективность на 20% уже в первый год использования. Это стоит учесть при покупке.

Стоимость

Тут превосходство полностью на стороне аморфных модулей – их цена ниже, чем кристаллических, из-за более дешевого производства. Второе место занимают поли, моно же самые дорогие.

Размеры и площадь установки

Монокристаллические батареи более компактны. Для создания массива требуемой мощностью понадобится меньшее количество панелей по сравнению с другими видами. Так что при установке они займут немного меньше места. Но прогресс не стоит на месте, и по соотношению мощность/площадь поликристаллические модули уже догоняют моно. Аморфные же пока отстают от них – для их установки понадобится в 2,5 раза больше места.

Светочувствительность

Здесь лидируют аморфно-кремниевые модули. У них лучший коэффициент преобразования солнечной энергии из-за водорода в составе элемента. Поэтому они, по сравнению с кристаллическими, в условиях слабой освещенности работают эффективнее. Моно и поли,  при плохом освещении работают примерно одинаково – значительно реагируют на изменение интенсивности света.

Годовая выработка

В результате тестирования модулей разных производителей было установлено, что монокристаллические за год вырабатывают больше электроэнергии, чем поликристаллические. А те в свою очередь производительнее, чем аморфные, несмотря на то, что последние вырабатывают энергию и при слабой освещенности.

Можно сделать вывод, что солнечные батареи моно и поли имеют небольшие, но важные различия. Хотя mono все-таки эффективнее и отдача от них больше, но poly все равно будут пользоваться большей популярностью. Правда, это зависит от качества продукции. Тем не менее, большинство крупных солнечных электростанций собраны на базе полимодулей. Связано это с тем, что инвесторы смотрят на общую стоимость проекта и сроки окупаемости, а не на максимальную эффективность и долговечность.

Теперь об аморфных батареях. Начнем с преимуществ: метод их изготовления самый простой и малобюджетный, потому что не требуется резка и обработка кремния. Это отражается в невысокой стоимости конечной продукции. Они неприхотливы – их можно установить куда угодно, и не привередливы – пыль и пасмурная погода им не страшны.

Однако у аморфных модулей есть и недостатки, перекрывающие их достоинства: по сравнению с вышеописанными видами, у них самый низкий КПД, они быстро портятся – эффективность снижается на 40% менее чем за 10 лет, и требуют много места для установки.

Источник: http://b-eco.ru/articles/mono_poly_amorphous/

Увеличение мощности солнечной батареи

Солнечная батарея состоит из нескольких солнечных панелей. Можно ли в одной солнечной батарее использовать разные солнечные панели? можно ли коммутировать разные солнечные модули вместе в последовательные или параллельные цепочки? Можно ли сочетать солнечные модули разных типов или все модули в солнечной батарее должны быть одинаковыми?

Если у вас уже есть солнечные батареи, то вы уже наверняка уменьшили ваши счета за электричество, или вообще не провели электрические сети до своего дома.

Наступает момент, когда вы хотите добавить еще мощности в вашу солнечную энергосистему — может быть для того, чтобы экономить еще больше, а может быть у вас появился электромобиль и теперь нужно больше солнечных батарей, чтобы заряжать его бесплатной электроэнергией.

А может быть вы просто изначально хотели попробовать, как работают солнечные батареи и есть ли от них польза в России, и теперь, увидев их эффективность, хотите закрепить успех и увеличить мощность солнечных батарей.

Наращивание мощности солнечных батарей на крыше

Теоретически, при выполнении определенных условий, разные панели можно соединять в одну солнечную батарею. Про особенности такого соединения мы уже писали в разделе «Вопросы и ответы — Солнечные батареи«. На практике, мы не рекомендуем так делать.

Есть несколько причин, по которым разные солнечные панелей не нужно смешивать в одной солнечной батарее:

• Выходная мощность солнечных панелей изменяется с течением времени. Если у вас в солнечной батарее есть панели, которые уже проработали несколько лет, то их выходная мощность уже наверняка немного деградировала и они не выдают те параметры, которые заявлены в их спецификациях. Поэтому на практике невозможно подобрать одинаковые панели по информации на их шильдике или спецификациям, даже если по документам основные параметры (токи и напряжения в точке максимальной мощности, напряжения холостого хода и токи короткого замыкания) практически совпадают. Новые панели не будут точно совпадать со старыми, уже частично деградировавшими, панелями;
• Напряжение солнечных панелей складывается при последовательном соединении. Чтобы общее напряжение цепочки не изменилось, к каждой цепочке из «старых» солнечных панелей нужно последовательно добавить одинаковое количество «новых» солнечных панелей. Недостатком такого варианта является то, что разные панели в цепочке будут производить разный ток, и общий ток будет равен току панели с наименьшим током. Поэтому, если вы добавите в цепочку панели, которые могут производить ток больше, чем уже имеющиеся в цепочке модули, то вы потеряете разницу в мощности между новыми и худшим из старых модулей. 
• Ток солнечный панелей складывается при параллельном соединении. Допустим, вы добавляете к существующим цепочкам солнечных панелей еще одну, полностью состоящую из новых солнечных панелей. В то время как каждая из цепочек будет производить максимально возможный ток, разница в напряжениях разных цепочек становится проблемой. Если цепочка с новыми солнечными панелями имеет в точке максимальной мощности напряжение больше, чем цепочка из старых панелей, то 2 параллельных цепочки будут работать при каком-то одном, неоптимальном для обеих цепочек, напряжении. Рабочая точка может сместиться как в сторону большего, так и меньшего напряжения от точки максимальной мощности цепочки. Вы и в этом случае переплатите за мощность солнечных панелей, которую вы никогда не получите. 
• Если вы используете MPPT контроллер, использование различных солнечных панелей будет иметь отрицательные последствия на всю систему. Разные модули не позволяют контроллеру точно определить положение точки максимальной мощности, т.к. она разная для разных цепочек солнечных панелей.

Так что же делать, когда нужно добавить новые солнечные панели к существующей солнечной батарее?

Разные солнечные панели заряжают одну аккумуляторную батарею через отдельные контроллеры

Ответ на самом деле очень простой. В любой солнечной энергосистеме с аккумуляторами одна из известных констант — это напряжение на аккумуляторной батарее. Лучшим методом скомбинировать старые и новые солнечные панели — это соединить их на стороне аккумуляторной батареи. Единственный способ этого добиться — соединить новые солнечные панели с аккумулятором через отдельный солнечный контроллер.

С отдельным солнечным контроллером цепочка из новых солнечных панелей становиться отдельной частью общей солнечной батареи, на которую старые панели не могут повлиять.

  Каждый солнечный контроллер будет обеспечивать работу своей части солнечной батареи («старой» и «новой») в оптимальной точке с максимальной мощностью.

При таком подходе вы можете комбинировать 2 или больше источников энергии с разными параметрами — главное, чтобы контроллеры все были рассчитаны на одинаковое напряжение на аккумуляторе. Ток заряда при этом будет складываться. 

При этом необходимо следить за тем, чтобы суммарный максимальный ток заряда от нескольких контроллеров не превысил допустимого зарядного тока для аккумуляторной батареи.

Поэтому обычно увеличение мощности солнечной батареи производится одновременно с увеличением емкости аккумуляторной батареи. Но в этому случае возникает еще бОльшая проблема — соединять параллельно или последовательно аккумуляторы разной емкости, напряжения и с разным износом нельзя.

Тем более нельзя соединять в одну аккумуляторную батарею аккумуляторы разных типов.  См. «Вопросы и ответы» по аккумуляторам. 

Такой метод подходит, если у вас есть в системе аккумуляторная батарея. А что делать, если у вас сетевой фотоэлектрический инвертор и нет аккумуляторов?

Добавление солнечных панелей в сетевую фотоэлектрическую систему

Принцип для добавления мощности солнечной батареи аналогичен.  Единственное отличие — соединение будет на стороне переменного напряжения основной сети, а не постоянного на аккумуляторной батарее. 

При выполнении определенных условий, можно добавить солнечные панели к существующему сетевому солнечному инвертору. Если он незагружен полностью (а часто люди покупают инверторы «с запасом» с учетом последующего увеличения мощности солнечной батареи), то можно добавить еще одну цепочку солнечных панелей к существующей.

Обычно, сетевые солнечные инверторы допускают подключать солнечные батареи мощностью больше, чем номинальная мощность инвертора — типичное превышение 20-25%, некоторые модели (например, инверторы Samil Power) допускают превышение до 43%. Идеальным вариантом будет инвертор с несколькими MPPT трекерами — в этом случае можно сначала установить солнечные панели на 1 трекер, а потом добавить панели на второй трекер.

У нас в ассортименте есть модели сетевых фотоэлектрических инверторов с 2 и большее MPPT трекерами (см. наш интернет-магазин) 

Что, если у вашего сетевого инвертора только 1 MPPT трекер? К сожалению, лучшим выходом в этой ситуации будет покупка дополнительного сетевого солнечного инвертора, который нужно будет соединить параллельно старому на стороне переменного тока. В этом случае вы снова получаете систему с 2 или более источниками, которые соединены параллельно на стороне с одинаковым напряжением.

Можно, конечно, просто заменить ваш солнечный сетевой инвертор на другой, более мощный. Старый — продать как б/у знакомым или через доски объявлений или форумы.

Многие сейчас интересуются солнечной энергетикой и ищут как с наименьшими затратами приобрести солнечную электростанцию. Покупка б/у солнечных панелей и б/у инвертора — хороший способ влиться в ряды «солнечных энергетиков».

Конечно, покупать дешевый китайский б/у инвертор не нужно, а вот инвертор Samil Power, Sofar Solar или SMA вполне можно брать и бывшие в употреблении.   

Потребности в энергии

Есть свободное место на крыше под солнечные батареи? Время увеличить мощность!

Сколько дополнительных солнечных панелей вам нужно? Это один из первых вопросов, на который нужно получить ответ при принятии решения о расширении вашей солнечной электростанции. Посмотрите на ваши счета за электроэнергию, а также информацию по выработке энергии вашей существующей солнечной батареей (логи в сетевом инверторе, или солнечном контроллере дадут вам цифры о выработке энергии солнечными батареями за день, месяц, год). 

Определив требуемое количество энергии, вы можете посчитать, сколько солнечный панелей вам нужно добавить. Если вы испытываете затруднения при таких расчетах — просто позвоните нам, или напишите через форму обратной связи — и наши инженеры помогут вам подобрать необходимое оборудование, совершенно бесплатно!

Доступное место для новых панелей

Если у вас есть еще место на крыше, которое можно использовать для установки солнечных панелей — это будет самым оптимальным и недорогим вариантом. Если же на вашей крыше нет достаточного места, или она ориентирована так, что нельзя установить солнечные батареи — не опускайте руки. Можно установить дополнительные солнечные панели на отдельно стоящей конструкции, на навесе, беседке, веранде и т.п. Любое хорошо освещенное и незатеняемое место подходит для установки солнечных батарей.

Совместимость солнечных панелей

Ваши существующие солнечные панели наверняка еще не выработали свой ресурс — типичные солнечные батареи работают по 25 и более лет. Поэтому обычно их не заменяют, а добавляют новые солнечные панели к существующим.

Как правильно добавить солнечные панели к существующей солнечной электростанции — написано выше.

Но попросите установщика дополнительно посчитать, что нужно докупить из монтажных конструкций, проводов и креплений — это мелочи, но для неискушенных потребителей они обычно представляют трудность. Мы поможем вам подобрать это дополнительное оборудование.

Найдите хорошего установщика

Установка солнечных батарей на крыше

Вполне возможно, вы имели не очень хороший опыт с вашим первым установщиком, поэтому не хотите к нему обращаться при расширении вашей системы. Может быть фирма, которая вам делала установку, уже не существует.

Нет проблем — ситуация на рынке сейчас такая, что найти нового установщика не составляет труда. Однако будьте внимательны — подавляющее большинство из них не имеет достаточных знаний и опыта.

Поэтому мы, конечно же, рекомендуем обратиться к нам — пы поможем вам правильно и за минимальные деньги расширить вашу систему солнечного электроснабжения.

Если потребуется решать вопросы с действующей гарантией на ваше «старое» оборудование — мы тоже поможем вам разобраться в этих вопросах так, что вы не потеряете гарантию на уже установленное у вас оборудование. Хотя бывают случаи, когда имеющееся оборудование установлено настолько плохо или неправильно, что даже мы не сможем взять его на обслуживание. В этом случае всегда есть вариант установить отдельную систему, которая не будет конфликтовать с вашим существующим оборудованием.

Как это сделать — вам объяснит наш инженер-консультант после обследования (очного или заочного) вашего объекта. Просто позвоните нам, или закажите обратный звонок, или напишите нам в онлайн-чате, или напишите через форму заявки.

Эта статья прочитана 14243 раз(а)!

Продолжить чтение

• Солнечные батареи для дома
• Выгодны ли инвестиции в солнечные батареи?
• Выбор солнечных панелей: Моно или поли?
• 12 преимуществ Double-Glass солнечных модулей

Источник: https://www.solarhome.ru/basics/solar/pv/uvelichenie-moschnosti-solnechnoj-batarei.htm

Эффективность солнечных панелей

Данный вопрос правильно было бы разделить на две части, так как уровень выработки состоит из двух факторов — КПД и качества модулей, а также климатических условий эксплуатации. Прежде всего стоит рассмотреть уровень преобразования энергии и значимые характеристики.

Техническая производительность солнечных батарей

Большинство панелей, применяемых в украинских домашних электростанциях — поликристаллические. Их КПД составляет от 13% до 17%. Для сравнения, в монокристаллических этот показатель равен 18-22%. Огромные потери вызваны тем, что большая часть свет отражается от кремниевых пластин или идет на нагрев самой конструкции.

На уровень преобразования световой энергии влияет и материал модулей. Так, у более дешевых кадмиевых пластин КПД составляет 11%, у фотоэлементов, состоящих из смесей солей галлия, меди, индия и селена (CIGS) — 15%, а у аналогов из органических полимеров — от 5%.

В 2018 году компанией Solliance совместно с Исследовательским центром по энергетике Нидерландов была создана и испытана первая кремниево-перовскитная панель с показателем эффективности 26,3%. В массовое производство пока еще не запущена.

Тем не менее такой показатель считается очень высоким, так как до недавнего времени пределом было 18%. Но, применение новых материалов и фотогальванического стекла сделало этот показатель еще выше.

«Всепогодные» панели

В 2017 году китайские ученые создали так называемые всепогодные солнечные батареи, работающие не только в любую погоду, но и ночью. Секрет разработки в том, что стекло покрытое люминофором длительного послесвечения (LPP), сохраняющем инфракрасный и ультрафиолетовый спектр, невидимый для человеческого глаза. Ночью LPP высвобождает монохроматический свет, и он преобразуется в электроэнергию.

Благодаря такой технологии панель работает круглосуточно.

Еще одно направление для технического совершенствования — сохранение начального уровня преобразования, по сути базового КПД, на протяжении длительного времени. Дело в том, что кремниевые фотоэлементы деградируют и со временем теряют производительность.

Тем не менее этот показатель постоянно растет, и даже появились аналоги, устойчивые к деградации. Но, пока это только экспериментальная технология, она еще не доказала свою эффективность на практике.

Эффективность панелей с «пробегом»

В странах Европы популярный сервис покупки дешевых б/у-шных панелей. Помните, если Вы купите подержанную модель, скорее всего ее номинальная мощность будет ниже заявленной. Для максимальной продуктивности, лучше всё таки новые батареи. Тем более с каждой новой серией, благодаря увеличению КПД, растет номинальная мощность при сохранении размеров.

Как времена года влияют на эффективность

Помимо базового увеличения КПД, выработка батарей возрастает с приходом лета. Длинный летний день по сравнению с зимой в разы увеличивает время работы, а значит и объем выработанного электричества. Но, из-за жары падает номинальная производительность. Например, вместо заявленного КПД 16%, по факту будет 14-15%.

Зимой же наоборот, на квадратный метр площади будет падать меньше света, но уровень переработки достигнет 18-19%.

На этот показатель влияет и наклон. Дело в том, что зимой Солнце находится низко над горизонтом и панель необходимо немного приподнять, а летом — наоборот, опустить. При этом лучше, чтобы панели были повернуты к Солнцу.

Если вы уже читали статью про установку панелей, то знаете, что нет смысла размещать панели с других сторон, кроме как южной, так как там выработка будет минимальной.

Лучший вариант, когда в односкатная крыша направлена на юг и её площади хватает для размещения. В двускатных крышах, расположенных с севера на юг, полезной будет только половина кровли.

Например, Вам необходимо разместить те же 30 панелей общей площадью 48,9 м2. Для этого понадобится приблизительно 50 м2. Даже если у Вас крыша на 150м2, но только 40 м2 из нее «смотрят» на юг, ее не хватит.

Но, даже если весь скат повернут в правильную сторону, это еще не значит что батареи будут работать как часы. Например, если в определенное время суток на панели упадет день от соседнего дерева, снизится общая производительность.

Почему частичная затененность хуже полной

Особенность работы инверторов такая, что если часть панелей будет в тени это негативно повлияет на выработку всех модулей, даже тех, что находятся под Солнцем. Они как бы будут работать, но всего лишь на половину от реального потенциала.

От этого не только падает эффективность, но и страдают сами панели. Нагреваются кремниевые ячейки, увеличивается износ токоведущих частей. Если в таком режиме СЭС проработает несколько суток, то ничего страшного, а вот при регулярной частичной затененности будет снижаться базовый КПД и ослабнут контакты между элементами, что выльется в отказ определенных зон батареи.

Вопрос решается подключением одинаково освещенных блоков электростанции к отдельным МРРТ (трекеров поиска точки максимальной мощности) клеммам инвертора, но в большинстве моделей таких трекеров редко встречается больше двух, а в маломощных моделях даже одного.

Если на одной из панелей падает выработка, инвертор подстраивается под ее токовое характеристики из-за чего возникают потери в остальных — принцип слабого звена. МРРТ трекер меняет параметры инвертора, за счет чего потери электричества снижаются.

Например, если вдруг на одну из панелей упадет тень, потери на остальных участках могут достигать 40%. МРРТ снижает этот показатель до 2%.

Для недопущения таких ситуаций, важно чтобы все панели были расположены на одном участке под одинаковым углом.

Как Вы помните, угол падения солнечных лучей влияет на производительность. Батареи наиболее эффективные, когда лучи падают под прямым углом.

Такое происходит только на экваторе, у нас же лучи падают на землю под средним наклоном 56-57°. Соответственно, чтобы они падали под прямым углом на поверхность, она должна быть под наклоном 33-34° относительно земли.

Угол падения солнечных лучей меняется от времени года. Летом Солнце находится высоко и лучи падают под углом до 69°, а зимой оно снижается и наклон составляет всего 14°.

Чтобы компенсировать наклон крыши, применяют специальный каркас, увеличивающий или уменьшающий угол крепления фотоэлементов. Он выглядит менее эстетично, чем обычный, но зато так Вы не потеряете ценные киловатты.

В проектах новых домов с солнечными батареями наклон крыши обычно планируется еще на этапе строительства. Если у Вас старый дом и не хватает кровли для размещения всей конструкции, не останавливайтесь только на классическом варианте.

Как увеличить КПД

Что делать, если крыша не подходит для солнечных панелей. Решением такого вопроса станет установка на опору. В отличие от кровли, здесь ничего не ограничивает пространство вокруг панели, что делает возможным ее вращение. А чтобы оно было автоматическим — поставьте поворотный трекер.

Он вращает панели на 360°, одновременно меняя угол и направление. Принцип работы достаточно простой: индикатор определяет место положения Солнца, дает сигнал на электромотор, вращающий трекер и он плавно поворачивает фотоэлементы на него. Вся система автономная и запитана от самой батареи.

Поворотный трекер увеличивает эффективность на 30-40%, но из-за высокой стоимости чаще применяется в промышленных электростанциях, чем домашних.

Сама установка — очень сложный и точный процесс, потому его лучше доверить специалистам. А вот как определиться с каркасом и мощностью солнечных батарей читайте тут.

Климатический фактор производительности

Эффективность панелей зависит от интенсивности света. Чем лучше освещенность, тем больше мощности будет выработано. Соответственно погодные и климатические условия — не менее весомый фактор, влияющий на продуктивность.

Большинство панелей рассчитаны для работы в температурном режиме от -40°C до +80°C, и чем меньше температура, тем выше уровень преобразования. Стандартной температурой считается +25°C, именно при ней измеряется номинальная мощность. С каждым градусом эффективность теряется или повышается на 0,41%.

Например, если Вы поставили 270-ваттную панель, жарким летом при +35°C ее мощность составит примерно 257Вт, а зимой при -20°C — 298 Вт.

В полярных широтах моментальная эффективность за счет пониженной температуры больше чем на экваторе, но за счет меньшего количества света — в целом эффективность ниже. Поэтому в жарких странах солнечные электростанции более популярны.

Источник: https://axiomplus.com.ua/news/effektivnost-solnechnyh-panelej/