- Технічна продуктивність сонячних батарей
- «Всепогодні» панелі
- Ефективність панелей з «пробігом»
- Як пори року впливають на ефективність
- Чому часткова затененность гірше повної
- Як збільшити ККД
- Кліматичний фактор продуктивності
- Як зберегти ефективність сонячних батарей
Дане питання правильно було б розділити на дві частини, так як рівень вироблення складається з двох чинників - ККД і якості модулів, а також кліматичних умов експлуатації. Перш за все варто розглянути рівень перетворення енергії і значущі характеристики.
Технічна продуктивність сонячних батарей
Більшість панелей, застосовуваних в українських домашніх електростанціях - полікристалічні. Їх ККД становить від 13% до 17%. Для порівняння, в монокристалічних цей показник дорівнює 18-22%. Величезні втрати викликані тим, що велика частина світло відбивається від кремнієвих пластин або йде на нагрів самої конструкції.
На рівень перетворення світлової енергії впливає і матеріал модулів. Так, у більш дешевих кадмієвих пластин ККД становить 11%, у фотоелементів, що складаються із сумішей солей галію, міді, індію та селену (CIGS) - 15%, а у аналогів з органічних полімерів - від 5%.
У 2018 році компанією Solliance спільно з Дослідницьким центром з енергетики Нідерландів була створена і випробувана перша кремниево-перовскітним панель з показником ефективності 26,3%. У масове виробництво поки що не запущена.
Проте такий показник вважається дуже високим, так як до недавнього часу межею було 18%. Але, застосування нових матеріалів і фотогальванічного скла зробило цей показник ще вище.
«Всепогодні» панелі
У 2017 році китайські вчені створили так звані всепогодні сонячні батареї, що працюють не тільки в будь-яку погоду, але і вночі. Секрет розробки в тому, що скло покрите люмінофором тривалого післясвітіння (LPP), який зберігає інфрачервоний і ультрафіолетовий спектр, невидимий для людського ока. Вночі LPP вивільняє монохроматичне світло, і він перетвориться в електроенергію.
Завдяки такій технології панель працює цілодобово.
Ще один напрямок для технічного вдосконалення - збереження початкового рівня перетворення, по суті базового ККД, протягом тривалого часу. Справа в тому, що кремнієві фотоелементи деградують і з часом втрачають продуктивність.
Проте цей показник постійно зростає, і навіть з'явилися аналоги, стійкі до деградації. Але, поки це тільки експериментальна технологія, вона ще не довела свою ефективність на практиці.
Ефективність панелей з «пробігом»
У країнах Європи популярний сервіс покупки дешевих б / у-шних панелей. Пам'ятайте, якщо Ви купите стару модель, швидше за все її номінальна потужність буде нижчою від заявленої. Для максимальної продуктивності, краще все таки нові батареї. Тим більше з кожною новою серією, завдяки збільшенню ККД, зростає номінальна потужність при збереженні розмірів.
Як пори року впливають на ефективність
Крім базового збільшення ККД, вироблення батарей зростає з приходом літа. Довгий літній день в порівнянні із зимою в рази збільшує час роботи, а значить і обсяг виробленої електрики. Але, через спеку падає номінальна продуктивність. Наприклад, замість заявленого ККД 16%, за фактом буде 14-15%.
Взимку ж навпаки, на квадратний метр площі буде падати менше світла, але рівень переробки досягне 18-19%.
На цей показник впливає і нахил. Справа в тому, що взимку Сонце знаходиться низько над горизонтом і панель необхідно трохи підняти, а влітку - навпаки, опустити. При цьому краще, щоб панелі були повернені до Сонця.
Якщо ви вже читали статтю про установку панелей , То знаєте, що немає сенсу розміщувати панелі з інших сторін, крім як південній, так як там вироблення буде мінімальною.
Кращий варіант, коли в односхилий дах спрямована на південь і її площі вистачає для розміщення. У двосхилих дахах, розташованих з півночі на південь, корисною буде тільки половина покрівлі.
Наприклад, Вам необхідно розмістити ті ж 30 панелей загальною площею 48,9 м2. Для цього знадобиться приблизно 50 м2. Навіть якщо у Вас дах на 150м2, але тільки 40 м2 з неї «дивляться» на південь, її не вистачить.
Але, навіть якщо весь скат повернуть в правильну сторону, це ще не означає що батареї будуть працювати як годинник. Наприклад, якщо в певний час доби на панелі впаде день від сусіднього дерева, знизиться загальна продуктивність.
Чому часткова затененность гірше повної
Особливість роботи інверторів така, що якщо частина панелей буде в тіні це негативно вплине на вироблення всіх модулів, навіть тих, що знаходяться під Сонцем. Вони як би працюватимуть, але всього лише на половину від реального потенціалу.
Від цього не тільки падає ефективність, але і страждають самі панелі. Нагріваються кремнієві осередки, збільшується знос струмоведучих частин. Якщо в такому режимі СЕС пропрацює кілька діб, то нічого страшного, а от при регулярній часткової затіненості буде знижуватися базовий ККД і ослабнуть контакти між елементами, що виллється в відмову певних зон батареї.
Питання вирішується підключенням однаково освітлених блоків електростанції до окремих МРРТ (трекерів пошуку точки максимальної потужності) клем інвертора, але в більшості моделей таких трекерів рідко зустрічається більше двох, а в малопотужних моделях навіть одного.
Якщо на одній з панелей падає вироблення, інвертор підлаштовується під її струмове характеристики через що виникають втрати в інших - принцип слабкої ланки. МРРТ трекер міняє параметри інвертора, за рахунок чого втрати електрики знижуються.
Наприклад, якщо раптом на одну з панелей впаде тінь, втрати на інших ділянках можуть досягати 40%. МРРТ знижує цей показник до 2%.
Для недопущення таких ситуацій, важливо щоб всі панелі були розташовані на одній ділянці під однаковим кутом.
Як Ви пам'ятаєте, кут падіння сонячних променів впливає на продуктивність. Батареї найбільш ефективні, коли промені падають під прямим кутом.
Таке відбувається тільки на екваторі, у нас же промені падають на землю під середнім нахилом 56-57 °. Відповідно, щоб вони падали під прямим кутом на поверхню, вона повинна бути під нахилом 33-34 ° щодо землі.
Кут падіння сонячних променів змінюється від пори року. Влітку Сонце знаходиться високо і промені падають під кутом до 69 °, а взимку воно знижується і нахил складає всього 14 °.
Щоб компенсувати нахил даху, застосовують спеціальний каркас, що збільшує або зменшує кут кріплення фотоелементів. Він виглядає менш естетично, ніж звичайний, але зате тоді Ви не втратите цінні кіловати.
У проектах нових будинків з сонячними батареями нахил даху зазвичай планується ще на етапі будівництва. Якщо у Вас старий будинок і не вистачає покрівлі для розміщення всієї конструкції, не зупиняйтеся тільки на класичному варіанті.
Як збільшити ККД
Що робити, якщо дах не підходить для сонячних панелей . Рішенням такого питання стане установка на опору. На відміну від покрівлі, тут нічого не обмежує простір навколо панелі, що робить можливим її обертання. А щоб воно було автоматичним - поставте поворотний трекер.
Він обертає панелі на 360 °, одночасно змінюючи кут і напрямок. Принцип роботи досить простий: індикатор визначає місце положення Сонця, дає сигнал на електромотор, що обертає трекер і він плавно повертає фотоелементи на нього. Вся система автономна і запитана від самої батареї.
Поворотний трекер збільшує ефективність на 30-40%, але через високу вартість частіше застосовується в промислових електростанціях, ніж домашніх.
Сама установка - дуже складний і точний процес, тому його краще довірити фахівцям. А ось як визначитися з каркасом і потужністю сонячних батарей читайте тут .
Кліматичний фактор продуктивності
Ефективність панелей залежить від інтенсивності світла. Чим краще освітленість, тим більше потужності буде вироблено. Відповідно погодні та кліматичні умови - не менше вагомий фактор, що впливає на продуктивність.
Більшість панелей розраховано для роботи в температурному режимі від -40 ° C до + 80 ° C, і чим менше температура, тим вище рівень перетворення. Стандартної температурою вважається + 25 ° C, саме при ній вимірюється номінальна потужність. З кожним градусом ефективність втрачається або підвищується на 0,41%.
Наприклад, якщо Ви поставили 270-ватну панель, жарким літом при + 35 ° C її потужність складе приблизно 257Вт, а взимку при -20 ° C - 298 Вт.
У полярних широтах моментальна ефективність за рахунок зниженої температури більше ніж на екваторі, але за рахунок меншої кількості світла - в цілому ефективність нижче. Тому в жарких країнах сонячні електростанції більш популярні.
Фото: Сонячні панелі на британській антарктичній дослідницької станції «Принцеса Єлизавета»
Фото: Сонячна ферма Топаз, Каліфорнія, США - найпотужніша в світі - (1096 ГВт)
Фото: Сонячний парк Перово, Крим - найбільша в Європі СЕС - (133 ГВт)
Ще на продуктивність впливає географічне розташування. Так, наприклад, в північних широтах влітку довгий день, а взимку - коротка ніч, значить влітку СЕС працює довше і у неї більше вироблення. У південній півкулі все з точністю до навпаки.
В Україні, чим південніше буде розташування, тим більше продуктивність. На карті сонячної інсоляції подана інформація, скільки світлової енергії отримує квадратний метр землі в середньому за рік. По ній простежуються такі тенденції, що чим далі на південь, тим частіше там світить Сонце.
У східній Україні рівень інсоляції вище, ніж на заході. Це викликано швидше за кліматичними особливостями і близькістю західних областей до країн Балтійського регіону, де часто формуються зони низького тиску з частими опадами.
Щоб дізнатися, де найвигідніше добувати «сонячне» електрику досить подивитися готову таблицю середньої річного виробітку на цій сторінці, де ми розраховували окупність сонячної електростанції .
В середньому щороку в певному населеному пункті виробляється однаковий обсяг електроенергії. Але, в з травня по серпень батарея працює ефективніше, ніж в інші місяці, а з листопада по лютий - навпаки.
Таку закономірність підтверджують діаграми досліджень впливу пори року на середню вироблення. Для порівняння та аналізу візьмемо кілька регіонів України. У графіках наведено приклад СЕС на 10 кВт, нахиленою на 33,5 ° до Сонця.
У деяких областях, як в Київській, максимальна віддача досягається пару місяців в році, в іншому наростає і знижується до зимового періоду. Практично по всій території країни найбільш продуктивні 6 місяців - з травня по серпень.
Винятки з цієї закономірності - Одеська область і Крим, де ефективність порівняно висока протягом усього року, навіть взимку.
Це усереднені результати, і точно підрахувати неможливо, так на вироблення впливає кількість хмарних і безхмарних днів. Складно передбачити ясну і безхмарну зиму або дощове літо. Проте в загальному по Україні показники досить високі.
Як зберегти ефективність сонячних батарей
Більшість побутових СЕС встановлено на дахах будинків. Згодом скляна поверхня покривається пилом і опалим листям. І якщо листя час від часу здуває вітер, то пил зазвичай залишається там до першого дощу. Щоб підтримувати ефективну продуктивність, потрібен певний порядок догляду за поверхнею панелей.
Автор: Владислав С.
