Солнечные модули, элементы


-Прайс на Солнечные модули
-Преимущества солнечной энергии
-Солнечные модули Корпорации XXII
-Особенности работы станции в различных регионах России
-Вопросы - ответы
-Типовые решения

1. Термины и определения
Ниже применяются определения, рекомендованные в ГОСТ_Р_51594_2000. Солнечная энергетика.
Фотоэлектрический солнечный элемент (ФСЭ) — солнечный элемент на основе фотоэффекта.

Фотоэлектрический модуль (ФМ) — устройство, конструктивно объединяющее электрически соединенные между собой фотоэлектрические солнечные элементы и имеющие выходные клеммы для подключения внешнего потребителя.

Солнечная фотоэлектрическая батарея — соединенные между собой электрически и механически фотоэлектрические модули.

Вольтамперная характеристика (ВАХ) солнечного элемента, модуля, батареи — зависимость между током нагрузки и напряжением на клеммах солнечного фотоэлектрического элемента, модуля, солнечной батареи при постоянных значениях температуры солнечных элементов и интенсивности поступающего солнечного излучения.

Температурный коэффициент тока, напряжения — значение, характеризующее изменение тока, напряжения солнечного элемента при изменении его температуры на 1°С.

Стандартные условия испытаний солнечного элемента, модуля, батареи (Standard test conditions for solar cell, module, array) — условия испытаний, регламентированные по плотности потока солнечной энергии 1000 Вт/м2 и температуре фотоэлектрических солнечных элементов (25+2)°С.

Пиковая мощность солнечного элемента, модуля, батареи, станции — максимальная мощность фотоэлектрического солнечного элемента, модуля, батареи, станции при стандартных условиях испытаний.

Максимальная мощность фотоэлектрического солнечного элемента, модуля, батареи, станции — мощность фотоэлектрического солнечного элемента, модуля, батареи, станции в точке на вольт-амперной характеристике, где значение произведения тока на напряжение максимально.

2. Фотоэлектрические солнечные элементы (ФСЭ)

Преобразование энергии в ФСЭ основано на фотовольтаическом эффекте в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения. Характеристики ФСЭ зависят от количества падающего на его поверхность света. При этом ФСЭ не боятся короткого замыкания.

Кремниевые ФСЭ являются нелинейными устройствами и их поведение нельзя описать простой формулой типа закона Ома. Вместо нее для объяснения характеристик элемента можно пользоваться семейством простых для понимания кривых - вольтамперных характеристик (ВАХ).

Вольтамперная характеристика ФСЭ

Напряжение холостого хода, генерируемое одним элементом, слегка изменяется при переходе от одного элемента к другому в одной партии и от одной фирмы изготовителя к другой и составляет около 0.6 В. Эта величина не зависит от размеров элемента. По иному обстоит дело с током. Он зависит от интенсивности света и размера элемента, под которым подразумевается площадь его поверхности. Нагружая элемент, можно построить график зависимости выходной мощности от напряжения.

Пиковая мощность ФСЭ соответствует напряжению около 0,47 В. Таким образом, чтобы правильно оценить качество солнечного элемента, а также ради сравнения элементов между собой в одинаковых условиях, необходимо нагрузить его так, чтобы выходное напряжение равнялось 0,47 В.

Поэтому, желание обеспечить максимальную отдачу от ФСЭ приводит к необходимости сортировки элементов по выходному току.

Важным моментом работы ФСЭ является их зависимость от температуры. При нагреве элемента на один градус свыше 25°С он теряет в напряжении 0,002 В, т.е. 0,4 %/°С.

Cемейство кривых ВАХ для температур 25°С и 60°С

В яркий солнечный день элементы нагреваются до 60-70°С теряя 0,07-0,09 В каждый. Это необходимо учитывать при расчете фотоэлектрических систем энергопитания.

КПД обычного ФСЭ в настоящее время колеблется в пределах 10-16 %. Это значит, что элемент размером 100*100 мм при стандартных условиях может генерировать 1-1,6 Вт.

Стандартными условиями для паспортизации элементов во всем мире признаются следующие : -освещенность 1000 Вт/м2, -температура 25°С, -спектр АМ 1,5 (солнечный спектр на широте 45°).

3. Фотоэлектрические модули (ФМ)

После того, как солнечные элементы подобраны для работы, их необходимо соединить. Обычно серийные элементы снабжены токосъемными сетками, которые предназначены для припайки к ним проводников.

ФМ можно составлять в любой желаемой комбинации. Простейшим ФМ является цепочка из последовательно включенных ФСЭ. Также используют параллельное включение цепочек, получая так называемое последовательно-параллельное соединение.

Обычно ФМ используются для зарядки аккумуляторных батарей (АБ) с номинальным напряжением 12 В. В этом случае, как правило, они содержат 36 ФСЭ, которые последовательно соединяются и герметизируются посредством ламинации на подложке из закаленного защитного стекла, текстолита или алюминия. ФСЭ при этом находятся между двумя слоями герметизирующей пленки, без воздушного зазора. Это достигается при использовании технологии вакуумной ламинации. Наиболее оптимальным вариантом является использование подложки из стекла, т.к. в этом случае оно может использоваться в качестве оптически прозрачного защитного элемента. Однако в случае воздушной прослойки между защитным стеклом и ФСЭ, потери на отражение и поглощение могут достигать 20-30 % по сравнению с 12 % - без воздушной прослойки.

Электрические параметры ФМ представляются как и для отдельного солнечного элемента в виде вольтамперной кривой при стандартных условиях (Standart Test Conditions), т.е., при солнечной радиации 1000 Вт/м2, температуре - 25°С и солнечном спектре на широте 45°(АМ1,5).

Электрические параметры ФМ

Точка пересечения кривой с осью напряжений называется напряжением холостого хода - Uxx, точка пересечения с осью токов - током короткого замыкания Iкз. Максимальная мощность модуля определяется как наибольшая мощность при STC (Standart Test Conditions).

Напряжение, соответствующее максимальной мощности, называется напряжением максимальной мощности (рабочим напряжением - Up), а соответствующий ток - током максимальной мощности (рабочим током - Ip).

Значение рабочего напряжения для модуля, состоящего из 36 элементов, таким образом, будет около 16…17 В (0,45….0,47 В на элемент) при 25°С.

Такой запас по напряжению по сравнению с напряжением полного заряда аккумуляторной батареи (для кислотных аккумуляторов - 14,4 В) необходим для того, чтобы компенсировать потери в контроллере заряда-разряда аккумуляторной батареи и потери в ФМ при его нагреве

.

Следует заметить, что напряжение холостого хода модуля мало зависит от освещенности, в то время как ток короткого замыкания, а соответственно и рабочий ток, прямо пропорциональны освещенности.Ниже приведено описание типового ФМ в каркасном исполнении, выпускаемой Рязанским заводом металлокерамических приборов (РЗМКП).