Схема тестера для проверки солнечных элементов

Всякий раз при работе с любым источником питания необходимо представлять себе, какова связь между собой напряжения и тока, а также зависимость их от нагрузки. В большинстве случаев взаимосвязь определяется законом Ома. К сожалению, кремниевые солнечные элементы являются нелинейными устройствами и их поведение нельзя описать простой формулой. Вместо нее для объяснения характеристик элемента можно пользоваться семейством простых для понимания кривых (рис. 1).

100 мВт/см2 соответствуют энергетической освещенности, создаваемой прямым потоком солнечного излучения на поверхности земли иа уровне моря в полдень при ясном небе; 75 мВт/см2 соответствуют 3/4; 50 мВт/см2 — 1/2; 25 мВт/см2 — 1/4 этой освещенности.

Рис. 1. Характеристика фотоэлектрического преобразователя

Исследовать вольтамперные характеристики (рис. 1) можно более детально с помощью схемы, представленной на рис. 2. В схеме измеряются выходные напряжения и ток, протекающий через переменную резистивную нагрузку. Будем предполагать, что интенсивность света в процессе измерения остается постоянной.

Сначала с помощью потенциометра установим максимальное значение сопротивления. При этом фактически в цепи нет никакого тока и результирующее выходное напряжение можно считать равным напряжению холостого хода, представляющему собой напряжение, которое генерирует элемент, когда к нему не подключено никакой нагрузки. Оно составляет около 600 мВ (0,6 В). Величина этого напряжения может слегка изменяться при переходе от одного элемента к другому в одной партии и от одной фирмы-изготовителя к другой.

При уменьшении сопротивления резистора элемент все более нагружается. Как и в случае обычной батарейки питания, это вызывает возрастание потребляемого тока. Одновременно выходное напряжение слегка падает, как это и должно произойти с нестабилязированным источником питания. Пока в этом нет ничего удивительного.

Затем происходит нечто странное. Достигается такое положение, когда с уменьшением сопротивления нагрузки выходной ток более не увеличивается. Ничто не может привести к увеличению тока —>в даже короткое замыкание. На практике этот ток вполне справедливо называют током короткого замыкания.

В сущности, солнечный генератор стал источником постоянного тока. Возникает вопрос: что же с напряжением? Напряжение будет постоянно уменьшаться пропорционально возрастанию нагрузки.

Рис. 2

Как только сопротивление нагрузки станет равным нулю, напряжение упадет до нуля. Кстати, короткое замыкание фотоэлектрического преобразователя не приводит к выходу его из строя.

Сила тока, которую может развить элемент, зависит от интенсивности света. Для первого измерения мы произвольно выбрали самый высокий уровень облученности, которому соответствует верхняя кривая (рис. 1). Каждая следующая кривая была получена на том же элементе при постепенном снижении интенсивности света.

Кривая мощности

Если необходимо построить график зависимости выходной мощности от напряжения, то в результате можно было получить нечто подобное изображенному на рис. 3. На одном конце графика имеется максимальный ток при нулевом напряжении. Конечно, никакой мощности в этой точке не выделяется из-за отсутствия напряжения. На другом конце графика имеется максимальное напряжение при нулевом токе, в результате чего мощность также не выделяется.

Между этими двумя пределами при работе фотоэлектрического преобразователя в нагрузке выделяется мощность, причем пиковая мощность выделяется лишь в одной точке. Именно в ней совокупность всех факторов обеспечивает отбор наибольшей энергии от солнечного элемента. Пиковая мощность соответствует напряжению около 450 мВ (0,45 В), что случайно совпало с перегибом кривой тока, показанной на рис. 1.

То, что семейство кривых тока имеет одинаковую форму, означает, что мы всегда получим максимальную мощность при одном и том же напряжении независимо от яркости солнца. Конечно, фактическая мощность будет зависеть от интенсивности солнечного излучения в данное время, однако пиковая мощность будет наблюдаться при одном и том же напряжении. Таким образом, чтобы правильно оценить качество кремниевого солнечного элемента, необходимо нагрузить его так, чтобы выходное напряжение равнялось 0,45 В, а затем измерить выходную мощность. Этот метод эффективен не только для сравнения элементов между собой в одинаковых условиях, но и для оценки качества отдельного элемента.

 

Рис. 3

Разработка схемы тестера

Как уже было сказано, для тестирования солнечных элементов можно использовать схему, изображенную на рис. 2. Кстати, это быстрый и простой способ, в соответствии с которым после подключения элемента в указанную схему требуется всего лишь выставить соответствующее напряжение с помощью потенциометра и снять показания приборов, измеряющих напряжение и ток. Перемножив напряжение и ток, можно получить величину мощности.

Однако все элементы слегка различаются, и, следовательно, сопротивления, соответствующие пиковой мощности отдельных элементов, будут также различными» И в соответствии с этим необходимо каждый раз изменять сопротивление нагрузки, чтобы восстановись требуемое рабочее напряжение. Кроме того, энергия, вырабатываемая солнечным элементом, полностью рассеивается на потенциометре, обусловливая его нагрев и нестабильность.

 Коренным решением данной проблемы была бы замена нагрузочного резистора в схеме. Что может быть лучше транзистора? Это прекрасная замена. В данном конкретном применении транзистор можно рассматривать как динамическое сопротивление.

Небольшой ток базы транзистора, задаваемый как показано на рис. 4, вызывает значительное изменение тока коллектора. Ток базы фактически изменяет сопротивление транзистора, которое в свою очередь используется в качестве нагрузки для солнечного элемента.

 

Рис. 4

К сожалению, транзистор обладает тем же недостатком, что и потенциометр, т. е. необходимостью подстройки базового тока при смене тестируемого элемента. Такая операция незатруднительна при небольшом количестве элементов, но предположим, что вам необходимо проверить 30, 40 или больше элементов. Это отнимет слишком много времени.

Неплохо было бы найти способ автоматически подстраивать базовый ток без необходимости установки его каждый раз вручную. Было бы весьма желательно иметь параллельный стабилизатор напряжения.

Принцип работы схемы

Параллельный стабилизатор напряжения представляет собой регулятор, охваченный петлей обратной связи, использующей входное напряжение для управления током базы. Независимо от первоначального напряжения на входе параллельный стабилизатор изменяет свое шунтирующее сопротивление так, чтобы выходное напряжение поддерживалось на требуемом уровне.

В результате мы приходим к схеме, представленной на рис. 5, в которой для регулирования базового тока транзистора используется операционный усилитель. Резистор сопротивлением 220 Ом служит для ограничения тока базы.

Регулятор сравнивает входное напряжение, поступающее от фотоэлектрического преобразователя, с опорным напряжением.

Обычно в качестве источника опорного напряжения используется схема на стабилитроне. Однако в нашем случае потребовался бы стабилитрон с предельно низким напряжением стабилизации, желательно ниже 1 В. К сожалению, стабилитроны на такие напряжения либо весьма чувствительны к изменению температуры, либо дороги (обычно и то и другое вместе).

С другой стороны, прямосмещенный кремниевый диод может служить прекрасным низковольтным источником опорного напряжения.

Рис. 5

Диод D1, прямое смещение на котором задано резистором определяет диапазон напряжений регулятора, ограничивая напряжение на регулировочном резисторе «калибровка». Опорное напряжение с движка этого потенциометра подается на неинвертирующий вход усилителя. На инвертирующий вход усилителя через резистор R3 подается напряжение фотоэлектрического преобразователя. Резистором R4 задается величина коэффициента усиления операционного усилителя (в данном случае она составляет 100).

Благодаря своей особенности операционный усилитель пытается выравнять напряжение на своих инвертирующем и неинвертирующем входах, управляя током, текущим через шунтирующий регулировочный транзистор Q1. Транзистор снижает входное напряжение до такой величины, что оно становится равным напряжению на отводе резистора VR1. Это напряжение может регулироваться в пределах 0—0,7 В.

Тем не менее реально транзистор не может иметь нулевого сопротивления, которое требуется, чтобы снизить напряжение до нуля. Как бы вы ни старались, на транзисторе сохранится небольшое остаточное напряжение величиной около 150 мВ. Это ограничивает диапазон регулирования в пределах 0,15—0,7 В.

Измерение напряжения на солнечном элементе осуществляется вольтметром Ml, а тока, протекающего через шунтирующий транзистор,— амперметром М2. Мощность (в ваттах) определяется перемножением показаний обоих приборов.

Вольтметр подключается непосредственно к элементу. Он представляет собой щитовой прибор, рассчитанный на ток 1 мА, с последовательным ограничивающим резистором R12, который позволяет индицировать 1 В при отклонении на полную шкалу.

С другой стороны, для измерения тока вместе с амперметром М2 используется операционный усилитель. Схема построена так, что ток эмиттера транзистора Q1 должен протекать через резистор R13. Этот ток соответствует току, генерированному солнечным элементом.

При протекании тока на резисторе R13 создается небольшое падение напряжения. Оно усиливается дифференциальным усилителем, напряжение на инвертирующий и неинвертирующий входы которого подается через резисторы #6 и #7 соответственно.

Величина коэффициента усиления контролируется резисторами R8—R10. Резистор R8 постоянно подключен между выходом и инвертирующим входом. Его сопротивление составляет 3 МОм, а соответствующее значение коэффициента усиления — 300. Когда через резистор #13 протекает ток, равный 100 мА, выходное напряжение усилителя составляет 1 В.

Выходное напряжение дифференциального усилителя измеряется вольтметром, идентичным вольтметру M1. Этот прибор отградуирован в единицах тока. В нашем случае напряжению 1 В соответствует ток 100 мА.

При подключении параллельно резистору R8 резистора R10 коэффициент усиления уменьшается до 60. В этом случае напряжению 1 В на выходе усилителя соответствует ток 500 мА, протекающий через R13. Таким образом мы расширили диапазон измеряемых токов, охватывающий значения 100—-500 мА. Аналогично при параллельном подключении резистора R9 к резистору r8 можно измерять токи в диапазоне 0—3 А.

Конструкция тестера

Хотя тестер для проверки солнечных элементов можно изготовить любым способом, настоятельно рекомендую использовать печатный монтаж. Печатная плата показана на рис. 6.

Детали схемы разместите согласно рис. 7 и припаяйте их, соблюдая полярность включения полупроводников. Обратите внимание на то, что шунтирующий транзистор Q1 расположен на фольгирован-ной стороне платы. Транзистор необходимо осторожно привинтить к большой медной площадке, выполняющей роль теплоотвода. При этом изолировать корпус транзистора не требуется.

Идеально резисторы R6 и R7 должны образовать согласованную дару. Однако точные резисторы дороги и их трудно приобрести. Поэтому я рекомендую взять небольшую группу резисторов номиналом 10 кОм и промерить их с помощью цифрового мультимера.

Рис. 6

 

Рис. 7

Чтобы найти два подходящих друг другу резистора, не потребуется много времени. Оставшиеся компоненты можно использовать в качестве резисторов R2 и R3.

С другой стороны, резистор 13 — не обычный резистор. Я сомневаюсь, что вы сможете найти подобный резистор в обычном магазине. Но его можно изготовить из отрезка проволоки длиной 10 см и диаметром 0,26 мм, которая обычно используется для обмоток. Намотайте проволоку на каркас (карандаш), чтобы полученная катушка точно разместилась на плате.

От точности подбора величины резистора R13 зависит точность измерения тока. С целью повышения точности можно начать с отрезка проволоки чуть длиннее 10 см и укорачивать его, контролируя величину тока по амперметру М2.

Два измерительных прибора, регулятор «калибровка» и переключатель диапазонов, размещаются вместе с печатной платой в любом подходящем корпусе. Соединяя эти компоненты, необходимо соблюдать полярность.

Для подачи питания прибора необходимы два 12-вольтных источника с выводами положительной и отрицательной полярности и общим заземленным проводом. Тип источников питания и величина напряжения не критичны. При желании питание тестера можно осуществить с помощью двух 9-вольтных батарей для транзисторных приемников. Схема одного из возможных источников питания показана на рис. 8.

Рис. 8

Вероятно, сложнее всего найти или изготовить держатель с контактным устройством для солнечных элементов. Здесь необходимо самому проявить некоторую фантазию. Плоская алюминиевая пластинка размером чуть больше самого элемента может служить хорошим электродом, обеспечивающим соединение с тыльным1 контактом элемента, в то время как щуп от вольт-омметра будет прекрасным контактом к лицевой стороне солнечного элемента. Для авто-метизации тестирования, возможно, потребуется купить или изготовить особый зажим. Как я уже сказал, потребуется немного воображения и понимания того, что конкретно- необходимо.

Пользоваться тестером очень просто. Надо подключить элемент к схеме, осветить его и снять показания. Тыльный контакт элемента является положительным электродом и подсоединяется к положительному входу тестера. Токосъемная сетка на лицевой поверхности элемента является отрицательным электродом и присоединяется к заземленному выводу тестера.

Необходимо обеспечить надежный контакт с электродами элемента. Поскольку мы имеем дело с достаточно малым напряжением, даже небольшое сопротивление контактов может привести к значительной разнице в показаниях. Для обеспечения надежного соединения необходимо, чтобы контакты достаточно хорошо прижимались к элементу. Тем не менее следует избегать избыточного давления, так как элементы весьма тонкие, хрупкие и легко ломаются! Вот где пригодится хорошо продуманное контактное устройство для элементов.

Регулятором «калибровка» устанавливают рабочее напряжение, при котором производится измерение мощности. Оно обычно устанавливается один раз на уровне 450 мВ. Тем не менее при необходимости величину рабочего напряжения можно изменить. Короче говоря, при наличии тестера можно не гадать о параметрах элементов, а измерить их.

Список деталей

Резисторы

R1 — 100 Ом

R2, R3 —100 кОм

R4—1 МОм

R5—220 Ом

R6, R7—10 кОм (см. текст)

R8—3 МОм

R9—100 кОм

R10—750 кОм

R11, R12—910 Ом

R13—0,033 Ом (см. текст)

Конденсаторы

C1, С2—0,1 мкФ, 50 В

Полупроводники

ІС1 —1458

Q1—BCG187

D1—1N914

Остальные детали

M1, М2 — щитовые стрелочные приборы с диапазоном измерений 0-1 мА

S1 — переключатель нa одно направление на три положения

VR1—50KОм, потенциометр

Держатель солнечного элемента

Корпус

Литература: Байерс Т. 20 конструкций с солнечными элементами: Пер. с англ.— М.: Мир, 1988 год.

Солнечные элементы • Ваш Солнечный Дом

Структура солнечного элемента

• 1 Структура солнечного элемента
• 2 Типы солнечных элементов
• 3 Размеры фотоэлектрических элементов
• 4 Пиковый ватт
• 5 Сравнение тонкопленочных и кристаллических фотоэлектрических модулей
• 6 Различия между моно и поликристаллическими солнечными элементами

Солнечные элементы (СЭ) изготавливаются из материалов, которые напрямую преобразуют солнечный свет в электричество. Большая часть из коммерчески выпускаемых в настоящее время СЭ изготавливается из кремния (химический символ Si). Кремний это полупроводник. Он широко распространен на земле в виде песка, который является диоксидом кремния (SiO

2), также известного под именем «кварцит». Другая область применения кремния — электроника, где кремний используется для производства полупроводниковых приборов и микросхем.

Структура солнечного элемента из кремния 1. свет (фотоны)   2. лицевой контакт  3. отрицательный слой 4. переходной слой  5. положительный слой  6. задний контакт

Прежде всего , в СЭ имеется задний контакт и 2 слоя кремния разной проводимости. Сверху имеется сетка из металлических контактов и антибликовое просветляющее покрытие, которое дает СЭ характерный синий оттенок. Различают солнечные элементы с переходом p- и n-типа. Первые дешевле и более распространены в настоящее время. Вторые немного дороже, но имеют большую эффективность, и применяются в  солнечных элементах нового типа (например,

PERC)

Типы солнечных элементов

Кремниевые солнечные элементы могут быть следующих типов: монокристаллический, поликристаллический и аморфный (тонкопленочный). Есть также гетероструктурные элементы, которые совмещают в себе кристаллический и аморфный солнечные элементы (см.ниже). Различие между этими формами в том, как организованы атомы кремния в кристалле. Различные СЭ имеют разный КПД преобразования энергии света. Моно- и поликристаллические элементы имеют КПД выше, чем у солнечных элементов, изготовленных из аморфного кремния.

В последние годы разработаны новые типы материалов для СЭ. Например, тонкопленочные фотоэлектрические элементы из медь-индий-диселенида и из CdTe (теллурид кадмия). Эти СЭ в последнее время также коммерчески используются. Технологии их производства постоянно развиваются, за последнее десятилетие КПД тонкопленочных элементов вырос примерно в 2 раза. Одной из последних технологий солнечных модулей из аморфного кремния являются тандемные солнечные модули, которые имеют повышенных КПД.

Последние технологии используют гибридные методы. Так появились элементы, которые имеют как кристаллический переход, так и тонкий полупрозрачный аморфный переход, расположенный над кристаллическим. Так как кристаллы и аморфный кремний наиболее эффективно преобразуют только часть спектра света, и эти спектры немного отличаются, применение таких гибридных элементов позволяет повысить общий КПД солнечного элемента. В России такие солнечные элементы выпускает завод Хевел.

Производителя солнечных элементов постоянно усовершенствуют их, что приводит к повышению их КПД и выработки электроэнергии на пиковый ватт. Современные технологии солнечных элементов и модулей описаны в нашей статье «Современные солнечные элементы и модули«. Сейчас применяются  PERC, HJT, IBC, Bi-facial, TopCon и другие новые многообещающие технологии для кристаллических кремниевых элементов, которые позволили достичь КПД в солнечном элементе 25 и более процентов (см. карту КПД СЭ справа).

На рисунке приведен график изменения КПД солнечных элементов за последние десятилетия. Как видим, в лабораториях уже получены результаты, приближающиеся к 45%. Конечно, до массового коммерческого использования такие технологии дойдут еще не скоро, но работа по удешевлению изготовления солнечных элементов постоянно ведется во всем мире. Как видно, максимальный КПД получают на многопереходных элементах и концентрированном освещении.

Размеры фотоэлектрических элементов

Тенденция при производстве солнечных элементов — это увеличение их размера. Большие пластины позволяют снизить удельную стоимость пикового ватта солнечного элемента. В настоящее время применяются в основном пластины размером 156 и более мм.

Чем больше размер, тем выше мощность и ниже стоимость, поэтому кремниевая промышленность продолжает выпускать пластины больших размеров от M2, M4, G1, M6 до M12 (G12).

История размеров пластин солнечных элементов

Первые модули мощностью 48 Вт появились в 1983 году, в них использовалось 36 ячеек размером 100 х 100 мм. После этого использовалось много ячеек с разными размерами, начиная с 100 х 100 мм, этот размер ячеек был доступен на рынке примерно до 1996 года. Другие размеры, такие как 125 х 125 мм, затем стали стандартными размерами на многие годы.

До 2010 года преобладали монокристаллические кремниевые пластины шириной 125 мм x 125 мм (диаметр кремниевого слитка 165 мм) и лишь небольшое количество пластин размером 156 мм x 156 мм (диаметр кремниевого слитка 200 мм).

После 2010 года пластины размером 156 мм x 156 мм стали все более популярным выбором (более низкая стоимость за ватт) для монокристаллических и мультикристаллических пластин p-типа. Пластина размером 156 мм стала стандартом на более, чем 10 лет. Тогда для модуля размером 156 мм был определен термин «размер пластины M0». К концу 2013 года ряд производителей совместно выпустили стандарты для монопластин M2 (156,75 мм x 156,75 мм) p-типа (кремниевый слиток диаметром 205 мм) и M2 (156,75 мм x 156,75 мм) монопластин p-типа (210 мм). диаметр слитка кремния). В течение этого периода 2013 года на рынке также было несколько пластин M4 (161,7 мм x 161,6 мм) (слиток кремния диаметром 211 мм).

В 2016 году начался переход от 156 x 156 мм к более крупным форматам 156,75 x 156,75 мм в массовом производстве.

Без увеличения габаритов модулей на 60 ячеек, пластины M2 могут увеличить мощность модуля более, чем на 5 Вт, что является значительным повышением конкурентоспособной стоимости, поэтому они стали основным размером и сохраняли этот статус в течение нескольких лет. Старый 6-дюймовый формат (156 мм x 156 мм) полностью исчез с рынка  к концу 2019 года.

Затем размер снова был увеличен на 2 мм до общего размера 158,75 мм (M3/G1), а пластина M4 — до 161,7 мм. M4 в основном использовалась для двусторонних модулей n-типа.

К 2019 году были запущены монопластины M6 (166 мм x 166 мм) p-типа (кремниевый слиток диаметром 223 мм), что дает размер модуля 1776 x 1052 мм для варианта с полуячейками. 6-дюймовый формат M2 (156,75 мм x 156,75 мм) замещен на G1 и M6. В тот же период 2019 года были запущены M12 (G12) M10 M9.

В 2020 году массово появились размеры M12 и даже M12+. Площадь таких элементов в мм2 приведена на рисунке ниже.

Площадь пластин

M12(G12)	M10	M9	M6	G1	M4	M2
44096 мм²	399976 мм²	36862 мм²	27415 мм²	25199 мм²	25825 мм²	244316 мм²

 

Мощность солнечного элемента и мощность солнечного модуля на основе пластин различного размера

Размер пластины	Мощность элемента (Вт) при КПД 22. 5%	Мощность модуля из 60 элементов, Вт	Мощность модуля из 120 полуэлементов, Вт
M12	9.92	583	601
M10	9.00	529	545
M9	8.29	488	502
M6	6.17	363	374
G1	5.67	333	343
M4	5.81	342	352
M2	5.50	323	333

Пиковый ватт

КПД серийно выпускаемых солнечных элементов, %:
монокристаллические:	15-22
поликристаллические:	12-18
аморфные:	6-12
теллурид кадмия:	8-12

Солнечный элемент производит электричество когда освещается светом. В зависимости от интенсивности света (измеряемой в Вт/м²), солнечный элемент производит больше или меньше электричества: яркий солнечный свет более предпочтителен, чем тень, и тень более предпочтительна, чем электрический свет. Для сравнения СЭ и модулей необходимо знать так называемую номинальную мощность элемента или модуля. Номинальная мощность, выращенная в ваттах пиковой мощности Wp, это мера того, сколько электроэнергии может произвести фотоэлектрический модули при оптимальных условиях.

Для определения и сравнения номинальной мощности солнечных панелей, выходная мощность измеряется при стандартных тестовых условиях (СТУ). Эти условия предполагают:
— освещенность 1000 Вт/м²
— солнечный спектр AM 1.5 (он определяет тип и цвет света)
— температура элемента 25 °C (это важно, так как эффективность СЭ падает при повышении его температуры).

Так как в реальных условиях работы такие параметры практически недостижимы, в последнее время все больше производителей указывают параметры модуля в так называемых «нормальных условиях» (NOCT), т.

е. при температуре модуля 40-45 градусов и освещенности 800 Вт/м². Тем не менее, NOCT также не отражает реальную мощность модуля, так как во время работы солнечной батареи освещенность может быть даже выше 1000 Вт/м², а температура существенно ниже 45С.

Пример:

Большинство панелей с площадью 1 квадратный метр имеют номинальную мощность около 120-150 Вт_пик
(уточнение: если они сделаны из кристаллических кремниевых элементов).

Ни NOCT, ни тем более STC мощности не позволяют определить, сколько именно энергии будет вырабатывать солнечная панель в реальных условиях. Для того, чтобы иметь более точное представление о производительности солнечного модуля, в мире делаются попытки ввести новые, дополнительные, показатели эффективности солнечных панелей. Одним из таких дополнительных параметров является PTC, с помощью которого можно более реально определить, сколько энергии можно ожидать от того или иного модуля. На настоящий момент PTC, наряду с NOCT, являются показателями, по которым можно проводить сравнение различных фотоэлектрических модулей. Подробнее о PTC…

Сравнение тонкопленочных и кристаллических фотоэлектрических модулей

Тонкопленочные солнечные элементы бывают обычно 4 основных типов:

1. из аморфного кремния (a-Si) или тонкопленочного кремния (TF-Si)
2. из теллурида кадмия (Cd-Te)
3. из деселенида галлия-меди-индия copper indium gallium deselenide (CIS or CIGS)
4. из синтетических (dye-sensitized solar cell) материалов с органическими добавками.

Тонкопленочные модули из аморфного кремния. В отличие от кристаллического материала, здесь нет структурированного положения атомов. Поэтому у аморфного кремния хуже полупроводниковые свойства и, следовательно, меньше КПД преобразования света. Однако для производства элементов необходимо гораздо меньше кремния и он может быть нанесен практически на любую поверхность — стекло, металл или другой материал. КПД элементов из аморфного кремния с одним слоем — около 6%. Доля модулей из аморфного кремния на рынке незначительна.

CSG (Crystalline Silicon on Glass)

выглядят как модули из аморфного кремния, но на самом деле являются кристаллическими. Специальный технологический процесс позволяет наносить тонкий слой кристаллического кремния (около 2мкм) прямо на стекло (тогда как толщина «обычного» ФЭП составляет 200-300мкм). Контакты внедряются с использованием лазера и трафаретной печати. Первые фотоэлектрические модули, произведенные по такой технологии, имели КПД около 7%.

CdTe модули (кадмий-теллуровые). Эта специальная тонкопленочная технология имеет большой потенциал для снижения стоимости фотоэлектрических модулей. КПД модулей достигает 18%. Содержание кадмия в модуле меньше, чем в обычной пальчиковой батарейке, и производители обещают принимать на переработку все произведенные ими «отработанные» модули.

CIS модули. Основные ингредиенты CIS модулей — медь, индий, селен, и иногда галлий (тогда элементы обозначаются как CIGS). CIS имеют наибольший КПД в группе тонкопленочных ФЭП (до 16-18% в модуле).

В Южной Корее была разработана принципиально новая технология тонкопленочных модулей, что может значительно способствовать массовому их распространению за счет удешевления и увеличения энергоемкости. В новых солнечных элементах присутствуют 3 цветных слоя на базе наногранул из диоксида титана. Благодаря количеству слоев новые солнечные элементы могут собирать видимый свет в трех наиболее активных длинах – красной, синей и зеленой. В результате, солнечный элемент производит электроэнергии почти в 3 раза больше, чем обыкновенные фотоэлектрические панели. 

Еще одним преимуществом таких элементов является их высокая светопропускаемость, поэтому их можно располагать на крышах и окнах жилых домов. Для создания этих элементов использовался метод хроматографии и совсем не использовался кремний, что делает производство недорогим и не зависящим от исчерпаемых природных ресурсов. Толщина готовой пленки составляет всего 20 нанометров, она способна производить до 30 миллиампер электричества с каждого квадратного сантиметра. Ее КПД составляет около 17-18%.

Тонкопленочные солнечные модули состоят из примерно 6 слоев. Прозрачное покрытие закрывает антиотражающий слой, затем идут полупроводники P и N типа, затем контактный слой и подложка. Принцип работы тонкопленочных солнечных элементов тот же самый, что и у кристаллических солнечных элементов.

Ниже приведены основные особенности и отличия в применении тонкопленочных и кристаллических фотоэлектрических модулей.

Тонкопленочные модули в общем случае должны быть дешевле кристаллических за счет меньшего расхода кремния и более простой технологии изготовления. Однако на практике разница в цене не очень большая, так как в последние годы цена на кристаллические солнечные модули сильно снизилась. Эффективность обеих технологий быстро растет, а различие в цене уменьшается. Более того, тонкопленочные модули обычно выполняются с использованием 2 слоев стекла, поэтому они могут быть даже дороже поликристаллических модулей той же мощности. Двойное стекло также делает тонкопленочные модули тяжелее кристаллических модулей, в которых стекло только с лицевой стороны, а с тыльной — PVC пленка (это не относится к новым double glass кристаллическим солнечным модулям).

Есть другой тип тонкопленочных солнечных модулей, в которых полупроводниковый слой нанесен на гибкую основу. Такие модули — легкие и их можно изгибать. Обычно такие модули используются в переносных системах или на кровлях со сложной формой.

Для конечных потребителей и установщиков важно рассмотреть некоторые важные особенности, которые имеют место при проектировании солнечной электростанции на основе различных типов солнечных элементов. На основе этой информации проектировщик может решить, какую технологию солнечных элементов — тонкопленочную или кристаллическую — лучше использовать в конкретном проекте.

В таблице ниже приведено очень короткое сравнение этих двух технологий. При выборе модулей для конкретного проекта необходимо также учитывать много других моментов.

Разновидности технологии	Монокристаллический кремний (c-Si) Поликристаллический кремний(pc-Si/ mc-Si) String Ribbon	Аморфный кремний (a-Si) Теллурид кадмия (CdTe) Copper Indium Gallium Selenide (CIG/ CIGS) Органические фотоэлементы (OPV/ DSC/ DYSC)
Отношение напряжения в рабочей точке к напряжению холостого хода (Vmp/ Voc) (выше — лучше, т.к. меньше разница между Voc и Vmp)	80%-85%	72%-78%
Температурные коэффициенты (низкий температурный коэффициент лучше при работе при высоких температурах окружающей среды)	выше (-0,4-0,5%/градус)	ниже (-0,1-0,2%/градус)
Заполнение вольт-амперной характеристики (идеальный элемент имеет 100% заполнение)	73%-82%	60%-68%
Конструкция модуля	в раме из анодированного алюминия	без рамы, между 2 стеклами — цена ниже, вес больше на гибком основании — легче, дешевле
КПД модуля	13%-19%	4%- 12%
Совместимость с инверторами	Чем меньше температурный коэффициент, тем лучше. Можно использовать бестрансформаторные инверторы	Проектировщик должен учитывать такие факторы, как температурный коэффициент, отношение Voc/Vmp, сопротивление изоляции и т.п. Обычно для тонкопленочных модулей требуется инвертор с гальванической развязкой
Монтажные конструкции	Типовые	Типовые, но может потребоваться специальные зажимы или крепеж. Во многих случаях стоимость установки намного меньше
Соединения постоянного тока	Типовые	Типовые, иногда может потребоваться больше разветвителей и предохранителей
Типовое применение	Жилые дома/Коммерческие объекты/Генерация в сеть	Жилые дома/Коммерческие объекты/Генерация в сеть
Требуемая площадь	около 150 Вт/м2	может потребоваться до 50% больше площади для той же мощности СБ

Источник: CIVICSolar

Как видно из таблицы, основное отличие кристаллических и тонкопленочных элементов — в их КПД. Также, у кристаллических элементов дольше срок службы. Расходы на установку кристаллических модулей меньше, так как для одной и той же мощности нужно устанавливать примерно в 2 раза меньше по площади модулей. К недостаткам кристаллических модулей можно отнести высокую стоимость исходного материала (кристаллического кремния), его хрупкость.

Установка тонкоплёночных модулей на гибкой основе требует определённых навыков от монтажников. Мы не знаем в России никого, кто мог бы качественно установить такие модули (более того, недавно установленные в Сколково тонкоплёночные модули TegoSolar были смонтированы с грубыми нарушениями, что привело к возгоранию крыши и уничтожению довольно дорогостоящей солнечной батареи из гибких фотоэлектрических модулей).

Справедливости ради нужно отметить, что в реальных условиях модули из аморфного кремния вырабатывают больше энергии с пикового ватта, чем моно и поликристаллические солнечные панели. Последние 2 года в Москве в ИВТАНе ведутся сравнительные испытания различных модулей, предварительные результаты говорят о том, что тонкопленочные модули GET вырабатывают примерно на 13% больше электроэнергии, чем все лучшие экземпляры модулей из кристаллических солнечных элементов.

 

Различия между моно и поликристаллическими солнечными элементами

Этот вопрос выделен в отдельную статью:

ВЫБОР СОЛНЕЧНЫХ ПАНЕЛЕЙ: МОНО ИЛИ ПОЛИ?

В видео ниже — обзор технологий солнечных элементов и их КПД на 2021 год. 

Неплохая статьи по теме на стороннем ресурсе:

Как делают солнечные элементы (17 фото + 2 видео)

Эта статья прочитана 23843 раз(а)!

• Качество солнечных элементов и модулей

  10000

  2 основных параметра для оценки качества солнечных модулей Нам часто задают вопрос — почему у вас солнечные панели стоят столько, а у каких-то других продавцов — дешевле. Простой ответ похож на известную и набившую оскомину фразу. Согласно известной рекламе, «не…

• STC, NOCT и PTC — что это такое ?

  10000

  Тестирование параметров солнечных батарей Что такое STC и PTC? Как оценить и сравнить параметры солнечных батарей При выборе солнечных модулей очень важно понимать параметры, которыми описывается модуль — мощность, напряжения, токи в различных режимах. Но не менее важно знать, при…

• Солнечные батареи. Руководство для покупателя

  10000

  Руководство для покупателя по выбору солнечных панелей При перепечатке ссылка на этот сайт обязательна, См. Правила копирования. «Ваш Солнечный Дом» Общее правило при покупке солнечных батарей Последние несколько лет, очень много компаний, начиная от ландшафтных дизайнеров до установщиков окон, крыш,…

• 12 преимуществ Double-Glass солнечных модулей

  10000

  Солнечные фотоэлектрические модули с двойным стеклом Модули с двойным остеклением (double glass) Солнечные модули с двойным стеклом  появились на рынке сравнительно недавно — 5-7 лет назад, но до недавнего времени они были дороже обычных модулей. В 2017 году они стали…

• Тонкопленочные модули из аморфного кремния

  63

  Тонкопленочные фотоэлектрические модули из аморфного кремния Тонкопленочные технологии часто рассматривают как будущее фотоэлектрической энергетики, несмотря на то, что в настоящее время более 90% всех производимых в мире солнечных модулей — кристаллические. Тем не менее, технологии тонкопленочных модулей развиваются очень быстро,…

• Основы фотоэнергетики (Содержание)

  60

  Что такое солнечные элементы, модули, инверторы, контроллеры, электростанции? Солнечная энергетика становится мейнстримом современной энергетики, и с каждым годом вызывает все больший интерес. Фотоэлектрическая энергетика — новая отрасль, которая стремительно развивается и уже сейчас современный мир невозможно представить без солнечных фотоэлектрических…

Как тестировать солнечные панели — точное измерение мощности солнечной панели — ShopSolarKits.

com

Содержание

• Как тестировать солнечные панели — точное измерение мощности солнечной панели
• Почему важно тестировать солнечные панели?
• Как проверить мощность солнечной панели
• Покупка новых солнечных панелей
• Заключительные слова
• Вам также следует прочитать следующие статьи: 

Как тестировать солнечные панели — точное измерение выходной мощности солнечных панелей 

Потратьте время на проверку своих солнечных батарей — это один из лучших способов получить достоверные данные об их фактической выходной мощности. Учитывая, что выходная мощность и эффективность ваших солнечных панелей окажут сильное влияние на общую мощность вашей солнечной энергетической системы, имеет смысл, что многие люди довольно регулярно проверяют свои солнечные панели.

Если вы хотите узнать, как тестировать солнечные батареи, вы попали по адресу! Мы объясним, как вы будете измерять силу тока и силу тока солнечной панели. Мы также объясним, как вы можете использовать мультиметр для проверки напряжения ваших солнечных батарей.

 

Почему важно тестировать солнечные панели?

Номинальная мощность солнечной панели указывается производителем, а число просто представляет собой количество энергии, которое солнечная панель способна производить в самых идеальных условиях. Однако на самом деле солнечные панели редко подвергаются воздействию идеальных условий более чем на несколько часов в день.

Эффективность солнечных панелей и выработка электроэнергии могут различаться в зависимости от множества факторов, включая количество солнечных часов в день, проблемы с затенением, наружную температуру, направление солнечных панелей, географическое расположение солнечных панелей. и конкретный сезон, когда используются солнечные панели.

Тестирование ваших солнечных батарей позволит вам получить точное представление о том, сколько солнечной энергии они действительно производят. Это не только позволит вам скорректировать свои ожидания, чтобы более точно отразить истинный потенциал ваших солнечных панелей, но и даст вам знать, нужно ли вам инвестировать в дополнительные солнечные панели или просто изменить положение тех, которые вы используете в настоящее время.

По сути, тестирование ваших солнечных панелей позволит вам убедиться, что они вырабатывают достаточно энергии для удовлетворения ваших потребностей, и даст вам знать, если вам нужно переустановить их, чтобы вы могли оптимизировать их производительность и получить максимально возможное количество солнечной электроэнергии. вашей системы.

Как проверить мощность солнечной панели  

Чтобы протестировать ваши солнечные батареи, вам нужно будет выполнить довольно простой расчет. По сути, вам нужно будет умножить вольты и амперы, так как это даст вам точную общую мощность:

Вольт x Ампер = ватт

Итак, чтобы определить мощность, которую генерирует ваша солнечная панель, вам нужно будет сначала измерьте силу тока и напряжение.

Начните с учета номинальной мощности:

Первое, на что вы должны обратить внимание, это номинальная мощность ваших солнечных батарей. Как обсуждалось выше, эта номинальная мощность не обязательно будет отражать количество электроэнергии, которую могут генерировать ваши солнечные панели, так как многие переменные могут влиять на производительность, но это все же полезная информация, так как она даст вам представление о том, насколько хорошо работает ваша солнечная батарея. панели работают в соответствии с их максимальным потенциалом.

Когда солнечным панелям присваивается номинальная мощность, это число основано на лабораторных испытаниях, когда солнечная панель в течение часа подвергается воздействию искусственного солнечного света мощностью 1000 Вт на квадратный метр. Во время этих испытаний солнечные панели также поддерживаются при постоянной температуре 77 F, поскольку колебания температуры также могут влиять на производительность.

Итак, если солнечная панель имеет номинальную мощность 300 Вт, это означает, что она произвела 300 Вт электроэнергии после испытаний в идеальных условиях. Опять же, если бы вы купили ту же солнечную панель мощностью 300 Вт, она, вероятно, производила бы меньше энергии, чем эта, поэтому важно проверить ее производительность самостоятельно.

Измерение силы тока солнечной панели:

Чтобы измерить силу тока вашей солнечной панели, вам понадобится так называемый амперметр. Это довольно доступные устройства, и их можно купить в большинстве хозяйственных и автомобильных магазинов.

Как только он у вас появится, просто прикрепите его к положительной и отрицательной клеммам ваших солнечных батарей. При тестировании вы должны убедиться, что ваша солнечная панель получает такое же количество солнечного света, как и в нормальных условиях, поэтому постарайтесь не перемещать ее с того места, где она обычно находится.

После этого устройство сможет дать вам точное значение силы тока солнечной панели, которое вы сможете использовать для своих расчетов.

Измерение тока панели солнечных батарей:

Для измерения тока можно использовать мультиметр. Опять же, эти устройства доступны по цене, и в них стоит инвестировать, если вы используете систему солнечной энергии. Их также можно найти в большинстве хозяйственных и автомобильных магазинов.

Если вы хотите быть уверены, что получаете точные показания, вам также потребуется использовать коробку переменного резистора. Эти устройства позволяют получать показания при разных уровнях сопротивления.

Если у вас есть соответствующие инструменты, вы можете использовать мультиметр для проверки своих солнечных батарей, выполнив следующие действия: 

• Найдите соединительную/преобразовательную коробку, которая обычно находится на задней панели солнечной панели. Если есть крышка, снимите ее.
• Найдите положительный и отрицательный разъемы и убедитесь, что вы знаете разницу. Обратитесь к руководству по эксплуатации вашей солнечной панели, если они не отмечены четко или если вы не уверены, что правильно их идентифицировали.
• Убедитесь, что ваша солнечная панель получает столько же солнечного света, сколько обычно.
• Настройте мультиметр на измерение мощности постоянного тока. Также настройте мультиметр на измерение уровня напряжения, подходящего для вашей солнечной панели, то есть вы захотите установить его выше, чем номинальное напряжение, которое имеет солнечная панель. Это гарантирует, что вы сможете получить точную оценку, а сам мультиметр не будет мешать.
• Правильно подключите мультиметр к солнечной панели, то есть положительный и отрицательный зажимы мультиметра подключены к правильным разъемам.
• Обратите внимание на показания напряжения. Получив показания, выключите мультиметр, после чего вы сможете отсоединить устройство от солнечной панели.

Выполнение описанных выше шагов должно дать вам точное значение напряжения солнечной панели. Если вы тестируете довольно новую солнечную панель в условиях, когда она получает достаточно солнечного света, напряжение должно быть примерно таким же, как и номинальное напряжение солнечной панели, когда вы ее купили.

Расчет выходной мощности солнечной панели:

Как упоминалось выше, теперь вам необходимо выполнить быстрый расчет, чтобы получить выходную мощность вашей солнечной панели. Просто используйте показания силы тока и напряжения, полученные в ходе предыдущих тестов, и выполните следующее уравнение:0048 Вольт x Ампер = ватт.

После того, как вы подсчитали реальную мощность ваших солнечных панелей, вы можете умножить это число на среднее количество часов солнечного света, которые вы получаете в день:

Мощность солнечной панели x среднее количество часов солнечного света = дневные ватт-часы

Большинство затем люди берут 75% от этой суммы, поскольку это помогает учесть тот факт, что прямота солнечного света не будет постоянной в течение дня. Солнечный свет имеет тенденцию быть наиболее мощным и прямым в часы непосредственно перед и после полудня.

Если вы не хотите получать действительно точные показания, проверяя свои солнечные батареи каждый солнечный час дня, просто проведите тест в пиковый солнечный час, а затем умножьте свои ежедневные ватт-часы на 75%. представление выхода вашей солнечной панели.

Приобретение новых солнечных панелей

Если вы недовольны мощностью ваших солнечных панелей и хотели бы их заменить, или если вы просто хотите добавить дополнительные солнечные панели в свою систему солнечной энергии, мы можем помочь.

Наша коллекция складных чемоданов и одеял с солнечными батареями идеально подходит для тех, кто ищет портативные солнечные батареи. У нас представлен широкий ассортимент удобных солнечных панелей от лучших производителей солнечной энергетики.

У нас также есть широкий ассортимент солнечных панелей Renogy, инверторов, солнечных батарей и многого другого. Renogy является одним из наиболее авторитетных брендов на рынке солнечной энергии для жилых помещений, и они известны сочетанием производительности с доступностью, поэтому на бренд Renogy определенно стоит обратить внимание, если вы планируете модернизировать существующую систему солнечной энергии или построить совершенно новый.

Если вы ищете надежную и эффективную солнечную панель по разумной цене, мы настоятельно рекомендуем эту высокоэффективную монокристаллическую солнечную панель мощностью 200 Вт, 12 В. Он имеет простую распределительную коробку plug-and-play, крышку из закаленного антибликового стекла, эффективную монотехнологию PERC и алюминиевый корпус с предварительно просверленными отверстиями. И самое главное, он имеет 25-летнюю ограниченную гарантию на выходную мощность, а также полную 5-летнюю гарантию на материалы и качество изготовления.

Комплекты солнечных панелей: 9 шт.0029

Для тех, кто плохо знаком с солнечной энергией, мы всегда рекомендуем начинать с комплекта солнечной панели. Эти удобные и доступные наборы содержат все необходимое для начала работы. В дополнение к солнечным панелям вы также получаете эффективный контроллер заряда, инвертор мощности, аккумулятор или солнечный генератор, а также все кабели и разъемы, необходимые для соединения всего вместе.  

Для начинающих мы часто рекомендуем набор солнечных панелей Lion Energy 400 Вт для начинающих. По одной низкой цене вы получаете солнечную батарею глубокого цикла, инвертор мощности, эффективную складную солнечную панель и высокопроизводительный контроллер заряда.

Для тех, кто нуждается в больших мощностях, портативный комплект солнечного генератора Titan мощностью 500 Вт станет отличным предложением. В одном удобном пакете вы получаете универсальный солнечный генератор Titan, который содержит встроенную батарею на 2000 Втч, инвертор мощности и контроллер заряда. Вы также получаете пять солнечных панелей мощностью 100 Вт, которые доступны в гибком или жестком варианте на ваш выбор, поэтому вы можете выбрать комплект, который точно соответствует вашим предпочтениям.

Попробуйте проверить: 100-ваттная солнечная панель соответствует количеству ампер

Заключительные слова

Регулярное тестирование ваших солнечных панелей поможет убедиться, что они работают правильно и продолжают генерировать достаточно чистой солнечной энергии для удовлетворения ваших потребностей в электроэнергии.

Если у вас есть вопросы о солнечных батареях или любой другой теме, связанной с солнечной энергией, мы рекомендуем вам обращаться к нам в любое время!

Вам также следует прочитать следующие статьи: 

• Что можно получить с помощью солнечной панели мощностью 200 Вт
• Сколько батарей мне нужно для панели солнечных батарей на 200 Вт
• Солнечные панели для дома
• Лучшие солнечные панели
• Стоимость солнечной панели
• Стоят ли солнечные батареи
• Как оцениваются солнечные панели
• вопросов о солнечных панелях
• Солнечные панели по лучшей цене за ватт
• Почему солнечные панели такие дорогие
• Как выбрать солнечные панели
• Лучший комплект солнечных панелей

 

Обзор бестселлеров

Как проверить солнечные панели с помощью мультиметра

{% if result.isEmpty and result. term %}

{% if translation.search.not_found %}{{translation.search.not_found}}{% else %}К сожалению, ничего не найдено для{% endif %}  { {результат.термин | побег}}

{% endif%}

{% если ложь и результат. загрузка %}

{% еще %}

{% if result.suggestions или result.collections или result.pages %}

{% if result.suggestions %}

{{keywords_suggestions_title | побег}}

{% для предложения в result.suggestions %}
• {{suggestion.keyword | escape}}{{suggestion.count}}
{% конец для%}

{% конец%} {% if result.collections %}

{{translation.search. collections | по умолчанию: «Коллекции»}}

{% для коллекции в result.collections %}
• {{collection.title | побег}}
{% конец для%}

{% endif%}

{% endif%}

{% if result.products %}

{{products_suggestions_title}}

{% if result.term и result.isEmpty == false %} {% if translation.search.view_all_products %}{{translation.search.view_all_products}}{% else %}Просмотреть все продукты{% endif %} {% endif%}

{% if product_list_layout == ‘карусель’ %}

{% для продукта в result.products %}

{% если product.