Фотоэлектрические модули (солнечные панели)

Солнечные панели состоят из солнечных элементов. Так как один солнечный элемент не производит достаточного количества электроэнергии для большинства применений, солнечные элементы собираются в солнечных модулях для того, чтобы производить больше электричества.

Модули производятся из псевдоквадратных или квадратных поликремниевых фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), покрытых антиотражающим покрытием. Элементы могут нарезаться на части для увеличения заполнения площади солнечных панелей, а также для уменьшения токов (последние годы производятся большие солнечные элементы, которые имеют большие токи).

Солнечные панели (также называемые фотоэлектрические модули или солнечные модули) производятся многих типов и размеров. Наиболее типичные — это кремниевые фотоэлектрические модули из 60 или 72 целых элементов или из 120 или 144 половинных элементов. Такие модули имеют мощность от 250 до почти 700 Вт.  Широкий типоразмерный ряд солнечных модулей доступен у нас в продаже. Солнечные панели (PV modules) могут соединяться между собой солнечные батареи (PV arrays) для того, чтобы получить большую мощность (например, 2 модуля по 100 Wp, соединенных вместе, эквивалентны модулю мощностью 200 Wp).

КПД доступных в продаже модулей варьируется в пределах 5-24%. Это значит, что 5-24% от количества энергии, падающей на солнечный элемент, будет трансформировано в электричество. Исследовательские лаборатории во всем мире разрабатывают новые материалы для СЭ с более высоким КПД (до 45%). Стоимость производства также очень важна. Некоторые новые технологии (такие как, например, тонкопленочные), позволяют производить СЭ в больших масштабах, что значительно снизит стоимость элементов и модулей

Солнечные модули установленные на покатой крыше	Поликристаллический солнечный элемент

Из чего состоит солнечный модуль

Модули из кристаллического кремния являются многослойным «пирогом». В общем случае они состоят из нескольких слоем, показанных на рисунке справа. Герметизирующий материал необходим для того, чтобы обеспечить полную герметичность солнечных элементов при работе на открытом воздухе круглый год. При попадании воздуха или влаги внутрь солнечного модуля происходит окисление и разрушение контактов солнечных элементов, что приводит к выходу модуля из строя. В качестве герметизирующей пленки обычно применяется EVA (этиленвинилацетатная) пленка. К сожалению, она же и является одним из факторов «старения» фотоэлектрических модулей, т.к. со временем теряет свою прозрачность. Сейчас во всем мире ведутся работы по замене этой EVA на другие материалы, но в коммерчески изготовляемых модулях пока в основном применяется именно этот материал.

Солнечные модули обычно выполнены в виде панели, заключенной в каркас из алюминиевого профиля. Бывают солнечные модули без алюминиевой рамы. Панель представляет собой фотоэлектрический генератор, состоящий из стеклянной плиты, с тыльной стороны которой между двумя слоями герметизирующей (ламинирующей) пленки размещены солнечные элементы, электрически соединенные между собой металлическими шинами. Нижний слой герметизирующей пленки защищен от внешних воздействий слоем защитной пленки. К внутренней стороне корпуса модуля прикреплен блок терминалов, под крышкой которого размещены электрические контакты, предназначенные для подключения модуля.

Размер и мощность солнечных панелей

Размеры солнечных элементов стандартизированы, количество элементов в панелях тоже. Поэтому солнечные панели имеют определенные мощности в зависимости от размеров и количества примененных в них элементов. Типичные мощности и размеры приведены в таблице ниже.

Upd. Примерно с 2020 года солнечные элементы размером менее 166 мм практически не производятся. Современные солнечные модули делаются из элементов размером 182 и 210 мм.  Поэтому, если в 2023 году вам предлагают солнечные модули их элементов 156 или 158 элементов, то, с вероятностью близкой к 100% эти модули сделаны их менее эффективных солнечных элементов, произведенных несколько лет назад (или сами модули сделаны несколько лет назад).  

Как увеличивалась максимальная мощность солнечных модулей в последние годы

Сейчас уже есть модули мощностью 700 и более ватт. О тенденциях увеличения единичной мощности солнечных панелей мы написали в статье Солнечные модули: тренды 2022 года.

В прошлом увеличение мощности панелей в основном происходило за счет повышения эффективности благодаря достижениям в области технологий солнечных батарей. Хотя это отчасти является причиной резкого скачка мощности панели, основным фактором являются новые ячейки большего размера, разрабатываемые вместе с большим количеством ячеек на панель. Эти новые форматы и конфигурации ячеек означают, что новые панели физически намного больше по размеру. Как правило, эти большие панели лучше всего подходят для коммерческих солнечных электростанций или крупных коммерческих установок.

Традиционно солнечные панели были доступны в двух основных размерах: панели стандартного формата с 60 ячейками (примерно 1,65 м в высоту и шириной 1 м), используемые для крыш жилых домов, и панели коммерческого размера с 72 ячейками большего формата (примерно 2 м в высоту и 1 м в ширину). Затем появились панели из разрезанных пополам ячеек примерно такого же размера, но с удвоенным количеством: 120 ячеек и 144 ячейки. Помимо стандартных размеров, было несколько производителей премиум-класса, таких как SunPower и Panasonic, производящих уникальные панели с 96 и 104 ячейками.

Стандартный размер панели в течение большей части последнего десятилетия был основан на формате 156 мм x 156 мм или 6-дюймовых квадратных ячеек. Тем не менее, новые размеры панелей длиной до 2,4 м и шириной 1,3 м основаны на более крупных размерах пластин 180 и 210 мм. Это увеличение размера на 20-30% по сравнению с традиционными 72-ячеечными панелями размером 2,0 м x 1,0 м, что, естественно, соответствует огромному увеличению мощности на панель.

Электрические характеристики солнечной батареи: вольт-амперная характеристика

Важные точки вольт-амперной характеристики, которые характеризуют солнечный модуль

Солнечный модуль может работать при любой комбинации напряжения и тока, расположенным на его вольт-амперной характеристике (ВАХ). Однако, в реальности модуль работает в одной точке в данное время. Эта точка выбирается не модулем, а электрическими характеристиками цепи, к которой данный модуль (или солнечная батарея) подключен.

Напряжение, при котором ток равен 0, называется напряжением холостого хода (V_oc). С другой стороны, ток, при котором напряжение равно 0, называется током короткого замыкания (I_sc). В этих крайних точках ВАХ мощность модуля равна 0. На практике, система работает при комбинации тока и напряжения, когда вырабатывается достаточная мощность. Лучше сочетание называется точкой максимальной мощности (ТММ, или MPP). Соответствующие напряжение и ток обозначаются как V_p (номинальное напряжение) и I_p (номинальный ток). Именно для этой точки определяются номинальная мощность и КПД солнечного модуля.

При прямом соединении солнечного модуля к аккумуляторной батарее, модуль работает при напряжении, равном напряжению аккумуляторной батареи в данный момент. По мере заряда АБ ее напряжение растет, поэтому модуль может работать в диапазоне напряжения от 10 до 14,5В (здесь и далее используются напряжения для модуля номинальным напряжением 12В. Для модулей с номинальным напряжением 24В значения напряжения нужно умножить на 2). Соответственно, его рабочая точка может быть довольно далеко от оптимальной. Почему же производители выбрали напряжение модуля в максимальной точке равным 17В?

Почему 12-вольтовые панели на самом деле 17-вольтовые?

Это сделано для того, чтобы компенсировать потери напряжения в фотоэлектрической системе и сохранить возможность полного заряда аккумуляторной батареи. Обычный вопрос, который задают люди — «почему нельзя сделать панели так, чтобы они выдавали 12В?» Если вы сделаете так, то модули будут выдавать необходимое для заряда АБ напряжение только, когда они холодные, в идеальном состоянии и при ярком солнце. Обычно таких условий не бывает в реальности. Поэтому панели должны иметь запас по напряжению для возможности заряжать АБ при пониженной освещенности, под пылью и нагретыми на солнце. Вопреки интуиции, солнечные панели работают лучше в холодную погоду. В нормальных условиях, когда солнечная панель нагревается до 40-45 градусов, ее мощность снижается на 15-17%.

Как известно, для заряда АБ напряжением 12В необходимо довести ее напряжение до 14,5В (или даже до 15В при заряде при низких температурах) . Напряжение солнечного модуля в реальных условиях оказывается ниже, чем 17В. Во-первых, при нагревании солнечного модуля его напряжение снижается примерно на 0,5В. Во-вторых, существуют потери напряжения в соединительных проводах. Также, редко когда уровень освещенности равен 1000 Вт/м². Все это приводит к тому, что реальное напряжение на модуле снижается, и в действительности оно оказывается очень близко к требуемым 14,5В. С другой стороны, при низких температурах, напряжение может быть больше, чем 17В.

Мощность солнечной панели изменяется в зависимости от освещенности практически прямо-пропорционально. При определенной освещенности модуль прекращает выработку. Эта освещенность для кристаллических модулей составляет примерно 150-200 Вт/м², а для аморфных — около 100 Вт/м².

Также, мощность солнечного модуля зависит от его температуры, и обычно падает при повышении температуры. Типичный температурный коэффициент для кристаллических модулей составляет -0,45%/К (т.е. при повышении температуры модуля на каждый градус его выработка уменьшается на 0,45%) . Для аморфных модулей этот показатель обычно раза в 2 меньше, а последние разработки трех-переходных аморфных модулей даже имеют положительный температурный коэффициент мощности.

Типичная информация на шильдике солнечного модуля

Новое поколение солнечных контроллеров заряда, а также солнечные фотоэлектрические инверторы могут обеспечивать работу солнечной батареи в точке максимальной мощности. Они отслеживают точку максимальной мощности, и поддерживают напряжение на входе равный этой точке. На выходе, за счет преобразования напряжения, обеспечивается напряжение, равное напряжению на АБ. Таким образом, MPPT контроллер понижает напряжение и повышает ток. Слежение за ТММ солнечного модуля обеспечивает увеличение выработки электроэнергии на 15-30%.

Можно найти все эти параметры — (V_oc, I_sc, MPP, V_p, I_p) — на шильдике или прилагаемых к модулю характеристиках (заметьте, что V_p и I_p также называются номинальными значениями. Однако не ожидайте получить номинальную мощность от вашей солнечной батареи — почти невозможно, чтобы собранная система работала все время в точке максимальной мощности. Кроме изменений освещенности, на вырабатываемую мощность влияет температура солнечной батареи — чем выше температура солнечной батареи, тем ниже ее мощность.

Брендовые солнечные панели обычно делаются на производствах с полной автоматизацией. На мелких и некоторых средних заводах про сборке солнечных панелей часть операций не автоматизирована (например, часто пайка общих шин солнечной панели, перемещения панелей между этапами производства, сборка алюминиевых рам и т.п. бывают не автоматизированными и выполняются вручную). Это уменьшает цену выпускаемых солнечных панелей, но также могут ухудшать и долговременное качество этих панелей.

Смотрите ниже небольшое видео про процесс изготовления солнечной фотоэлектрической панели на полностью автоматизированном производстве.  Уровень автоматизации отражает качество и уровень производителя.

«Ваш Солнечный Дом» всегда раскрывает информацию о заводе изготовителе предлагаемого оборудования своим покупателям и партнерам. Если такой информации нет, мы честно предостерегаем наших покупателей о возможных проблемах после истечения гарантийного срока.

Перейти к покупке солнечных панелей в наш Интернет-магазин

Эта статья прочитана 34037 раз(а)!

Продолжить чтение