Солнечные модули (панели, батареи)

solnechnye-batarei-novokuzneck
солнечные модули (панели, батареи)

Солнечный (фотоэлектрический) модуль — это основной компонент солнечной электростанции. Именно он преобразует солнечную энергию в электрическую.

принцип работы солнечного модуля

Принцип работы солнечной панели заключен в эффекте полупроводников, в частности кремния.

Когда происходит нагревание фотоэлемента (т.е. верхней кремниевой пластины блока преобразователя) электроны из атомов кремния высвобождаются. Далее их захватывают атомы нижней пластины. Согласно законам физики, электроны стремятся вернуться в свое первоначальное положение. Следовательно, с нижней пластины электроны двигаются по проводникам (соединительным проводам), отдавая свою энергию на зарядку аккумуляторов и возвращаясь в верхнюю пластину.

Какие бывают солнечные модули? Виды солнечных модулей (батарей).

На данный момент типов солнечных батарей появилось огромное количество. И будет появляться ещё, потому что технологии не стоят на месте. Вот такая схема помогает наглядно продемонстрировать основные типы.

И всё же самыми распространенными на сегодняшний день являются: монокристаллические, поликристаллические и модули из микроморфного кремния (или тонкоплёночные).

monokristallicheskij-solnechnyj-modul
монокристаллический солнечный модуль
polikristallicheskij-solnechnyj-modul
поликристаллический солнечный модуль
mikromorfnyj-solnechnyj-modul
тонкоплёночные солнечные модули

Для производства солнечных батарей монокристаллического типа используют очищенный, самый чистый кремний. Такой вид солнечной панели выглядит как силиконовые соты, или ячейки, которые соединены в одну структуру. После того, как очищенный монокристалл затвердевает, его разделяют на супер тонкие пластины, толщиной до 300 мкм. Такие готовые пластины соединены тонкой сеткой из электродов. В сравнении с аморфными батареями, такие стоят дороже, ведь технология их производства в разы сложнее. При этом такие батареи стоит выбрать хотя бы за их высокий коэффициент полезного действия(КПД). На уровне 20%. Да, для солнечных батарей это хороший показатель.

Для того чтобы получить поликристаллы, кремниевую субстанцию медленно охлаждают. Такой подход к технологии производства значительно дешевле, чем в предыдущем типе панелей, поэтому и стоит этот вид дешевле. При этом для изготовления требуется меньше энергии, а это ещё раз благотворно действует на цену. Но чем-то же нужно жертвовать? Поэтому у таких батарей КПД ниже — до 18%. Связано такое падение коэффициента с образованиями внутри поликристалла, которые снижают эффективность.

Однако для небольшой солнечной станции разница выработки энергии между моно- и поликристаллами будет практически незаметной. А надёжность у поликристаллических солнечных батарей такая же высокая, как и у монокристаллов. 

Тонкопленочные модули (микроморфная технология). Такая технология обеспечивает, в первую очередь, большую эффективность и скорейший возврат инвестиций: микроморфный модуль преобразовывает как видимый, так и инфракрасный спектр солнечного излучения.

Если с предыдущими видами модулей всё более или менее понятно, то с этой категорией фотовольтаических панелей нужно разобраться.

преимущества и недостатки различных типов солнечных модулей.

МОНО и ПОЛИ.

▬ Разница между моно- и поликристаллическими модулями определяется производственным процессом и соответственно самой кристаллической структурой.

Если мы посмотрим под очень большим увеличением на монокристаллы, то увидим идеальную кристаллическую решётку. Все кристаллы ориентированы в одном направлении, а зёрна кристаллов параллельны. Это происходит потому, что такие солнечные элементы сделаны из единого кристалла (моно) чистого кремния.Технология их производства заключается в том, монокристаллические цилиндры кремния нарезаются на пластины, затем пластины обрезаются до почти квадратной формы (получаются такие квадраты со срезанными уголками).

У поликристаллических модулей кристаллы могут быть ориентированы в разных направлениях, а зёрна кристаллов не параллельны. Поликристаллические солнечные панели сделаны из солнечных элементов с множеством кристаллов (отсюда и название — поли). При производстве поликристаллические заготовки прямоугольной формы режутся на пластины. 

▬ До недавнего времени считалось, что монокристаллические солнечные модули имеют самый высокий КПД (до 22%). 

▬ Чаще всего производители дают бóльший срок гарантии на монокристаллы (до 25 лет), т.к. считается что они более долговечны. При этом «стареет» в монокристаллической солнечной панели не сам кремний, а то, что его окружает: покрытия, пленки, контакты и т.д. Сам монокристалл обладает стабильными характеристиками в течение фактически всего срока службы.

▬ Монокристаллические модули, как правило, дороже поликристаллов. Это связано в первую очередь с более дорогой технологией производства.

▬ Считается, что поликристаллы менее подвержены влиянию высоких температур. (Высокая температура летом может значительно снижать эффективность солнечного модуля.)

Преимущества тонкопленочных модулей (микроморфная технология)  по сравнению с кристаллическими модулями (моно- и поликристаллы):

  • ▬ Меньший температурный коэффициент снижения мощности обеспечивает большую выработку энергии на ватт установленной мощности в летний период
  • ▬ Лучшая чувствительность к низкой освещенности. Обеспечивает большую выработку электроэнергии в пасмурную погоду
  • ▬ Высокое выходное напряжение позволяет уменьшить сечение провода от модуля до контроллера или инвертора
  • ▬ Меньшая стоимость за ватт вследствие в 10 раз меньшего расхода кремния при производстве тонкопленочных модулей
  • ▬ Эстетичный внешний вид, возможность интеграции на фасады зданий
  • ▬ Под заказ возможна поставка модулей с частичной (от 5% до 20%) прозрачностью, для более гибкого использования в архитектурных решениях
  • ▬ При работе с контроллерами MPPT для заряда аккумуляторных батарей продолжительность обеспечения зарядного тока для аккумуляторов при низкой освещенности существенно возрастает, т.к. модуль имеет большой запас по входному напряжению (до 160В против 20-45В у кристаллических модулей). Это позволяет запасти больше электроэнергии в аккумуляторах утром, вечером и в пасмурную погоду.

 

Недостатки тонкопленочных модулей (микроморфная технология)  по сравнению с кристаллическими модулями (моно- и поликристаллы):

  • ▬ Примерно в 1,5 раза меньший КПД (модули имеют почти в 2 раза большую удельную площадь и массу)
  • ▬Бóльшая деградация в первые месяцы работы. Этот недостаток компенсируется повышенной начальной мощностью (в начале эксплуатации мощность на 10% выше номинальной, и через 3 месяца снижается до ~100% от номинальной и остается на этом уровне). В дальнейшем стабильность параметров аналогична кристаллическим модулям. Сроки стабилизации параметров могут немного меняться в зависимости от места установки и от условий окружающей среды.
  • Нестандартное выходное напряжение, для заряда аккумуляторов требуется MPPT контроллер с повышенным входным напряжением. Однако в настоящее время это вряд ли можно назвать недостатком, т.к. в большинстве случаев и для кристаллических модулей используются MPPT контроллеры для повышения выработки электроэнергии и для согласования напряжения модулей и аккумуляторов.
 
Так какие модули всё же лучше для солнечной станции?
 
Однозначного ответа здесь нет. Панели подбираются исходя из необходимых характеристик, мощности солнечной станции, другого оборудования и т.д. Все они прекрасно работают при условии правильной комплектации станции и её эксплуатации. 
оптимальное расположение солнечных панелей

Для максимальной круглогодичной солнечной экспозиции идеальный угол панели (солнечного модуля) должен быть равен углу географической широты вашей местности. Для нашего региона (т.е. Кузбасса) этот угол равен примерно 55º. 

При этом солнечные модули должны быть развёрнуты строго на юг или 5º на юго-запад. Не должно быть затенения от высоких деревьев, строений и т.п.

модельный ряд. характеристики солнечных панелей.
Call Now Button