Изучение солнечных фотоэлектрических элементов

Номинальная мощность солнечной панели

Солнечный элемент (СЭ) производит электричество, когда освещается светом. В зависимости от интенсивности света 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 панелей необходимо знать так называемую номинальную мощность элемента или панели. Номинальная мощность, выра­женная в Ваттах пиковой мощности (Вт_пик), это мера того, сколь­ко электроэнергии может произвести солнечная панель при оп­тимальных условиях.

Чтобы можно было сравнить панели между собой, производи­тели договорились испытывать их при определенных условиях. Изначально были введены Standard Test Conditions (STC), то есть так называемые «стандартные тестовые условия».

Параметры STC отражают работу солнечной панели в идеаль­ных условиях, которые обычно достигаются при кратковремен­ной вспышке тестера солнечных панелей в заводских или лабо­раторных условиях. При этом освещенность должна быть 1000 Вт/м², температура солнечной панели 25 °С, спектр излуче­ния должен соответствовать массе воздуха АМ1.5, а скорость ветра должна быть равна нулю [7, 8].

Именно параметры при STC обозначены на шильдике всех солнечных панелей (рис. 1.14). Они являются обязательными для всех производителей. Если говорится о мощности солнечной ба­тареи, то указывается мощность при STC.

InEcoEnergo. com

Model Type                         G200M-3S

Rated Max Power (Pmax)                    20DW

Current at Pmax (Imp)                        &82A

Voltage at Pmax (Vmp)                      34.4V

Short-Circuit Current (Iso)                 $.зіа

Open-Circuit Voltage (Voc)                43.2V

Normal Operating Cell Temp (Tnoct) 451

Weight__________________ 14.00kg

Max System Voltage         1000V DC

All technical data at standard test conditions AMs1.fi E-1000W/m' Tc=26*C

Рис. 1.14. Информация на шильдике солнечной панели

Однако условия STC редко встречаются при реальной эксплу­атации солнечных панелей. Если вы установили на своей крыше панель номинальной мощностью 250 Вт, это совсем не значит, что вы получите от нее мощность в 250 Вт при любых условиях. STC не отражают эффективность и производительность солнеч­ной панели в реальных условиях. Поэтому делаются попытки определить условия, при которых параметры панели ближе к тем, которые имеют место в действительности.

В последнее время все больше производителей указывают па­раметры панели в «нормальных условиях» (NOCT), то есть при температуре панели 40-45 °С и освещенности 800 Вт/м². Тем не менее, NOCT также не отражает реальную мощность панели, так как во время работы солнечной батареи освещенность может быть даже выше 1000 Вт/м², а температура существенно ниже 45 °С [7,8].

Все чаще для сравнения панелей вместо STC применяются те­стовые условия PVUSA (Photovoltaics for Utility Systems Applications) Test Conditions (PTC), которые являются более реа­листичными. Однако далеко не все производители указывают па­раметры при РТС. Обычно РТС указывается для панелей, произ­веденных для американского рынка.

Параметры испытаний РТС показывают результаты тестов солнечных панелей в условиях, более приближенных к реальным, чем STC. РТС также подразумевают освещенность в 1000 Вт/м², но вот температура нормируется не самого солнечного элемента, как в STC, а окружающего воздуха. Панели должны находиться на высоте Юм над уровнем земли, температура воздуха должны быть 20 °С, а скорость ветра должна быть 1 м/с [7,8].

Параметры РТС меньше на 10-15%, чем STC, что отражает влияние реальных условий эксплуатации солнечных панелей.

Однако ни РТС, ни STC не отражают всех факторов, которые влияют на изменение мощности панелей в реальных условиях. Надо учитывать и другие факторы, влияющие на производитель­ность солнечной электростанции, например, потери в проводах, в инверторе, контроллере и т.п. Также это может быть нормальная деградация солнечных панелей с течением времени, снижение мощности за счет пыли, грязи, чрезмерного нагрева панелей или их затенения, разность мощности панелей в последовательных цепочках и т.п. Влияние этих факторов может меняться в зависи­мости от сезона, географического положения, способа монтажа, азимута и наклона панелей. Так что в реальных условиях солнеч­ная панель будет вырабатывать около 75-85% от ее пиковой мощности (указанной на шильдике). То есть солнечная панель мощностью 100 Вт, расположенная под оптимальным углом и ориентированная на юг, будет выдавать летом в среднем 75- 85 Вт, в зависимости от метода установки. Конечно, будут дни, когда вы получите полную пиковую мощность от солнечной па­нели или даже больше неё. Это нужно учитывать при проектиро­вании солнечной электростанции.

Мощность солнечной панели изменяется в зависимости от освещенности практически прямо пропорционально (рис. 1.15). При некотором значении освещенности панель может прекратить выработку. Например, для кристаллических панелей это, пример­но, 150-200 Вт/м², а для аморфных - около 100 Вт/м² [8].

Также мощность солнечной панели зависит от ее температуры и обычно падает при её повышении (рис. 1.16). Типичный темпе­ратурный коэффициент для кристаллических панелей составляет -0,45 %/К (то есть при повышении температуры панели на каж­дый градус ее выработка уменьшается на 0,45%) [8]. Для аморф­ных панелей этот показатель обычно в 2 раза меньше, а последние разработки трех-переходных аморфных панелей даже имеют положительный температурный коэффициент мощности.

-----  25°С

...... 60°С

0.1          0.2          0.3         0.4          0.5          0.6

Напряжение, В

Рис. 1.16. Вольт-амперная характеристика солнечной панели
в зависимости от температуры панели

Солнечная панель под действием света вырабатывает не только электроэнергию, но и тепло. В обычной солнечной панели в точке максимальной мощности только 10-15% падающей на нее солнечной энергии преобразуется в электричество, остальное

превращается в тепло [8]. Факторами, влияющими на нагревание солнечной панели, являются:

• Отражение от лицевой поверхности.

Свет, отраженный от лицевой поверхности солнечной панели, не участвует в производстве электроэнергии. Такой свет считает­ся источником потерь, которые нужно минимизировать. Он также и не нагревает панель. Поэтому максимальный нагрев панели рассчитывается, как мощность падающего солнечного излучения, умноженная на коэффициент отражения. Для обычной солнечной панели со стеклянной лицевой поверхностью коэффициент отра­жения составляет около 4%.

• Рабочая точка и КПД панели.

Рабочая точка и эффективность панели определяют, какая часть света, поглощенного панелью, будет преобразована в элек­тричество. Если солнечный элемент работает в режиме короткого замыкания или холостого хода, то он не производит электроэнер­гии, и потому вся поглощенная энергия переходит в тепло.

• Поглощение света в панели.

Свет, который поглощается в панели не солнечным элемен­том, также будет участвовать в ее нагреве. Количество погло­щенного и отраженного света определяется цветом и материалом заднего слоя панели.

• Поглощение инфракрасного света.

Свет с энергией меньше энергии запрещенной зоны солнечно­го элемента не влияет на электрическую мощность, но если он поглотится в солнечном элементе или в панели, он будет способ­ствовать их нагреванию. Инфракрасный свет хорошо поглощает­ся алюминием на задней поверхности солнечного элемента. В элементах, у которых нет алюминия на задней поверхности, ин­фракрасный свет не поглощается и может пройти через панель насквозь.

• Уровень заполнения панели солнечными элементами.

Солнечные элементы создаются специально, чтобы эффек­тивно поглощать солнечное излучение. Они будут производить значительное количество тепла, обычно больше остальных частей панели. Поэтому более высокий уровень заполнения панели сол­нечными элементами увеличивает количество тепла, производи­мого на единицу поверхности.