Солнечные батареи для дома: виды, устройство, технические характеристики

При постоянно растущих ценах на электроэнергию поневоле начнешь задумываться об использовании природных источников для электроснабжения. Одна из таких возможностей — солнечные батареи для дома или дачи. При желании, они могут обеспечить  даже потребности большого дома.

Содержание статьи

• 1 Устройство системы электропитания от солнечных батарей и сколько это стоит
• 2 Виды солнечных батарей
  • 2.1 Виды фотоэлементов для солнечных батарей
  • 2.2 Как правильно выбрать систему солнечных батарей для дома
    • 2.2.1 Что надо купить
  • 2.3 Без чего можно обойтись
• 3 Определяемся с размерами и количеством фотоэлементов
• 4 Технические характеристики: на что обратить внимание
• 5 Корпус и стекло
• 6 Выбор сечения кабеля и тонкости электрического подключения

Устройство системы электропитания от солнечных батарей и сколько это стоит

Преобразовывать энергию солнца в электричество – эта идея длительное время не давала спать ученым. С открытием свойств полупроводников это стало возможным. В солнечных батареях используются кремниевые кристаллы. При попадании на них солнечного света в них образуется направленное движение электронов, которое называется электрическим током. При соединении достаточного количества таких кристаллов получаем вполне приличные по величине токи: одна панель площадью чуть больше метра (1,3-1,4 м2) при достаточном уровне освещенности может выдать до 270 Вт (напряжение 24 В).

Электрические солнечные батареи для дома открывают много возможностей

Так как освещенность меняется в зависимости от погоды, времени суток, напрямую подключать устройства к солнечным батареям не получается. Нужна целая система. Кроме солнечных панелей требуется:

• Аккумулятор. На протяжении светового дня под воздействием солнечных лучей солнечные батареи вырабатывают электрический ток для дома, дачи. Он не всегда используется в полном объеме, его излишки накапливаются в аккумуляторе. Накопленная энергия расходуется ненастную погоду.
• Контролер. Не обязательная часть, но желательная (при достаточном количестве средств). Отслеживает уровень заряда аккумулятора, не допуская его чрезмерного разряда или превышения уровня максимального заряда. Оба этих состояния губительны для аккумулятора, так что наличие контролера продлевает срок эксплуатации аккумулятора. Также контролер обеспечивает оптимальный режим работы солнечных панелей.
• Преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор). Не все устройства рассчитаны на постоянный ток. Многие работают от переменного напряжения в 220 вольт. Преобразователь дает возможность получить напряжение 220-230 В.

Солнечные батареи для дома — только часть системы

Установив солнечные батареи для дома или дачи, можно стать совершенно независимым от официального поставщика. Но для этого надо затратить приличную сумму:

• Комплект, который вырабатывает 1,5 кВт  а сутки стоит около 1000$. Этого достаточно для обеспечения потребностей дачи или части электрооборудования в доме.
• Комплект солнечных батарей для производства 4 кВт в сутки стоит порядка 2200$.
• На 9 кВт в сутки — 6200$.

Так как солнечные батареи для дома — модульная система, можно купить установку, которая будет обеспечивать часть потребностей, постепенно увеличивая ее производительность.

Виды солнечных батарей

Сама солнечная батарея — некоторое количество фотоэлементов, которые расположены в общем корпусе, защищенные прозрачной лицевой панелью.  Для бытового использования фотоэлементы производят на основе кремния, так как он относительно недорог. Элементы на его основе имеют неплохой КПД (порядка 20-24%).

На основе кремниевых кристаллов изготавливают монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные (гибкие) фотоэлементы. Некоторое количество этих фотоэлементов электрически соединены между собой (последовательно и/или параллельно) и выведены на клеммы, расположенные на  корпусе. Это и называют солнечной батареей или панелью.

Солнечная панель для дома состоит из некоторого количества фтоэлементов

Фотоэлементы установлены в закрытом корпусе. Корпус солнечной батареи делают из анодированного алюминия. Он легкий, не подвержен коррозии. Лицевую панель делают из прочного стекла, которое должно выдерживать снего-ветровые нагрузки. К тому же оно должно обладать определенными оптическими свойствами — иметь максимальную прозрачность, чтобы пропускать как можно больше лучей. Из-за отражения теряется значительное количество энергии, так что требования к качеству стекла высокие и еще оно покрывается антибликовым составом.

Виды фотоэлементов для солнечных батарей

Солнечные батареи для дома делают на основе кремневых элементов трех типов;

Если у вас скатная крыша и фасад развернут на юг или восток, слишком сильно думать о занимаемой площади не имеет смысла. Вполне могут устроить поликристаллические модули. При равном количестве производимой энергии они стоят немного дешевле.

Как правильно выбрать систему солнечных батарей для дома

Есть распространенные заблуждения, которые заставляют вас тратить лишние деньги на приобретение чересчур дорогого оборудования. Ниже приведем рекомендации того, как правильно выстроить систему электропитания от солнечных батарей и не потратить лишних денег.

Солнечные электростанции для дома могут быть не такими дорогими, если подходить к вопросу взвешенно

Что надо купить

Далеко не все компоненты солнечной электростанции жизненно необходимы для работы. Некоторые служат для повышения надежности, но без них система работоспособна. Первое, что стоит запомнить — приобретайте солнечные батареи в конце зимы, начале весны. Во-первых, погода в это время отличная, много солнечных дней, снег отражает солнце, увеличивая общую освещенность. Во-вторых, в это время традиционно объявляют скидки. Далее советы такие:

Если воспользоваться только этими советами, и подключить только технику, которая работает от постоянного напряжения, система солнечных батарей для дома обойдется в гораздо более скромную сумму чем самый дешевый комплект. Но это еще не все. Можно еще часть оборудования оставить «на потом» или вообще обойтись без него.

Без чего можно обойтись

Стоимость комплекта солнечных батарей на 1 кВт в сутки — более тысячи долларов. Немалые вложения. Поневоле задумаешься, а стоит ли оно того и каков же будет срок окупаемости. При нынешних тарифах ждать пока отобьются свои деньги придется не один год. Но можно затраты уменьшить. Не за счет качества, но за счет незначительного снижения комфортности эксплуатации системы и за счет разумного подхода к подбору ее компонентов.

Итак, если бюджет ограничен, можно обойтись несколькими солнечными панелями и аккумуляторными батареями, емкость которых на 20-25% выше максимального заряда солнечных панелей. Для мониторинга состояния купите автомобильные часы, которые еще измеряют напряжение. Это избавит вас от необходимости несколько раз в день измерять заряд на АКБ. Вместо этого вам надо будет время от времени смотреть на показания часов. Для старта это все. В дальнейшем можно докупать солнечные батареи для дома, увеличивать количество АКБ. При желании, можно купить инвертор.

Определяемся с размерами и количеством фотоэлементов

В хороших солнечных батареях на 12 вольт должно быть 36 элементов, на 24 вольта — 72 фотоэлемента. Это количество оптимально. При меньшем числе фотоэлементов вы никогда не получите заявленный ток. И это — лучший из вариантов.

Не стоит покупать сдвоенные солнечные панели — по 72 и 144 элемента соответственно. Во-первых, они очень большие, что неудобно при перевозке. Во-вторых, при аномально низких температурах, которые у нас периодически случаются, они первыми выходят из строя. Дело в том, что ламинирующая пленка при морозах сильно уменьшается в размерах. На больших панелях из-за большого натяжения она отслаивается или даже рвется. Теряется прозрачность, катастрофически падает производительность. Панель идет в ремонт.

Солнечная панель на 4 В имеет 7 элемента

Второй фактор. На больших по размерам панелях должна быть больше толщина корпуса и стекла. Ведь увеличивается парусность и снеговые нагрузки. Но далеко не всегда это делают, так как значительно возрастает цена. Если вы видите сдвоенную панель, а цена на нее ниже, чем на две «обычных», лучше ищите что-то другое.

Еще раз: лучший выбор — солнечная панель для дома на 12 вольт, состоящая из 36 фотоэлементов. Это оптимальный вариант, проверенный практикой.

Технические характеристики: на что обратить внимание

В сертифицированных солнечных батареях всегда указывается рабочий ток и напряжение, а также напряжение холостого хода и ток КЗ. При этом стоит учесть, что все параметры обычно указываются для температуры +25°C. В солнечный день на крыше батарея разогревается до температур, значительно превышающих эту цифру. Это объясняет наличие большего рабочего напряжения.

Пример технических характеристик солнечных батарей для дома

Также обратите внимание на напряжение холостого хода. В нормальных батареях оно порядка 22 В. И все бы ничего, но если проводить работы на оборудовании не отключив солнечные батареи, напряжение холостого хода выведет из строя инвертор или другую подключенную технику, не рассчитанную на подобный вольтаж. Потому при любых работах — переключении проводов, подключении/отключении аккумуляторов и  т.д. и т.п — первое что вы должны сделать — отключить солнечные батареи (снять клеммы). Перебрав схему, их подключаете последними. Такой порядок действий сохранит вам много нервов (и денег).

Корпус и стекло

Солнечные батареи для дома имеют алюминиевый корпус. Этот металл не корродирует, при достаточной прочности имеет небольшую массу. Нормальный корпус должен быть собран из профиля, в котором присутствуют, как минимум, два ребра жесткости. К тому же стекло должно быть вставлено в специальный паз, а не закреплено сверху. Все это — признаки нормального качества.

Бликов на корпусе быть не должно

Еще при выборе солнечной батареи обратите внимание на стекло. В нормальных батареях оно не гладкое, а текстурированное. На ощупь — шершавое, если провести ногтями, слышен шорох. К тому же должно иметь качественное покрытие, которое сводит к минимуму блики. Это означает что в нем не должно ничего отражаться. Если хоть под каким-то углом видны отражения окружающих предметов, лучше найдите другую панель.

Выбор сечения кабеля и тонкости электрического подключения

Подключать солнечные батареи для дома необходимо медным одножильным кабелем. Сечение жилы кабеля зависит от расстояния между модулем и АКБ:

• расстояние менее 10 метров:
  • 1,5 мм2 на одну солнечную батарею мощностью 100 Вт;
  • на две батареи — 2,5 мм2;
  • три батареи — 4,0 мм2;
• расстояние больше 10 метров:
  • для подключения одной панели берем 2,5 мм2;
  • двух — 4,0 мм2;
  • трех — 6,0 мм2.

Можно брать сечение больше, но не меньше (будут большие потери, а оно нам не надо). При покупке проводов, обратите внимание на фактическое сечение, так как сегодня заявленные размеры очень часто не соответствуют действительным. Для проверки придется измерять диаметр и считать сечение (как это делать, прочесть можно тут).

Солнечные батареи для дома: электрическое подключение

При сборе системы можно плюсы солнечных батарей провести используя многожильный кабель подходящего сечения, а для минуса использовать один толстый.

Перед подключением к аккумуляторам все «плюсы» пропускаем через диоды или диодные сборки с общим катодом. Это предотвращает возможность замыкания аккумулятора (может вызвать возгорание) при замыкании или обрыве проводов между батареями и аккумулятором.

Диоды используют типа SBL2040CT, PBYR040CT. Если такие на нашли, можно снять со старых блоков питания персональных компьютеров. Там обычно стоят SBL3040 или подобные. Пропускать через диоды желательно. Не забудьте что они сильно греются, так что монтировать их надо на радиаторе (можно на едином).

Еще в системе необходим блок предохранителей. По одному на каждого потребителя. Всю нагрузку подключаем через этот блок. Во-первых, система так безопаснее. Во-вторых, при возникновении проблем, проще определить ее источник (по сгоревшему предохранителю).

Характеристики солнечных батарей. Мощность солнечных батарей

Содержание

1. Эксплуатационные характеристики солнечных панелей
2. Сравнение типов фотоэлементов
3. Качество солнечных панелей
4. Технические характеристики солнечной панели

Эксплуатационные характеристики солнечных панелей

Для изготовления фотоэлектрических элементов солнечных батарей используют кремний с минимальным количеством примесей менее 0,01%. Качество фотоэлементов зависит от количества примесей и цена тоже.

Существует три типа фотоэлемента — это монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные. Последние находятся еще на стадии разработки, поэтому их рассматривать не будем. Остановимся на сравнение характеристик монокристаллических и поликристаллических фотоэлементов.

Сравнение типов фотоэлементов

Фотопанели размещаются на открытом пространстве, поэтому на их работу будут влиять эти параметры фотопанелей;

— Температурный коэффициент мощности. Под палящим солнцем, фотоэлементы нагреваются, и теряется часть мощности солнечных батарей. В очень жаркие дни доля потери мощности составляет 25%. В случае монокристаллических и поликристаллических фотопанелей, температурный коэффициент мощности достигает -0,45%, то есть произойдет снижение мощности на -0,45%, на каждый градус прироста температуры. На температурный коэффициент мощности сильно влияет качество фотопреобразователей;

— Степень деградации LID. Деградация монокристаллов панелей происходит быстрее, чем поликристаллов. Год работы снижает мощность монокристаллических батарей до 3%, а поликристаллических до 2%. Такое уменьшение мощности наблюдается в первый год работы гелиопанелей, в дальнейшем эта деградация для монокристаллов будет 0,71%, для панелей из поликристаллов 0,67%.

Деградация зависит от качества фотоэлементов. Для панелей сомнительного качества деградация может достичь в первый год эксплуатации 20%. Поэтому панели важно выбирать не по низкой стоимости, а по производителю и качеству исполнения;

— Фотоэлектрическая чувствительность. Поликристаллические фотоэлементы не так чувствительны к снижению освещения, по сравнению с монокристаллами, но разница в чувствительности небольшая и не является критерием выбора по этому параметру;

— Эффективность панелей. Для выработки одинаковой мощности для поликристаллических панелей необходимо больше площади, т. е. эффективность поликристаллических гелиопанелей меньше монокристалических. Срок службы монокристаллов выше.

Качество солнечных панелей

По качеству исполнения фотоэлектрические элементы можно разделить на четыре категории качества.

Первая категория — Grad A. Это солнечные батареи самого высокого качества — без микротрещин, отсутствуют сколы. По внешнему состоянию эти фотоэлементы полностью одинаковы по цвету, структуре. Эта категория имеет самую малую деградацию и высокое КПД.

Вторая категория — Grad B. Эти фотопреобразователи практически не отличаются от фотоэлементов первой категории, но имеют небольшие изменения в цвете. Но у них большая деградация и меньший срок эксплуатации.

Третья категории — Grad С. Отличие от предыдущей категории — это наличие сколов и трещин, неоднородный окрас, но низкая стоимость. Для энергоснабжения частного дома такие фотопанели не следует применять из-за низкого КПД, высокой деградации и небольшого срока эксплуатации.

Четвертая категория — Grad D имеет самое низкое качество исполнения. Структура этих панелей неоднородная с видимыми дефектами. Небольшой размер фотоэлементов нуждается в дополнительной пайке, что еще ухудшает параметры. Такие элементы имеют небольшую надежность. Их устанавливать не рекомендуется даже при небольшой стоимости.

Пленка EVA. Предназначена для ламинации панелей с солнечной стороны. Она хорошо герметизирует фотоэлементы, снижает деградацию, защищает от механических повреждений, прозрачна. Срок службы этой пленки также зависит от качества исполнения и меняется от 5 до 15 лет.

Недорогая пленка со временем желтеет, теряет прозрачность, отслаивается и имеет срок эксплуатации 3-5 лет. Визуально качественную пленку отличить невозможно, это можно определить только через несколько лет ее работы.

ПЭТ пленка. Эта пленка изолирует тыльную сторону фотопанелей от влаги, пыли и механических повреждений. Качество пленки также можно определить через несколько лет по внешнему состоянию. Цвет становится желтее, появляются трещины.

Технические характеристики солнечной панели

Посмотреть их можно в инструкции на изделие. К техническим характеристикам гелиопанелей относится;

Пример характеристики солнечной панели

— Мощность солнечных панелей и размеры. Чем больше мощность, тем меньше стоимость на ватт. Для большой мощности выгоднее приобретать большие панели;

— Допустимые пределы отклонения по мощности или толеранс. Отклонение может быть положительным и отрицательным. Покажем на примере, толеранс 0 + 4 ватта;

— КПД солнечной панели. Конечно же, лучше приобретать панели с высоким КПД;

— Температурный коэффициент — это влияние температуры на такие параметры как мощность, напряжение и ток. Температурный коэффициент должен быть минимальным;

— Срок службы солнечных панелей. Отдельные производители дают 20 лет эксплуатации панелям с гарантией 5 лет. Правильная установка солнечных батарей может резко поднять эффективность. После 15 лет работы гелиопанели могут снизить производительность на 10%, а после службы в 30 лет на 20%. Хорошего качества панели могут работать в диапазоне температур -40 +90 °С.

 

 

Помогла вам статья?

ВАХ солнечного элемента и ВАХ солнечного элемента

ВАХ солнечного элемента и ВАХ солнечного элемента

Кривые ВАХ солнечного элемента показывают характеристики тока и напряжения (ВАХ) конкретного фотоэлектрического (PV) элемента, модуль или массив. Он дает подробное описание его способности преобразования солнечной энергии и эффективности. Знание электрических ВАХ (что более важно, P _max ) солнечного элемента или панели имеет решающее значение для определения выходных характеристик устройства и солнечной эффективности.

Фотогальванические солнечные элементы преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество. С ростом спроса на источник чистой энергии и потенциалом солнца как источника бесплатной энергии преобразование солнечной энергии как части комбинации возобновляемых источников энергии становится все более важным. В результате спрос на эффективные солнечные элементы, которые преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество, растет быстрее, чем когда-либо прежде.

Фотогальванический элемент

Фотогальванический элемент почти полностью изготовлен из полупроводникового кремния, который был переработан в чрезвычайно чистый кристаллический материал, поглощающий фотоны солнечного света.

Фотоны ударяются об атомы кремния, высвобождая электроны, вызывая протекание электрического тока, когда фотопроводящая ячейка подключена к внешней нагрузке. Например, аккумулятор. Существует множество различных измерений, которые мы можем выполнить, чтобы определить производительность солнечной батареи, например, ее выходную мощность и эффективность преобразования.

Основные электрические характеристики фотоэлектрического элемента или модуля представлены в виде зависимости между током и напряжением на типичной кривой ВАХ солнечного элемента. Интенсивность солнечного излучения (инсоляции), попадающего на элемент, определяет ток ( I ), а повышение температуры солнечного элемента снижает его напряжение ( V ).

Солнечные элементы производят электричество постоянного тока, и ток, умноженный на напряжение, равен мощности, поэтому мы можем построить кривые ВАХ солнечных элементов, представляющие ток в зависимости от напряжения для фотогальванического устройства.

Кривые вольт-амперных характеристик солнечного элемента в основном представляют собой графическое представление работы солнечного элемента или модуля, обобщающее соотношение между током и напряжением при существующих условиях освещенности и температуры. Кривые ВАХ предоставляют информацию, необходимую для настройки солнечной системы, чтобы она могла работать как можно ближе к своей оптимальной точке пиковой мощности (MPP).

Кривая вольт-амперной характеристики солнечного элемента

На приведенном выше графике показаны вольт-амперные характеристики (ВАХ) типичного кремниевого фотоэлемента, работающего в нормальных условиях. Мощность, выдаваемая одним солнечным элементом или панелью, является произведением его выходного тока и напряжения ( I x V ). Если умножение производится точка за точкой для всех напряжений от короткого замыкания до разомкнутой цепи, приведенная выше кривая мощности получается для заданного уровня излучения.

При разомкнутом солнечном элементе, который не подключен к какой-либо нагрузке, ток будет минимальным (нулем), а напряжение на элементе будет максимальным, что известно как солнечные элементы

напряжение холостого хода или Voc. С другой стороны, когда солнечный элемент закорочен, то есть положительный и отрицательный выводы соединены вместе, напряжение на элементе минимально (нулевое), но ток, вытекающий из элемента, достигает своего максимума, известного как солнечные элементы ток короткого замыкания или Isc.

Уже в продаже

Проектирование и установка фотогальванических элементов Для чайников

Затем диапазон кривой вольт-амперной характеристики солнечного элемента находится в диапазоне от тока короткого замыкания (Isc) при нулевом выходном напряжении до нулевого тока при полном напряжении холостого хода (Voc).

Другими словами, максимальное напряжение, доступное от ячейки, достигается при разомкнутой цепи, а максимальный ток — при замкнутой цепи. Конечно, ни одно из этих двух условий не генерирует никакой электроэнергии, но должна быть точка где-то посередине, где солнечный элемент генерирует максимальную мощность.

Однако существует одна конкретная комбинация тока и напряжения, при которой мощность достигает своего максимального значения, при Imp и Vmp. Другими словами, точка, в которой ячейка вырабатывает максимальную электрическую мощность, показана в правом верхнем углу зеленого прямоугольника. Это «точка максимальной мощности» или

MPP . Поэтому идеальная работа фотогальванического элемента (или панели) определяется точкой максимальной мощности.

Точка максимальной мощности (MPP) солнечного элемента расположена рядом с изгибом кривой ВАХ. Соответствующие значения Vmp и Imp можно оценить по напряжению холостого хода и току короткого замыкания: Vmp ≅ (0,8–0,90)Voc и Imp ≅ (0,85–0,95)Isc. Поскольку выходное напряжение и ток солнечного элемента зависят от температуры, фактическая выходная мощность будет зависеть от изменения температуры окружающей среды.

До сих пор мы рассматривали ВАХ солнечной батареи для одного солнечного элемента или панели. Но фотоэлектрический массив состоит из небольших фотоэлектрических панелей, соединенных между собой. Тогда кривая ВАХ фотоэлектрической батареи представляет собой просто увеличенную версию характеристической кривой ВАХ одиночного солнечного элемента, как показано на рисунке.

Кривые вольт-амперной характеристики панели солнечных батарей

Фотогальванические панели могут быть соединены проводами или соединены друг с другом либо последовательно, либо параллельно, либо в обеих комбинациях для увеличения напряжения или токовой емкости солнечной батареи. Если панели массива соединены вместе последовательно, то увеличивается напряжение, а если они соединены параллельно, то увеличивается ток.

Электрическая мощность в ваттах, генерируемая этими различными фотогальваническими комбинациями, по-прежнему будет произведением напряжения на ток ( P = V x I ). Однако солнечные панели соединены вместе, верхний правый угол всегда будет точкой максимальной мощности (MPP) массива.

Электрические характеристики фотогальванического массива

Электрические характеристики фотогальванического массива представлены в виде соотношения между выходным током и напряжением. Количество и интенсивность солнечной инсоляции (солнечного излучения) регулируют величину выходного тока (I), а рабочая температура солнечных элементов влияет на выходное напряжение (V) фотоэлектрической батареи. Кривые вольт-амперной характеристики солнечного элемента, которые обобщают соотношение между током и напряжением, обычно предоставляются производителем панелей и имеют вид:

Параметры солнечного массива

• В _OC = напряжение холостого хода — это максимальное напряжение, которое обеспечивает массив, когда клеммы не подключены к какой-либо нагрузке (состояние разомкнутой цепи). Это значение намного выше, чем Vmp, связанное с работой массива фотоэлектрических модулей, который фиксируется нагрузкой. Это значение зависит от количества фотоэлектрических панелей, соединенных последовательно.
• I _SC = ток короткого замыкания – максимальный ток, обеспечиваемый массивом фотоэлектрических модулей при коротком замыкании выходных разъемов (состояние короткого замыкания). Это значение намного выше значения Imp, которое относится к нормальному току рабочей цепи.
• MPP = точка максимальной мощности – относится к точке, в которой мощность, подаваемая массивом, подключенным к нагрузке (аккумуляторам, инверторам), достигает максимального значения, где MPP = Imp x Vmp. Максимальная точка мощности фотогальванического массива измеряется в ваттах (Вт) или пиковых ваттах (Вт).
• FF = коэффициент заполнения — коэффициент заполнения представляет собой соотношение между максимальной мощностью, которую массив может фактически обеспечить при нормальных условиях работы, и произведением напряжения холостого хода на ток короткого замыкания ( V _OC x I _SC ) Это значение коэффициента заполнения дает представление о качестве массива, и чем ближе коэффициент заполнения к 1 (единице), тем большую мощность может обеспечить массив. Типичные значения составляют от 0,7 до 0,8.
• %eff = КПД в процентах. Эффективность фотогальванического массива – это отношение максимальной электрической мощности, которую может производить массив, к количеству солнечного излучения, попадающего на массив. Эффективность типичной солнечной батареи обычно низка и составляет около 10-12%, в зависимости от типа используемого фотогальванического элемента (монокристаллический, поликристаллический, аморфный или тонкопленочный).

Кривые вольт-амперной характеристики солнечного элемента представляют собой графики зависимости выходного напряжения от тока для различных уровней инсоляции и температуры и могут многое рассказать о способности фотоэлемента или панели преобразовывать солнечный свет в электричество. Наиболее важными значениями для расчета номинальной мощности конкретной панели являются напряжение и ток при максимальной мощности.

Некоторые солнечные панели рассчитаны на несколько более высокое или более низкое напряжение, чем другие с той же мощностью, и это влияет на величину доступного тока и, следовательно, на MPP панелей. Другими параметрами, также важными с точки зрения безопасности, являются номинальное напряжение холостого хода и ток короткого замыкания, особенно номинальное напряжение. Массив из шести панелей, соединенных последовательно, при номинальном напряжении 72 В (6 x 12) потенциально может создавать напряжение холостого хода более 120 В постоянного тока, чего более чем достаточно, чтобы быть опасным.

Кривые вольт-амперных характеристик фотогальванических элементов предоставляют информацию, необходимую нам для настройки массива солнечной энергии, чтобы он мог работать как можно ближе к точке максимальной пиковой мощности. Точка пиковой мощности измеряется, когда фотоэлектрический модуль производит максимальное количество энергии при воздействии солнечного излучения, эквивалентного 1000 Вт на квадратный метр, 1000 Вт/м ² или 1 кВт/м ² .

Для получения дополнительной информации о ВАХ солнечных батарей и о том, как они используются для определения точки максимальной мощности фотогальванического элемента или панели, или для изучения преимуществ и недостатков использования солнечных панелей в качестве альтернативного источника энергии, тогда почему не щелкните здесь и закажите свою копию на Amazon сегодня и узнайте больше о забавном и простом способе получить контроль над фотогальваническим проектированием и установкой.

AOSHIKE 100 шт. 0,5 В 400 мА микро мини солнечные батареи…

AOSHIKE 100 шт. микро мини панели солнечных батарей 0,5 В…

Монокристаллический кремний VIKOCELL, 10 шт., 156 мм, 5 Вт…

SUNYIMA 10Pcs 5V 60mA Эпоксидная солнечная панель…

Основы солнечных фотоэлектрических элементов | Министерство энергетики

Офис технологий солнечной энергии

Когда свет падает на фотогальванический (PV) элемент, также называемый солнечным элементом, этот свет может отражаться, поглощаться или проходить прямо через элемент. Фотоэлемент состоит из полупроводникового материала; «полу» означает, что он может проводить электричество лучше, чем изолятор, но не так хорошо, как металл. В фотоэлементах используется несколько различных полупроводниковых материалов.

Когда полупроводник подвергается воздействию света, он поглощает энергию света и передает ее отрицательно заряженным частицам в материале, называемому электронами. Эта дополнительная энергия позволяет электронам течь через материал в виде электрического тока. Этот ток извлекается через проводящие металлические контакты — сеткообразные линии на солнечных элементах — и затем может использоваться для питания вашего дома и остальной части электросети.

Эффективность фотоэлемента — это просто количество электроэнергии, выходящей из элемента, по сравнению с энергией света, падающего на него, что показывает, насколько эффективно элемент преобразует энергию из одной формы в другую. Количество электроэнергии, вырабатываемой фотоэлементами, зависит от характеристик (таких как интенсивность и длина волны) доступного света и множества рабочих характеристик элемента.

Важным свойством фотоэлектрических полупроводников является ширина запрещенной зоны, которая указывает, какие длины волн света материал может поглощать и преобразовывать в электрическую энергию. Если ширина запрещенной зоны полупроводника соответствует длинам волн света, падающего на фотоэлектрическую ячейку, то эта ячейка может эффективно использовать всю доступную энергию.

Узнайте больше о наиболее часто используемых полупроводниковых материалах для фотоэлементов.

Кремний 

Кремний, безусловно, является наиболее распространенным полупроводниковым материалом, используемым в солнечных элементах, что составляет примерно 9Сегодня продано 5% модулей. Это также второй по распространенности материал на Земле (после кислорода) и самый распространенный полупроводник, используемый в компьютерных чипах. Элементы кристаллического кремния состоят из атомов кремния, соединенных друг с другом в кристаллическую решетку. Эта решетка обеспечивает организованную структуру, которая делает преобразование света в электричество более эффективным.

Солнечные элементы, изготовленные из кремния, в настоящее время обеспечивают сочетание высокой эффективности, низкой стоимости и длительного срока службы. Ожидается, что модули прослужат 25 и более лет, по истечении этого времени производя более 80% своей первоначальной мощности.

Тонкопленочные фотоэлектрические элементы

Тонкопленочные солнечные элементы изготавливаются путем нанесения одного или нескольких тонких слоев фотоэлектрического материала на поддерживающий материал, такой как стекло, пластик или металл. Сегодня на рынке представлены два основных типа тонкопленочных фотоэлектрических полупроводников: теллурид кадмия (CdTe) и диселенид меди-индия-галлия (CIGS). Оба материала можно наносить непосредственно на переднюю или заднюю поверхность модуля.

CdTe является вторым наиболее распространенным фотоэлектрическим материалом после кремния, и элементы CdTe можно изготавливать с использованием недорогих производственных процессов. Хотя это делает их экономически эффективной альтернативой, их эффективность все еще не так высока, как у кремния. Ячейки CIGS обладают оптимальными свойствами для фотоэлектрического материала и высокой эффективностью в лаборатории, но сложность, связанная с объединением четырех элементов, делает переход от лаборатории к производству более сложным. И CdTe, и CIGS требуют большей защиты, чем кремний, чтобы обеспечить длительную работу на открытом воздухе.

Перовскитные фотоэлектрические элементы

Перовскитные солнечные элементы представляют собой тип тонкопленочных элементов и названы в честь их характерной кристаллической структуры. Ячейки перовскита состоят из слоев материалов, которые печатаются, покрываются или наносятся вакуумным способом на нижележащий поддерживающий слой, известный как подложка. Как правило, они просты в сборке и могут достигать эффективности, аналогичной кристаллическому кремнию. В лаборатории эффективность солнечных элементов на основе перовскита улучшилась быстрее, чем у любого другого фотоэлектрического материала, с 3% в 2009 году.до более чем 25% в 2020 году. Чтобы быть коммерчески жизнеспособными, перовскитные фотоэлементы должны стать достаточно стабильными, чтобы выдержать 20 лет на открытом воздухе, поэтому исследователи работают над тем, чтобы сделать их более долговечными и разработать крупномасштабные и недорогие технологии производства.

Органические фотоэлектрические элементы 

Органические фотоэлектрические элементы, или OPV, состоят из богатых углеродом (органических) соединений и могут быть адаптированы для улучшения определенных функций фотоэлектрических элементов, таких как ширина запрещенной зоны, прозрачность или цвет. Ячейки OPV в настоящее время примерно вдвое менее эффективны, чем ячейки из кристаллического кремния, и имеют более короткий срок службы, но могут быть менее дорогими в производстве в больших объемах. Их также можно наносить на различные вспомогательные материалы, такие как гибкий пластик, благодаря чему OPV можно использовать в самых разных целях. PV

Квантовые точки

Солнечные батареи с квантовыми точками проводят электричество через мельчайшие частицы различных полупроводниковых материалов размером всего в несколько нанометров, называемые квантовыми точками. Квантовые точки обеспечивают новый способ обработки полупроводниковых материалов, но между ними трудно создать электрическую связь, поэтому в настоящее время они не очень эффективны. Однако их легко превратить в солнечные батареи. Их можно наносить на подложку с помощью метода центрифугирования, распыления или рулонных принтеров, подобных тем, которые используются для печати газет.

Квантовые точки бывают разных размеров, а их ширина запрещенной зоны настраивается, что позволяет им собирать свет, который трудно уловить, и сочетать их с другими полупроводниками, такими как перовскиты, для оптимизации производительности многопереходного солнечного элемента (подробнее об этом ниже).

Многопереходные фотоэлектрические элементы

Еще одна стратегия повышения эффективности фотоэлектрических элементов заключается в наслоении нескольких полупроводников для создания многопереходных солнечных элементов. Эти ячейки, по сути, представляют собой стопки различных полупроводниковых материалов, в отличие от ячеек с одним переходом, которые имеют только один полупроводник. Каждый слой имеет разную ширину запрещенной зоны, поэтому каждый из них поглощает разную часть солнечного спектра, что позволяет лучше использовать солнечный свет, чем ячейки с одним переходом. Многопереходные солнечные элементы могут достигать рекордных уровней эффективности, потому что свет, который не поглощается первым полупроводниковым слоем, улавливается слоем под ним.

В то время как все солнечные элементы с более чем одной запрещенной зоной являются многопереходными солнечными элементами, солнечный элемент с ровно двумя запрещенными зонами называется тандемным солнечным элементом. Многопереходные солнечные элементы, объединяющие полупроводники из столбцов III и V периодической таблицы, называются многопереходными солнечными элементами III-V.

Многопереходные солнечные элементы продемонстрировали КПД выше 45%, но они дороги и сложны в производстве, поэтому они предназначены для исследования космоса. Военные используют солнечные элементы III-V в беспилотниках, и исследователи изучают другие способы их применения, где ключевым фактором является высокая эффективность.

Концентрация Фотогальваника

Концентрация PV, также известная как CPV, фокусирует солнечный свет на солнечный элемент с помощью зеркала или линзы. Фокусируя солнечный свет на небольшой площади, требуется меньше фотоэлектрического материала. Фотоэлектрические материалы становятся более эффективными по мере того, как свет становится более концентрированным, поэтому самая высокая общая эффективность достигается с помощью ячеек и модулей CPV. Однако требуются более дорогие материалы, технологии производства и возможность отслеживать движение солнца, поэтому демонстрация необходимого преимущества по стоимости по сравнению с современными кремниевыми модулями большого объема стала сложной задачей.