Меню

Выходное напряжение солнечных панелей

Устройство и принцип работы солнечной батареи

Приветствую вас на сайте е-ветерок.ру — я не буду грузить вас ненужной информацией о структуре солнечных элементов и полупроводников, о том что они состоят из выращенных кристаллов кремния, которые являются кварцевым песком, прочей химией и физикой. Об этом вы можете почитать здесь О солнечных панелях Давайте сразу перейдём к конечному продукту и его характерристикам.

Солнечная батарея представляет из себя «пирог», который спекается при высокой температуре.

  • 1. выкладывается рама из анодированного алюминия
  • 2. вначале ложится специальная антибликовая плёнка
  • 3. на неё ложится стекло (закалённое 4мм)
  • 4. на стекло выкладывается специальная прозрачная плёнка (EVA)
  • 5. сверху на плёнку укладываются предварительно распаянная цепочка из солнечных элементов
  • 6. далее укладывается второй слой плёнки EVA
  • 7. последний слой это непрозрачная белая плёнка

    Этот пирог отправляют в печь, где всё это спекается — склеивается. Плёнка намертво расплавляется и прилипает к стеклу, элементы полностью герметизируются внутри, прикрываясь плотно к пленкам с обеих сторон.

  • 8. после спекания присоединяется распределительная коробка
  • 9. присоединяются провода

    Солнечная батарея состоит из солнечных элементов, это фотоэлектрические модули (ФЭМ), их можно назвать ячейками. Ячейки в солнечной батарее соединяются последовательно, чтобы увеличить напряжение батареи до требуемого, так-как напряжение одной ячейки составляет всего 0,6V. А для зарядки 12-ти вольтового аккумулятора требуется как минимум 14 вольт. Но напряжение солнечного элемента зависит от освещённости, и чтобы напряжение даже в пасмурную погоду было выше 14 вольт, количество ячеек в батарее обычно равно 36. Напряжение холостого хода при этом 21.6 вольта. Бывают батареи с с другим количеством ячеек, для систем на 24 вольта изготавливаются солнечные панели на 72 ячейки, а так-же на 60 ячеек.

    Один солнечный элемент выдаёт напряжение максимум 0,6 вольт, но достаточно большой ток. Например ячейка размером 156×156мм с эффективностью 17% даёт ток короткого замыкания порядка 9А. Максимальная мощность одного элемента будет при просадке напряжения до 0,47-0,50 вольт. Таким образом батарея состоящая из 36 элементов будет максимально эффективна при напряжении 17-18 вольт. При этом ток под нагрузкой будет составлять чуть более 8 Ампер, а мощность порядка 150 ватт.

    Но если мы используем простой PWM контроллер зарядки АКБ, то напряжение будет равно текущему напряжению аккумулятора. А если напряжение достигнет 14 вольт, то контроллер будет отключать солнечную батарею чтобы аккумулятор не перезарядился. Это я к тому что при заряде напряжение солнечной панели не 17-18 вольт, а 13-14 вольт, а это значит что батарея выдаёт не всю свою мощность, так-как ток она даёт всего 8А, отсюда 14*8=112 ватт. Таким образом 30% энергии просто теряется.

    Такую-же мощность (112 ватт) можно получить если бы в солнечной батарее было не 36 элементов, а 28 элементов. При солнце была-ба такая-же мощность что и с 36 элементов, да хоть с 72 элемента, так-как ток не может быть больше 8 ампер, а напряжение проседает до напряжения АКБ. Но тогда в пасмурную погоду не будет зарядки, так-как напряжение упадет и будет ниже напряжения АКБ. Только для стабильной зарядки ставят лишние 8 солнечных элементов в батареи. Чтобы снимать до 98% энергии с солнечной батареи ставят MPPT контроллеры, которые держат панель в точке максимальной мощности и получаемую энергию преобразуют снижая напряжение на выходе и повышая ток. Так на входе контроллера будет 18 вольт и 8А, а на выходе 14 вольт и 10 Ампер.

    Читайте также:  Солнечные батареи их разновидности

    Выпускают солнечные батареи и на 60 элементов, напряжение холостого хода которых 36 вольт, они предназначены для АКБ на 24 вольта, или если соединить две последовательно то для систем на 48 вольт. Такие батареи получаются дешевле, но в пасмурную погоду отдача панелей ниже чем у панелей состоящих их 72 элемента, и если совсем пасмурно то зарядки не будет. Но хочу отметить что в пасмурную погоду мощность солнечных батарей падает в 15-20 раз. И например если при солнце вы получали 100 ватт*ч энергии, то при затянутом облаками небе вы получите всего порядка 5 ватт. Я думаю нет особого смысла переплачивать на 30% больше за солнечные батареи чтобы в пасмурную погоду иметь такое небольшое преимущество. Хотя лучше всего чтобы снимать 98% энергии использовать MPPT контроллер.

    Многие спрашивают что лучше, монокристаллические батареи или поликристаллические?

    Монокристаллические панели немного дороже так-как в их производстве ячеек используется кремний высокой очистки, до 100%, и процесс образования кристаллов происходит при 1300°. КПД монокристаллических панелей немного выше, и кристаллы в ячейках направлены строго параллельно, и однородны. От этого максимальный КПД только при прямых солнечных лучах, а при свечении под углом КПД значительно падает.

    Поликристаллические ячейки производятся методом осаждения паров кремния при температуре 300°, и кристаллы усаживаются неравномерно, и направлены в разные стороны. Из-за этого ниже КПД, но они лучше работают при рассеянном свете, и высоких температурах.

    Но разница совсем незначительна, и зависит от качества самих ячеек, их светочувствительности и других факторов. В итоге разница не превышает 5%, и это заметно только в пасмурную погоду. Или при очень острых углах падения солнечных лучей.

    Источник

    Как выбрать солнечные батареи. Советы покупателю

    Солнечная батарея — устройство, преобразующее солнечное излучение в электрическую энергию. Впервые метод работы солнечной батареи был разработан 1839 году физиком Александром Беккерелем. Практическое применение метод получил в 1873 после изобретения первого полупроводника. Технология использования энергии солнца в целях ресурсообеспечения приобретает все большую популярность по всему миру. Получаемый вид энергии является возобновляемым, финансовые затраты при эксплуатации солнечных батарей очень низкие — средства требуются только на покупку и установку оборудования. Энергия, вырабатываемая этим источником, является дешевой и доступной и благодаря этому широко используется по всему миру. И если вы решили приобщиться к обществу «зеленой энергетики», то начать надо из того, чтобы разобраться — как правильно выбрать солнечные батареи для частного дома, дачи или даже квартиры.

    Как устроены солнечные батареи?

    Стандартная солнечная батарея состоит из алюминиевой рамы, солнечных элементов, специального стекла, подложки, токоведущих жил и распределительной коробки.

    Рис. 1 Устройство солнечной батареи

    Рама панели — алюминиевая конструкция, придающая жесткость изделию и образующая основу для остальных деталей батареи. Солнечные элементы — кремниевые полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи, выращиваемые, как правило, монокристаллическим или поликристаллическим методом. Использование полупроводниковых преобразователей дает возможность прямого, одноступенчатого преобразования энергии, что позволяет использовать солнечные батареи наиболее эффективно.

    В солнечной батарее используется фотовольтаический эффект, возникающий в неоднородных полупроводниковых структурах при контакте с солнечным излучением. Неоднородность полупроводникового слоя солнечной батареи достигается легированием одного полупроводникового слоя различными примесями или соединением нескольких слоев полупроводников с различной шириной запрещенной зоны — созданием гетеропереходов. Также методом получения неоднородных кремниевых полупроводников является изменение химического состава полупроводника. Эффективность использования фотопроводника характеризуется оптическими свойствами проводника, одним из которых является фотопроводимость. Потери энергии при работе солнечных батарей связаны с несколькими процессами: частичным отражением солнечных лучей от поверхности преобразователей; прохождением части лучей, через фотопреобразователи без поглощения в них; рассеянием избыточной энергии фотонов на тепловых колебаниях решетки; внутренним сопротивлением преобразователей.

    Читайте также:  Power bank с солнечной батареей led

    Выбор параметров солнечной батареи

    При выборе солнечной батареи перед покупателем встает вопрос «Как выбрать подходящую солнечную батарею?» Существует несколько видов фотоэлементов, имеющих свои преимущества и недостатки:

    1. Поликристаллические элементы, в которых полупроводник производится поликристаллическим способом, этот метод удешевляют солнечную батарею, но снижают эффективность её работы. КПД элементов составляет 17-19%.
    2. Монокристаллические. Если элементы выращиваются монокристаллическим способом, то КПД фотоэлементов составляет 20-21%. Стоимость батарей при таком способе производства кремния увеличивается, но площадь фотоэлементов для получения энергии того же количества снижается. Готовые солнечные батареи, изготовленными поликристаллическим способом имеют КПД 13-17 %, а с фотоэлементами, изготовленными монокристаллическим способом — КПД 15-18,5%,
    3. Аморфные. Самым низким КПД (4-6%) обладают солнечные батареи, в которых фотоэлементы изготавливают из аморфного кремния.
    4. Арсенид галлиевые. Для изготовления высокоэффективных преобразователей в настоящее время широко используются GaAs — Арсенид галлия, имеющий гетероструктуру и более широкую запрещенную зону, это позволяет увеличить КПД солнечных батарей до 35-40%, правда такой тип элементов имеет очень высокую цену и используется только в космической отрасли.

    Рис. 2 Типы солнечных элементов

    На что обратить внимание при выборе солнечных батарей?

    При выборе солнечных батарей для частного дома или дачи необходимо обратить внимание не только на КПД батареи, которое в современных конструкциях на основе кремниевых элементов, ограничивается величиной 20-21%, но и на суммарную мощность купленной солнечной электростанции. Она должна обеспечить электроэнергией, достаточной для потребления электросистемой дома в любую погоду.

    Зимой сильно снижается длительность светового дня, поэтому в регионах, где это наблюдается, необходимо делать запас мощности, чтобы батарей хватало на то время, когда солнце менее активно. Почему выработка зимой меньше? Не нужно думать, что из-за холода батарея будет хуже работать. Негативное действие на эффективность работы оказывают осадки в виде снега, которые необходимо удалять и меньшая продолжительность светового дня с высокой облачностью – именно это негативно влияет на выработку электроэнергии в зимнее время. Летом солнечная батарея генерирует меньшее напряжение, чем зимой. В жару температура на поверхности гелиопанели может достигать 50–55 °С, что снижает эффективность фотогальванических элементов.

    Еще один важный момент при составлении плана «Как выбрать солнечные батареи для домашней электростанции» — эффективность финансовых вложений. Многие батареи при правильном выборе окупаются достаточно быстро, так как производимая при использовании энергии солнца электроэнергия является бесплатной. Выходное номинальное напряжение солнечных батарей кратно 12В и 24В, но бывают и 20В – это панели с 60 элементами. Фактическое напряжение на выходе гелиопанелей, как правило больше номинального. Так гелиопанель с выходным номинальным напряжение, равным 12В, в точке максимальной мощности выдает 17В, а при холостом ходе выдает 23В. Аналогично работают и батареи с номинальным напряжением на выходе 20 В и 24В. Двадцативольтовая батарея выдает напряжение на выходе 30В точке максимальной мощности и 39В — в режиме холостого хода, а двадцатичетырехвольтовая соответственно — 37В и 45В.

    Типовые ошибки при выборе солнечных батарей для дома

    Собирая себе солнечную электростанцию самостоятельно, чаще всего допускаются ошибки связанные с подбором оборудования, отметим основные из них:

    • Не правильно подобранное напряжение аккумуляторов и солнечных батарей, используемых в одной системе;
    • Использование ШИМ контроллера с 60 ячейковой солнечной панелью;
    • Не учтенный температурный коэффициент, связанный изменением напряжения, при изменении температуры;
    • Использование разных аккумуляторов, при последовательном подключении;
    • Неверно подобранное сечение перемычек между инвертором и АКБ;
    • Пренебрежение защитными устройствами.
    Читайте также:  Дипломы по теме солнечных батарей

    После подбора оборудования ошибки дилетантов не заканчиваются, поскольку впереди монтаж. При установке солнечной электростанции своими руками ошибки чаще допускаются такие:

    • Неправильная пространственная установка самих солнечных батарей;
    • Падение тени на ячейки от деревьев и соседних построек;
    • Неверное подключение оборудования. Если в системе даже всего два АКБ, последовательное соединение могут перепутать с параллельным. Не говоря уже о нескольких АКБ, когда требуется сделать последовательно – параллельное соединение. Это касается и подключения солнечных батарей;
    • Плохой контакт в электрических соединениях. Касаемо изготовления перемычек кустарным способом, без применения специального инструмента. Применение скрутки, пайки коннекторов MC4 и другие ненадежные соединения.

    Это только самые распространенные ошибки, но на практике их гораздо больше. Если вы решили собирать солнечную электростанцию самостоятельно, проконсультируетесь со специалистами, это поможет избежать ошибки, сэкономить деньги и да, консультацию у нас можно получить бесплатно.

    Мнения экспертов о продукции

    Выбор типа солнечной станции зависит от задачи, которую необходимо решить с помощью альтернативных источников энергии.

    В настоящее время наиболее широко применяются три типа солнечных электростанций:

    1. Автономные. В местах, где нет подключения к центральной сети, в садах, на дачах, автономные солнечные электростанции самые востребованные, хорошо подходят для освещения и других жизненно важных электроприборов. Применение автономных солнечных станций позволяет существенно экономить финансы, на жидкое топливо для генераторов, особенно в районах с большим количеством солнечных дней.
    2. Комбинированные с сетью. Если есть центральная сеть, то не нужно отказываться от нее, лучше сделать систему совместную с сетью. Автоматическая работа инвертора, входящего в состав такой станции, будет самостоятельно выбирать источник питания электрических приборов. А входящие в состав аккумуляторные батареи будут источником резервного электроснабжения, при отключениях сети.
    3. Сетевые on-grid. Сетевые солнечные электростанции самые выгодные и быстро окупаемые, поскольку не имеют в составе аккумуляторных батарей и преобразование энергии происходит с высоким КПД. Более того, позволяют передавать (продавать) излишки генерируемой электроэнергии в сеть, тем самым ускоряя процесс окупаемости. Во многих странах при такой генерации с помощью возобновляемых источников для продажи электроэнергии действует «зеленый тариф». В РФ в 2019 году принят в первом чтении Федеральный закон №581324-7 «О внесении изменений в ФЗ «Об электроэнергетике» в части развития микрогенерации», который позволит реализовывать электрическую энергию, вырабатываемую альтернативными источниками, по специальному тарифу. Покупка гарантирующим поставщиком электроэнергии от объектов микрогенерации будет обязательной. Цена купли-продажи будет равна средневзвешенной нерегулируемой цене на электроэнергию на ОРЭМ. Доходы физических лиц, возникшие при реализации лишней электроэнергии, произведенной для нужд своего домохозяйства, не будут подлежать налогообложению.

    Независимо от выбранного типа солнечной электростанции, стоит понимать, что для надежной и эффективной работы лучше приобретать высококачественные солнечные батареи. Несмотря на более высокую стоимость они более эффективны и долговечны. Срок службы батарей может достигать 30 и более лет. Покупатели часто задают вопрос: «Почему выработка зимой меньше?» Не нужно думать, что из-за холода батарея будет хуже работать. Негативное действие на эффективность работы оказывают осадки в виде снега, которые необходимо удалять, плюс меньшая продолжительность светового дня с высокой облачностью – именно это негативно влияет на выработку электроэнергии в зимнее время. Летом солнечная батарея генерирует меньшее напряжение, чем зимой. В жару температура на поверхности гелиопанели может достигать 50–55 °С, что снижает эффективность фотогальванических элементов.

    Источник