Решившись на установку солнечной электростанции, многие владельцы задаются вопросами: «Какие панели выбрать? От чего зависит КПД солнечных батарей?»
Коэффициент полезного действия определяется не только типом фотоэлементов или брендом производителя. Кроме этих условий на него влияют и другие причины, о которых рассказано подробнее.
КПД у панелей разных типов
Если говорить просто, то КПД солнечной панели — отношение количества энергии, которое может произвести отдельно взятая панель, к мощности светового потока, попадающего на неё. Если нам известно это соотношение, то мы без труда определим требуемое нам количество панелей.
Разумеется, коэффициент полезного действия напрямую зависит от материала, из которого изготовлены панели. Среди фотоэлементов выделяют следующие типы: монокристаллические, поликристаллические и тонкоплёночные фотоэлементы.
Монокристаллические фотоэлементы изготавливают из кристаллов кремния, которые специально для этого выращиваются и обрабатываются. Так получают фотоэлементы с высокой степенью очистки и с высоким КПД, достигающим 22%.
Монокристаллические фотоэлементы отличают по внешнему виду.
Они темнее и имеют специфическую форму — квадратную, со срезанными углами, обусловленную технологией производства.
Более простая технология изготовления поликристаллических панелей — литьё. Это позволяет снизить себестоимость их производства, однако отражается на эффективности работы. У таких фотоэлементов КПД ниже и не превышает 18%.
Также поликристаллические панели отличают по специфическому внешнему виду. Они синего цвета с вкраплениями.
Описанные выше монокристаллические и поликристаллические фотоэлементы изготавливаются по классической технологии и относятся к первому поколению панелей. Современные исследования позволили создавать элементы второго типа — тонкоплёночные. В них используют селен, теллурий, кадмий, галлий, индий, аморфный кремний и т. п. Технология производства тонкоплёночных элементов, относящихся ко второму поколению, отличается высокой автоматизацией. Это позволило снизить затраты на их производство.
По сравнению с панелями предыдущего типа, толщина которых может достигать 300 мкм, толщина тонкоплёночных фотоэлементов составляет всего 1-3 мкм. Вместе с тем даже у лучших экземпляров таких панелей КПД не превышает 15%.
Более перспективный вариант – перовскитовые панели, относящиеся к третьему поколению. Несмотря на то что пока такие технологии производства фотоэлементов в основном в стадии разработки, а инженеры стараются повысить их надёжность и долговечность до приемлемых значений, полученные значения КПД уже достигают 26%.
Какой максимальный в 2022 году
На сегодня наибольшего КПД добилась компания Trina Solar из Китая. Выпускаемый ею монокристаллический модуль, состоящий из элементов i-TOPCon, показал КПД 24,24%. Причём данный результат подтверждён международной сертификационной организацией TÜV Nord.
Разработки тандемного фотоэлемента, состоящего из перовскита и органических полупроводниковых материалов, проводимые учёными из Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца, доказали практическую возможность получения КПД, равного 29,15%.
Дальнейшие исследования учёных этого центра вместе с учёными Института систем солнечной энергии Фраунгофера и с другими европейскими специалистами элементов с использованием линзы Френеля впервые позволили создать фотоэлемент, обладающий КПД 44,7%.
Сейчас одним из наиболее перспективных направлений является разработка элементов на основе наноантенн. При этом процесс производства таких фотоэлементов не требует дорогостоящего сырья и позволяет достигать КПД 85%.
От чего зависит коэффициент полезного действия
При определении КПД разработчики используют стандартные условия, характерные для лабораторий. То есть температура окружающего воздуха принимается равной 25 ℃, а уровень инсоляции – 1000 Вт/м2.
Любое отклонение от этих оптимальных параметров неизбежно отразится как на эффективности работы, так и на сроке службы и окупаемости солнечных электростанций. Популярные производители проводят собственное тестирование и прилагают к каждой батарее документацию, где указаны эти характеристики.
Дело в том, что даже два одинаковых элемента солнечной панели, выпущенные одним и тем же производителем, могут иметь расхождения при технологии производства полупроводниковых элементов.
Как зависит от изменения освещенности (количества света)
На эффективность выработки электроэнергии напрямую влияет уровень инсоляции, или сколько света прилетает на солнечные панели.
Панели, установленные в южных широтах, покажут большую эффективность, чем аналогичные панели, но размещённые в северных широтах, где значительную часть года пасмурно.
Если панели ориентированы правильно по сторонам света, но угол их наклона значительно отличается от оптимального, который сам изменяется в зависимости от времени года, это также отразится на КПД солнечной батареи.
Наконец, даже при выполнении всех указанных выше условий наличие тени от растущих близко деревьев или расположенных рядом строений сведёт на нет все усилия, так как значительно снизит уровень освещённости.
На величину светового потока, попадающего на фотоэлементы, влияет и чистота самих панелей. Запылённость и другие загрязнения также снижают эффективность производства электричества.
Влияет ли температура на эффективность
Повышение температуры солнечных панелей даже на 1 ℃ по расчётам приведёт к снижению КПД на 0,45%. Для того чтобы снизить нагрев, применяется приточная вентиляция, либо панели устанавливают на небольшом расстоянии от поверхности.
Общий КПД солнечной электростанции
Рассматривая факторы, указанные выше, нельзя забывать о том, что эффективность солнечной электростанции зависит от всех её компонентов.
Кроме солнечных панелей в состав электростанции входят аккумуляторы, которые необходимы для накопления энергии и выдачи её, когда это необходимо, например, если на улице пасмурно или в тёмное время суток.
Также чтобы обеспечить правильный режим работы аккумуляторных батарей, необходим контроллер заряда. Наконец, нужно учитывать, что фотоэлементы вырабатывают постоянный ток, а для работы большинства бытовых приборов требуется переменный.
Для преобразования тока из постоянного в переменный служит инвертор. При этом очень важен тип инвертора. Строго говоря, именно с его выбора начинают подбор остального оборудования для электростанции.
Для подключения электроинструмента, электродвигателей или бытовой техники, например, холодильника, требуется инвертор, выдающий переменный ток с чистой синусоидой. Для подключения электроприборов с импульсными блоками питания подойдёт инвертор с модифицированной синусоидой.
Разумеется, инверторы с чистым синусом стоят дороже, чем остальные. Также нужно учитывать величину пускового тока, ведь в некоторых случаях ток, потребляемый электродвигателем, при запуске возрастает в 7 раз.
Все компоненты солнечной электростанции имеют свой КПД, который неизбежно отразится на общей эффективности. Этот факт также учитывают при расчётах и выборе составляющих для электростанции.
Заключение
КПД всей установки зависит от эффективности каждого её компонента. Однако при расчётах этого параметра для солнечной электростанции важную роль играет ориентация панелей относительно сторон света и сезонного положения Солнца.
Снизить эффективность работы могут стоящие рядом деревья или здания, дающие много тени, или даже загрязнение панелей.
Сейчас читают:
