до какой температуры нагреваются солнечные панели

До какой температуры нагреваются солнечные панели

Солнечные панели наиболее эффективны в ясную погоду, что логично. В наших широтах такая погода чаще всего бывает летом. Но солнце не только светит, но и греет. И чем сильнее оно нагревает солнечный элемент, тем меньше света он может «обработать», и показатели энергогенерации снижаются.

В чем тут дело?

Солнечные модули, как и остальное электронное оборудование, работают за счет электрических процессов, подконтрольных законам термодинамики. А законы термодинамики гласят, что с ростом тепла снижается выход мощности.

Повышение температуры создает внутреннее сопротивление внутри солнечного элемента, что снижает его эффективность. Если коротко, то с ростом температуры поток электронов внутри элемента нарастает, что вызывает увеличение силы тока и падение напряжения. Падение напряжения при этом больше, чем увеличение силы тока. Поэтому общая мощность (Мощность = Напряжение х Сила тока) уменьшается, что приводит к тому, что панель работает с меньшей эффективностью.

Поэтому чем теплее температура окружающей среды, тем меньше выходная мощность фотоэлементов.

Сколько так теряется энергии?

Значение коэффициента производитель панелей получает опытным путем (и указывает в спецификациях). Оно разнится в зависимости от модели солнечной панели.

Тестирование параметров солнечных панелей проводится при температуре 25°C и обычно производители указывают их эффективность, принимая за норму 25°C.

Как проводит тестирование один из ведущих производителей солнечных панелей в США:

При этом стоит учитывать, что не только панели теряют свою работоспособность в жару. С этим сталкиваются и инверторы, преобразующие ток в электроэнергию. В среднем эффективность инверторов, по различным подсчетам, падает на 2,5%, когда температура приближается к 40°C.

На примере

Что об этом говорят владельцы панелей в Украине

Другой владелец солнечной станции пока не заметил особого влияния жары на свои панели:

Показатели генерации за 3 августа, фото владельца:

Можно как-то бороться с перегревом?

Во-первых, на эффективность работы солнечных панелей в жару влияет то, как близко панели установлены к крыше. Солнечные панели не должны устанавливаться впритык, но так, чтобы между модулем и крышей было пространство для циркуляции воздуха. Получается, что как раз крышные солнечные панели в жару теряют больше своей эффективности, чем установки, расположенные на земле. В общем же, эксперты рекомендуют устанавливать солнечные панели в местах с хорошей №природной обдуваемостью».

Во-вторых, большинство производителей солнечных панелей используют теплопроводящую подложку, которая позволяет удалять тепло со стеклянных слоев солнечного модуля. И чем качественнее (и дороже) солнечная панель, тем лучше она подготовлена к высоким температурам.

Можно сравнить показатели разных производителей:

Источник

Проблема перегрева солнечных панелей

Чем сильнее светит солнце, тем больше электричества дают солнечные батареи. Звучит убедительно, но в действительности это не так. В жару получать максимум генерации мешает перегрев фотоэлектрических панелей.

Нормальной для работы PV модулей является температура 25°C. Когда столбик термометра переваливает за эту отметку, эффективность фотопанелей снижается. Уменьшение продуктивности зависит от температуры окружающей среды, типа и размещения модулей. В среднем оно составляет 10%. Почему перегрев негативно сказывается на выходной мощности электрогенерирующего устройства? И можно ли как-то с ним бороться?

Крышная солнечная электростанция мощностью 31 кВт, Измаил (Одесская обл.)

Причины перегрева, и что такое «температурный коэффициент мощности»

Солнечная панель состоит из фотоэлементов, в которых протекают электрические процессы. По мере нагревания в ячейках возрастает поток электронов, что приводит к падению напряжения и росту силы тока. Как следствие, снижается мощность отдельно взятых фотоэлементов и модуля в целом. Узнать, сколько именно ватт теряется в процессе перегрева, можно из спецификаций. Данная характеристика значится там, как «температурный коэффициент мощности».

Объем энергопотерь модуля от перегрева определяется в ходе тестовых испытаний на производстве. У разных моделей кремниевых кристаллических батарей он в среднем в пределах 0,45–0,5%/°C. Более стойки к высоким температурам тонкопленочные (аморфные) солнечные панели. Их коэффициент – около 0,2%/°C. Это означает, что с каждым повышением на градус от нормы выход мощности снижается на 0,2%. Например, в 40-градусную жару производительность такой фотопанели уменьшится на 3%. Соответственно у модели с тепловым коэффициентом 0,5%/°C снижение выработки при тех же условиях составит 7,5%.

Температура воздуха не единственный фактор, способствующий нагреву панелей. Значительную роль играет также тепловая эмиссия кровельной поверхности. Так, темная крыша нагревается сильнее светлой – до 70–80°C. И это не в самый жаркий день! Температура расположенных на ней фотопанелей может достигать 60–70°C. Теплопроводность зависит от кровельного материала. Быстро нагревается шифер, металлочерепица, мягкая кровля с битумной составляющей.

Способы уменьшить нагрев солнечных панелей

Ученые пока лишь ищут пути решения проблемы с перегревом батарей. Считается, что повышение стойкости к высоким температурам позволит не только увеличить генерацию электричества летом, но и продлить срок службы модулей. Заметных успехов в этом направлении достигла научная группа профессора Шаньхуэ Фаня. В стенах Стэнфордского университета в 2014 году была создана фотопанель с дополнительным тончайшим рельефным слоем кварцевого стекла. Такая поверхность пропускает видимый свет для генерации электричества, и отражает греющие инфракрасные лучи. В итоге происходит пассивное охлаждение.

Еще одним вариантом борьбы с перегревом стала WindRail. Гибридную ветросолнечную электрогенерирующую установку, в которой ветряки выполняют функцию вентиляторов для солнечных панелей, разработал шведский инженер Свен Колер. Пилотный проект появился год назад, а продвигать его взялась компания Anerdgy. Первую систему WindRail установили на крыше 12-этажного жилого дома в Берлине. Благодаря компактности, синергичности и продуманности конструкции такая установка имеет все шансы стать востребованной в городских условиях.

Впрочем, на проверку жизнеспособности и массовое внедрение опытных образцов уходят годы. А что делать владельцам фотоэлектростанций сейчас для снижения нагрева панелей? При выборе солнечных батарей нужно обращать внимание на заявленный производителем температурный коэффициент мощности: чем он меньше, тем лучше будет работать модель в жаркий день.

Второй важный нюанс – размещение. Благодаря хорошей естественной обдуваемости, солнечные панели на трекерах или наземных фермах нагреваются меньше, чем крышные системы. Если же решено устанавливать модули на доме, следует побеспокоиться о вентиляционной системе кровли. Кроме того, между фотопанелями и поверхностью крыши должен быть существенный зазор для свободной циркуляции воздуха.

Итак, температурный коэффициент мощности – один из важнейших параметров в спецификациях батарей. Он показывает, насколько продуктивны панели в жару. Для снижения потерь выработки в результате перегрева фотомодули нужно устанавливать на расстоянии от поверхности крыши. Дополнительно можно улучшить вентиляцию подкровельного пространства.

Источник

Солнечные батареи своими руками. Расчет и выбор солнечных элементов

Солнечные батареи редко рассматриваются в качестве единственного источника электроэнергии, тем не менее, целесообразность в их установке есть. Так, в безоблачную погоду правильно рассчитанная автономная система сможет обеспечивать электроэнергией подключенные к ней электроприборы практически круглые сутки. Впрочем, грамотно скомплектованные солнечные панели, аккумуляторы и вспомогательные устройства даже в пасмурный зимний день позволят значительно снизить затраты на оплату электроэнергии по счетчику.

Использую солнечные панели из элементов уже 2-й год. Был вынужден, так как в кооперативе, где мой гараж, очень надолго отключили свет. Собрал 2 шт. по 60 Ватт, контроллер купил и инвертер на 1500 Вт. Полная независимость просто окрыляет. И свет есть, и работа ручным инструментом доставляет удовольствие.

Правильная организация автономных систем электроснабжения на основе солнечных батарей – это целая наука, но, опираясь на опыт пользователей нашего портала, мы можем рассмотреть общие принципы их создания.

Что такое солнечная батарея

Солнечная батарея (СБ) представляет собой несколько фотоэлектрических модулей, объединенных в одно устройство с помощью электрических проводников.

И если батарея состоит из модулей (которые еще называют панелями), то каждый модуль сформирован из нескольких солнечных элементов (которые называют ячейками). Солнечная ячейка является ключевым элементом, который находится в основе батарей и целых гелиоустановок.

На фото представлены солнечные ячейки различных форматов.

А вот фотоэлектрическая панель в сборе.

На практике фотоэлектрические элементы используются в комплекте с дополнительным оборудованием, которое служит для преобразования тока, для его аккумуляции и последующего распределения между потребителями. В комплект домашней солнечной электростанции входят следующие устройства:

Схематично система электроснабжения, работающая от солнечных батарей, выглядит следующим образом.

Схема довольно проста, но для того, чтобы она эффективно работала, необходимо правильно рассчитать рабочие параметры всех задействованных в ней устройств.

Расчет фотоэлектрических панелей

Первое, что необходимо знать, собираясь рассчитывать конструкцию фотоэлектрических преобразователей (панелей ФЭП), это количество электроэнергии, которое будет потреблять оборудование, подключенное к солнечным батареям. Просуммировав номинальную мощность будущих потребителей солнечной энергии, которая измеряется в Ваттах (Вт или кВт), можно вывести среднемесячную норму потребления электроэнергии – Вт*ч (кВт*ч). А требуемая мощность солнечной батареи (Вт) будет определяться, исходя из полученного значения.

Для примера рассмотрим перечень электрооборудования, которое сможет обеспечивать энергией небольшая солнечная электростанция мощностью 250 Вт.

Таблица взята с сайта одного из производителей солнечных панелей.

Налицо несоответствие между суточным потреблением электроэнергии – 950 Вт*ч (0,95 кВт*ч) и значением мощности солнечной батареи – 250 Вт, которая при непрерывной работе должна генерировать в сутки 6 кВт*ч электроэнергии (что намного больше обозначенных потребностей). Но раз уж мы говорим именно о солнечных панелях, то следует помнить, что свою паспортную мощность эти устройства способны развивать только в светлое время суток (примерно с 9-ти до 16-ти часов), да и то в ясный день. В пасмурную погоду выработка электроэнергии также заметно падает. А утром и вечером объем электроэнергии, вырабатываемой батареей, не превышает 20–30% от среднесуточных показателей. К тому же, номинальная мощность может быть получена с каждой ячейки только при наличии оптимальных для этого условий.

Почему номинал батареи 60 Вт, а она выдает 30? Значение 60 Вт производители ячеек фиксируют при инсоляции в 1000Вт/м² и температуре батареи – 25 градусов. Таких условий на земле, а тем более в средней полосе России, нет.

Все это учитывается, когда в конструкцию солнечных панелей закладывается определенный запас мощности.

Теперь поговорим о том, откуда взялся показатель мощности – 250 кВт. Указанный параметр учитывает все поправки на неравномерность солнечного излучения и представляет собой усредненные данные, основанные на практических экспериментах. А именно: измерение мощности при различных условиях эксплуатации батарей и вычисление ее среднесуточного значения.

Когда узнаете объем потребления, выбирайте фотоэлектрические элементы, исходя из требуемой мощности модулей: каждые 100Вт модулей вырабатывают 400-500 Вт*ч в сутки.

Идем дальше: зная среднесуточные потребности в электричестве, можно рассчитать требуемую мощность солнечных батарей и количество рабочих ячеек в одной фотоэлектрической панели.

При осуществлении дальнейших расчетов будем ориентироваться на данные уже знакомой нам таблицы. Итак, предположим, что суммарная мощность потребления равна примерно 1 кВт*ч в сутки (0,95 кВт*ч). Как мы уже знаем, нам понадобится солнечная батарея, обладающая номинальной мощностью – не менее 250 Вт.

Предположим, что для сборки рабочих модулей вы планируете использовать фотоэлектрические ячейки с номинальной мощностью – 1,75 Вт (мощность каждой ячейки определяется произведением силы тока и напряжения, которые генерирует солнечный элемент). Мощность 144-х ячеек, объединенных в четыре стандартных модуля (по 36 ячеек в каждом), будет равна 252 Вт. В среднем с такой батареи мы получим 1 – 1,26 кВт*ч электроэнергии в сутки, или 30 – 38 кВт*ч в месяц. Но это в погожие летние дни, зимой даже эти значения можно получить далеко не всегда. При этом в северных широтах результат может быть несколько ниже, а в южных – выше.

Есть солнечные батареи – 3,45 кВт. Работают параллельно с сетью, поэтому КПД – максимально возможный:

Эти данные чуть выше средних значений, т. к. солнца было больше обычного. Если циклон затяжной будет, то выработка в зимний месяц может не превысить 100-150 кВт*ч.

Представленные значения – это киловатты, которые можно получить непосредственно с солнечных батарей. Сколько же энергии дойдет до конечных потребителей – это зависит от характеристик дополнительного оборудования, встроенного в систему электроснабжения. О них мы поговорим позже.

Как видим, количество солнечных элементов, необходимых для генерирования заданной мощности, можно рассчитать лишь приблизительно. Для более точных расчетов рекомендуется использовать специальные программы и онлайн калькуляторы солнечной энергии, которые помогут определить требуемую мощность батареи в зависимости от многих параметров (в том числе, и от географического положения вашего участка).

Если с первого раза произвести правильный расчет фотоэлектрических панелей не удалось (а непрофессионалы очень часто сталкиваются с подобной проблемой), это не беда. Недостающую мощность всегда можно будет восполнить, установив несколько дополнительных фотоэлементов.

Разновидности фотоэлектрических элементов

С помощью настоящей главы постараемся развеять заблуждения, касающиеся преимуществ и недостатков наиболее распространенных фотоэлектрических элементов. Это упростит вам выбор подходящих устройств. Широкое распространение сегодня получили монокристаллические и поликристаллические кремниевые модули для солнечных батарей.

Так выглядит стандартный солнечный элемент (ячейка) монокристаллического модуля, который можно безошибочно отличить по скошенным углам.

Ниже представлено фото поликристаллической ячейки.

Какой модуль лучше? Пользователи FORUMHOUSE активно спорят по этому поводу. Кто-то считает, что поликристаллические модули работают более эффективно при пасмурной погоде, при этом монокристаллические панели демонстрируют превосходные показатели в солнечные дни.

У меня моно – 175 Вт дают на солнце под 230 Вт. Но я отказываюсь от них и перехожу на поликристаллы. Потому что, когда небо чистое, электричества хоть залейся с любого кристалла, а вот когда пасмурно – мои вообще не работают.

При этом всегда найдутся оппоненты, которые после проведения практических замеров полностью опровергают представленное утверждение.

У меня получается все наоборот: поликристаллы очень чувствительны к затемнению. Стоит маленькому облачку пройти по солнцу, как это сразу отражается на количестве вырабатываемого тока. Напряжение, кстати, практически не меняется. Монокристаллическая же панель ведет себя более стабильно. При хорошем освещении обе панели ведут себя очень хорошо: заявленная мощность обеих панелей – 50Вт, обе эти самые 50Вт выдают. Отсюда мы видим, как улетучивается миф о том, что монопанели дают больше мощности при хорошем освещении.

Второе утверждение касается срока службы фотоэлектрических элементов: поликристаллы стареют быстрее монокристаллических элементов. Рассмотрим данные официальной статистики: стандартный срок службы монокристаллических панелей составляет 30 лет (некоторые производители утверждают, что такие модули могут работать до 50 лет). При этом период эффективной эксплуатации поликристаллических панелей не превышает 20-ти лет.

Действительно, мощность солнечных батарей (даже с очень высоким качеством) с каждым годом эксплуатации уменьшается на определенные доли процента (0,67% – 0,71%). При этом в первый год эксплуатации их мощность может снизиться сразу на 2% и 3% (у монокристаллических и поликристаллических панелей – соответственно). Как видим, разница есть, но она незначительна. А если учесть, что представленные показатели во многом зависят от качества фотоэлектрических модулей, то разницу и вовсе можно не брать во внимание. Тем более, известны случаи, когда дешевые монокристаллические панели, изготовленные нерадивыми производителями, теряли до 20% своей мощности в первый же год эксплуатации. Вывод: чем надежнее производитель фотоэлектрических модулей, тем долговечнее его продукция.

Многие пользователи нашего портала утверждают, что монокристаллические модули всегда дороже поликристаллических. У большинства производителей разница в цене (в пересчете на один ватт генерируемой мощности) на самом деле ощутима, что делает покупку поликристаллических элементов более привлекательной. Поспорить с этим нельзя, но не поспоришь и с тем, что КПД монокристаллических панелей выше, чем у поликристаллов. Следовательно, при одинаковой мощности рабочих модулей поликристаллические батареи будут иметь большую площадь. Иными словами, выигрывая в цене, покупатель поликристаллических элементов может проиграть в площади, что при недостатке свободного пространства под установку СБ может лишить его так очевидной на первый взгляд выгоды.

У распространенных монокристаллов КПД, в среднем, равняется 17%-18%, у поли – около 15%. Разница – 2%-3%. Однако по площади эта разница составляет – 12%-17%. С аморфными панелями разница еще нагляднее: при их КПД – 8-10% монокристаллическая панель может быть по площади в два раза меньше аморфной.

Аморфные панели – это еще одна разновидность фотоэлектрических элементов, которые пока не успели стать достаточно востребованными, несмотря на свои очевидные преимущества: низкий коэффициент потери мощности при повышении температуры, способность генерировать электроэнергию даже при очень слабом освещении, относительная дешевизна одного производимого кВт энергии и так далее. А одна из причин низкой популярности кроется в их весьма ограниченном КПД. Аморфные модули еще называют гибкими модулями. Гибкая структура значительно облегчает их установку, демонтаж и хранение.

Не знаю, кто это аморфные рекламирует. КПД у них низкий, места почти в два раза больше занимают, при этом с возрастом КПД, так же, как и у кристаллических, снижается. Классические модули рассчитаны на 25 лет эксплуатации с потерей КПД в 20%. Плюс у аморфных пока только один: выглядят, как черное стекло (можно весь фасад такими покрыть).

Выбирая рабочие элементы для строительства солнечных батарей, в первую очередь следует ориентироваться на репутацию их производителя. Ведь именно от качества зависят их реальные рабочие характеристики. Также нельзя упускать из вида условия, при которых будет производиться монтаж солнечных модулей: если площадь, отведенная под установку солнечных батарей, у вас ограничена, то целесообразно использовать монокристаллы. Если недостатка в свободном пространстве нет, то обратите внимание на поликристаллические или аморфные панели. Последние могут оказаться даже практичнее панелей кристаллических.

Приобретая готовые панели от производителей, можно значительно упростить себе задачу по строительству солнечных батарей. Для тех же, кто предпочитает все создавать своими руками, процесс изготовления солнечных модулей будет описан в продолжении настоящей статьи. Также в ближайшее время мы планируем рассказать о том, по каким критериям следует выбирать аккумуляторы, контроллеры и инверторы – устройства, без которых ни одна солнечная батарея не сможет функционировать полноценно. Следите за обновлениями нашей статейной ленты.

На фото изображены 2 панели: самодельная монокристаллическая на 180Вт (слева) и поликристаллическая от производителя на 100 Вт (справа).

О самых популярных альтернативных источниках энергии вы сможете узнать в соответствующей теме, открытой для обсуждения на нашем портале. В разделе, посвященном строительству автономного дома, можно узнать много интересного об альтернативной энергетике и о солнечных батареях, в частности. А небольшой видеосюжет расскажет об основных элементах стандартной солнечной электростанции и об особенностях установки солнечных панелей.

Источник

Тестирование параметров солнечных батарей

Что такое STC и PTC? Как оценить и сравнить параметры солнечных батарей

При выборе солнечных модулей очень важно понимать параметры, которыми описывается модуль – мощность, напряжения, токи в различных режимах. Но не менее важно знать, при каких условиях получены эти значения.

В фотоэнергетике есть различные стандарты и тестовые условия, при которых определяются эффективность и производительность солнечных панелей. К основным тестам относятся Normal Operating Cell Temperature (NOCT), PV-USA Test Conditions (PTC), Standard Test Conditions (STC), Low Irradiance Conditions (LIC), High Temperature Conditions (HTC) and Low Temperature Conditions (LTC).

Промышленные стандарты и требования

Международная Электротехническая Комиссия (International Electrotechnical Commission) IEC опубликовала стандарт IEC 61853 “Photovoltaic Module. Power Rating”, который регламентирует тестирование в различных климатических и географических условиях и включает тесты HTC, LIC, HTC, NOCT и STC. Также есть PV-USA Test Condition (PTC), которые не является частью этого стандарта IEC. Ниже даны разъяснения по каждому из этих тестов, а в таблице сравниваются условия, при которых они проводятся.

Тестовые условия – в чем разница?

Мы собрали в таблицу значения описание основных терминов при тестировании солнечных модулей.

Теперь остановимся подробнее на этих параметрах и условиях испытаний

Standard Test Conditions (STC) – стандартные тестовые условия

Чтобы можно было сравнить модули между собой, производители договорились испытывать их при определенных условиях. Изначально были введены Standard Test Conditions (STC), т.е. 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 и температура солнечного модуля – 25 °C. Спектр излучения должен соответствовать массе воздуха 1,5, а скорость ветра должна быть равна нулю. Это соответствует уровню освещенности и спектру солнечного света, падающего на ориентированную на юг, под углом к горизонту 37° поверхность при высоте солнца над уровнем горизонта 41.81°. Эти условия эмулируют солнечный полдень весной или осенью с поверхностью солнечного элемента, перпендикулярного солнечным лучам.

Примечание: Масса воздуха определяет толщину атмосферы, которую нужно пройти солнечному свету из космоса до поверхности земли. По мере прохождения атмосферы, свет ослабляется за счет рассеяния и поглощения, и чем толще слой атмосферы, тем больше потери. Поэтому небесные тела на горизонте менее яркие, чем в зените. Масса воздуха, равная 1, принимается при условиях, когда солнце находится прямо над головой; такие условия не существуют в большинстве мест.
Для испытаний по STC было принято значение массы воздуха 1.5. Это некоторая усредненная цифра, позволяющая оценить потери в атмосфере на широтах, отличных от экватора.

Именно параметры модуля при STC обозначены на шильдике всех солнечных панелей. Они являются обязательными для всех производителей. Если мы говорим о мощности солнечной батареи, то также указываем мощность при STC. Например, батарея из 10 солнечных панелей мощностью 250Вт будет иметь мощность 2500 Вт.

Однако, условия STC редко встречаются при реальной эксплуатации солнечных модулей. Если вы установили на своей крыше модуль номинальной мощностью 250Вт, это совсем не значит, что вы получите от него мощность в 250Вт при любых условиях.

STC не отражают эффективность и производительность солнечного модуля в реальных условиях. Поэтому делаются попытки определить условиях, при которых параметры модуля ближе к тем, которые имеют место в реальных условиях.

В последнее время все чаще для сравнения модулей вместо STC применяются тестовые условия PTC.

Попробуем разобраться в этих терминах и условиях тестирования солнечных модулей, и определить, по каким именно характеристикам можно наиболее близко определить выработку солнечных батарей в реальных условиях.

Номинальная рабочая температура солнечного элемента NOCT

Для оценки влияния реальных условий работы на выработку модуля были приняты дополнительные параметры. Появилось понятие NOCT (Nominal Operating Cell Temperature) – т.е. температура модуля при типичных условиях эксплуатации.

Номинальная рабочая температура солнечного элемента (NOCT) измеряется при освещении солнечной панели солнечным светом интенсивностью 800 Вт/м 2 и температуре воздуха 20°C. Цепь электрическая при этом разомкнута, угол наклона модуля 45° с ориентацией на юг. Чем ниже NOCT, тем лучше будет работать модуль в реальных условиях.

NOCT не является условиями для испытаний модулей, это только один из параметров модуля. Вы можете видеть, что NOCT не является точной температурой элемента. Дело в том, что конструкция модуля и материалы, из которых он изготовлен, влияет на его способность к нагреву. В реальных условиях модуль имеет температуру на 15-30 градусов выше температуры окружающего воздуха. Хорошие модули в реальных условиях не будут нагреваться выше 40-45 °С, тем самым меньше теряя мощность при нагреве. Плохо сделанные модули будут перегреваться. Средняя NOCT составляет около 48°С

В США были протестированы около 330 солнечных модулей, и они показали NOCT на уровне 45ºC или менее; самым низким был NOCT в 43ºC, и только 33 модуля (10% от общего числа протестированных) показали такой результат. В основном это были поликристаллические модули. С другой стороны, около 30 модулей показали NOCT на уровне 49 или 50º C.

Условия измерения NOCT подразумевают открытую заднюю поверхность модуля, для свободного охлаждения ее окружающим воздухом. Так как в большинстве случаев модули устанавливаются параллельно крыше, то их реальная рабочая температура летом будет выше, чем NOCT. Поэтому так важно оставлять вентиляционный зазор между крышей и модулями для того, чтобы обеспечить достаточное охлаждение задней стороны солнечной батареи. Тем не менее, даже при этом температура модуля может подниматься до 70 °С в обычный нежаркий солнечный день (около 25°С).

Конечно, температура модуля будет зависеть от того, как смонтирована солнечная батарея – на крыше, на опоре, на специальной конструкции и т.п. От этого зависят условия охлаждения солнечной батареи – разница в температуре солнечных модулей при различном монтаже может доходить до 10-15 градусов. В жаркий летний день солнечная панель может нагреваться до 65°С и выше. При нагреве напряжение солнечной панели снижается, и пропорционально ему снижается и выходная мощность.

Напряжение солнечного элемента изменяется примерно на 0,08В на каждый градус изменения его температуры относительно температуры STC (25°C). Поэтому, если напряжение при STC составляет 17В, то в реальных условиях работы оно может стать 15 или 16В.

Модуль с 43°С NOCT произведет на примерно 3% больше энергии, чем модуль с 50°С NOCT при прочих равных условиях.

Лучшими панелями являются те, которые имеют минимальную NOCT. Панели с NOCT более 50°C лучше не покупать.

Low Irradiance Conditions (LIC) – условия низкой освещенности

Low Irradiance Conditions (LIC) используются для определения производительности солнечного модуля при низкой освещенности, симулируя работу солнечных панелей на высоких широтах и зимой. Условия LIC подразумевают освещенность 200 Вт/м², температуру модуля 25°C, отсутствие ветра и спектр, соответствующий AM 1.5. Спектральное распределение описано в таблице стандарта IEC 60904-3 (Measurement principles for terrestrial photovoltaic (PV) solar devices with reference spectral irradiance data).

High Temperature Conditions (HTC) – условия высоких температур

Модули тестируются при высоких температурах модуля в 75°C, освещенности 1000 Вт/м² и спектре AM 1.5

Low Temperature Conditions (LTC) – условия низких температур

В противоположность HTC эти условия подразумевают температуру модуля 15°C, освещенность 500 Вт/м², скорость ветра 0 и спектр при AM 1.5

Параметры PTC

Более реалистичными являются условия PTC. Однако далеко не все производители указывают параметры при PTC. Обычно PTC указывается для модулей, произведенных для американского рынка.

PTC были разработаны в рамках проекта PVUSA (Photovoltaics for Utility Scale Applications) для сравнения различных модулей.

В рамках проекта было протестировано около 800 кВт солнечных панелей различных производителей. Панели тестировались в одинаковых условиях. Огромное число покупателей ориентируется именно на результаты этих тестов. Для современных модулей данные приведены на сайте GoSolarCalifornia.

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

Температура NOCT используется для вычисления ожидаемой температуры модуля при PTC, а затем при помощи температурного коэффициента мощности (обычно указываемого в спецификациях для каждого модуля) вычисляется мощность модуля при PTC.

Рабочая температура модуля при PTC определяется из NOCT по формуле:

T_{cell, PTC} = 20 + 1.389 x (NOCT – 20) x (0.9 – η)

Значение (0.9 – η) отражает долю солнечной энергии, достигающей модуля и преобразующейся в тепло. Предполагается, что 10% энергии отражается. Часть энергии преобразуется в электричество – это полезная функция фотоэлектрического элемента. Доля от общего количества энергии, которая преобразована в электричество, определяет КПД солнечного модуля η. КПД модуля может быть вычислено из значений мощности по STC по формуле:

η = P_STC ÷ 1,000 Вт/м 2 ÷ площадь

Если температура элемента для условий PTC определена, то можно вычислить мощность по PTC из мощности STC при помощи температурного коэффициента мощности (C_T) по следующему выражению:

Это и есть мощность по PTC, которая приведена на сайте California Energy Commission (CEC) Go Solar California. Это значение используется для вычисления производства электроэнергии солнечной батареей для получения различных субсидий и льгот по поддержке возобновляемой энергетики, действующих в США.

После 1 июля 2009 CEC публикует данные по PTC только полученные от независимых лабораторий и больше не принимает данные от производителей. Испытательные лаборатории хорошо оборудованы и имеют возможность обеспечить идентичные условия замеров. При сравнении результатов испытаний модулей со старыми данными, полученными от производителей, оказалось, что большинство производителей излишне оптимистично оценивали возможности своей продукции. Из 475 протестированных модулей, 308 показали результаты хуже, 51 такие же и 116 лучше, чем было заявлено производителями. (см. рисунок справа)

Как видно из рисунка справа, солнечная панель Sharp ND-250QCS, 250W имеет параметры PTC на уровне 223.6 Вт. Если вы будете использовать эту солнечную панель в реальной фотоэлектрической системе, то мощность при PTC 223.6 Вт позволит вам оценить выработку электроэнергии в реальных условиях намного точнее, чем мощность при STC 250 Вт.

Также как и STC, PTC дают завышенные показатели по мощности модуля, чем можно наблюдать в реальных условиях эксплуатации.

На что же ориентироваться покупателю солнечных батарей?

Так что это все означает для конечного пользователя? Это означает, что в реальных условиях солнечная батарея будет вырабатывать около 75-85% от ее пиковой мощности (указанной на шильдике). Т.е. 100 Вт солнечная батарея, 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, а в России зимой часто бывают дни, когда можно получить мощность и больше пиковой. Это нужно учитывать при проектировании вашей солнечной электростанции.

Ни PTC, ни STC не отражают всех факторов, которые влияют на изменение мощности модулей в реальных условиях. Надо учитывать и другие факторы, влияющие на производительность солнечной электростанции. Нужно учитывать потери в проводах, в инверторе, контроллере и т.п. Также, имеет место нормальная деградация солнечных панелей с течением времени, а также снижение мощности за счет пыли, грязи, чрезмерного нагрева модулей или их затенения, разной мощности модулей в последовательных цепочках и т.п. Влияние этих факторов может меняться в зависимости от сезона года, географического положения, способа монтажа, азимута и наклона панелей и т.д. Можно оценить различные факторы, влияющие на потери на калькуляторе PVWATTS.

При покупке солнечной фотоэлектрической системы для вашего дома или производства, всегда просите вашего продавца предоставить PTC параметры солнечных модулей и реальную выработку солнечных панелей при этих условиях. Подавляющее большинство продавцов на российском рынке указывают только параметры при STC, которые не отражают реальных возможностей фотоэлектрических модулей по выработке электроэнергии. Сравнивать различные солнечные модули желательно по параметрам PTC. Кроме указанного выше сайта GoSolarCalifornia, данные по PTC для многих модулей можно найти на сайтах: SolarHub, SolarReviews.

Так как цена модуля обычно зависит от его номинальной мощности, полезно сравнивать солнечные модули по соотношению мощностей PTC/STC. Хорошие модули имеют это отношение выше 88%. Если PTC/STC ниже 0,88, то мы бы советовали воздержаться от покупки такого модуля.

Анализ данный по мощности PTC показывает, что обычно (но далеко не всегда) поликристаллические модули имеют меньший коэффициент PTC/STC, чем монокристаллические. Это значит, что в жаркую погоду многие монокристаллические модули меньше теряют мощность и, соответственно, вырабатывают больше электроэнергии.

Также, результаты испытаний показывают, что брендовые модули в основном имеют лучший показатель PTC/STC. Отношение PTC/STC для некоторых модулей приведено в таблице ниже.

* Hangzhou Zhejiang University Sunny Energy Science & Technology – один из китайских производителей, выпускает модули под брендом Suntellite. Для тестирования PTC предоставляли модули с солнечными элементами JA Solar, чем объясняется высокий уровень PTC. На российском рынке представлен OEM поставщиком, какие элементы используются в модулях, импортируемых им в Россию – неизвестно. Но, учитывая низкую цену этих модулей, можно с большой долей вероятности говорить о том, что в импортируемых в РФ модулях ФСМ солнечные элементы JASolar не применяются.

Если это возможно, получите также информацию по эффективности работы не только отдельно солнечной батареи, но и системы в целом – включая контроллеры, инверторы и т.п.

Конечно, для условий России, проблема нагрева солнечных панелей стоит не так остро, как в Калифорнии. Однако модуль, который имеет лучшее отношение PTC/STC, наверняка будет иметь и более хорошие другие параметры.

При написании статьи были использованы материалы из следующих источников

Источник