Какой ток выдает солнечная панель

Какое напряжение у солнечных батарей?

Все знают, что солнечные батареи производят электричество из солнечного излучения. Но для многих встает вопрос, какое напряжение у солнечных батарей. Ведь мы все привыкли пользоваться электроприборами работающим на бытовом электричестве 220 Вольт переменного напряжения. А мелкие устройства как игрушки, телефоны и прочая электроника вообще работают на самых разнообразных аккумуляторных батарейках постоянного тока. Автомобили питаются от больших аккумуляторных батарей стандарта на 12 и 24 вольта тоже постоянного тока. Так какое напряжение у солнечных батарей, для каких устройств они подойдут, и можно ли их взять и подключить к электроприборам напрямую? Чтобы получить переменное напряжение необходимо вращение

электромагнитного поля, для изменения полярности напряжения, от отрицательного значения до положительного. Кроме того вращение электромагнитного поля дает плавное изменение напряжения, абсолютно без скачков, ступенек и резкого изменения полярности. Во всех остальных случаях получение электричества без преобразования будет постоянным положительным, т.е. выше значение напряжения будет выше нуля.

Так как в солнечных батареях нет никакого вращения и электронного преобразования, а солнечный свет, падающий на них в течение дня практически постоянен, облачность не в счет, то получаемое электричество от солнечных батарей будет с напряжением постоянного тока.

Какая величина напряжения в солнечных батареях?

Так как электроэнергию у нас хранят в аккумуляторах, а все аккумуляторы имеют постоянное напряжение. То солнечные батареи изготавливают с напряжением подходящим для заряда аккумуляторов, равным номинальному напряжению аккумуляторов, или немного выше – равным максимальному напряжению акб для лучшего заряда. К примеру, номинальное напряжение акб 12 вольт, максимально заряженный акб имеет напряжение 14 вольт. Солнечная батарея имеет номинальное напряжение также 12 вольт, а максимальное 14-17. Сделан запас по напряжению для заряда разных по типу аккумуляторов. Но напрямую подключать солнечные батареи к акб нельзя, можно испортить акб. Некоторые акб лучше заряжать напряжением в 16 вольт, а некоторые не выше 14,5 вольт, причем необходимо еще регулировать ток идущий от батарей его тоже необходимо регулировать, уменьшать в процессе заряда. Управлением и регулировкой тока и напряжения будет заниматься контроллер заряда. В нем используется специальная программа и аппаратная технология заряда, позволяющая не только правильно и эффективно заряжать акб, но и даже восстанавливать глубоко разряженные акб, в которых пошел процесс пагубной кристаллизации пластин – сульфатация. Также немного повышенное напряжение в солнечных батареях используется, чтобы при кратковременных перегреваниях света облаками, напряжение солнечных батарей не падало ниже номинальных 12 вольт, и заряд от акб не перетекал в солнечные батареи обратно. Во всех современных солнечных батареях установлены диоды, на выходе контура пластин, перекрывающие обратное течение тока от акб.

В соответствии со стандартами напряжения аккумуляторов, бытовые солнечные батареи выпускают на 5В, для малых аккумуляторов, и на 12 и 24 вольта для остальных аккумуляторных батарей.

Существуют нестандартные солнечные батареи напряжением от 36 до 90 вольт. За счет другого подключения пластин, в них увеличено напряжение, но уменьшен зарядный ток. Такие солнечные батареи предназначены для подключения большого количества солнечных батарей, к примеру, для промышленных систем. В некоторых случаях батареи подключают в последовательные цепочки для получения 220 вольт постоянного тока, чтобы потом без использования повышающего трансформатора преобразовать его в переменное напряжение. Что уменьшает и упрощает устройство преобразователя – инвертора. Для промышленных систем или электропитания жилых кварталов солнечные батареи могут при помощи последовательного и параллельного соединения объединять в системы на 600 или 800 Вольт. Высокое напряжение в таких случаях необходимо для уменьшения силы тока. Это позволяет использовать более тонкие и длинные провода, уменьшает расход металла на провода, и позволят передавать электричество на большое расстояние.

Также и в домашних системах часто используется повышенное номинальное напряжение солнечной электростанции на 48 или 96 вольт. В такой системе акб и солнечные батареи соединяются в последовательно параллельные цепочки.

Дополнительным плюсом повышенного напряжения в солнечных системах является меньшая чувствительность к изменению и уменьшению освещенности солнечных батарей в облачную погоду или при низом положении солнца утром или вечером.

Как правильно выбирать солнечные элементы и модули

Вы собрались купить солнечную батарею? В первую очередь, нужно обратить внимание на технические параметры солнечного модуля. Основные из них перечислены ниже. Также, нужно проверить качество изготовления и отсутствие визуальных дефектов на солнечных элементах, стекле, защитной пленке и раме солнечного модуля. Если вы можете различить качество пайки — то лучше покупать модули с пайкой роботом, а не ручной.

Обратите внимание на номинальную мощность, напряжения в точке максимальной мощности и при холостом ходе, токах в ТММ и при коротком замыкании. Важно также знать тип элемента, количество элементов в модуле, конструкцию модуля, его размеры и массу.

Как определить, какое напряжение у модулей?

Большинство солнечных модулей состоят из цепочек последовательно соединенных солнечных элементов. Исключение составляют тонкопленочные модули — в них напряжение зависит от технологического процесса производства. Мы дадим несколько советов, как определить, какое напряжение у солнечной панели и как его использовать при проектировании системы солнечного электроснабжения.

Различают несколько напряжений, которые указываются в параметрах солнечных панелей.

1. Напряжение в точке максимальной мощности (ТММ ). Правильно рассчитать солнечную батарею поможет напряжение при работе модуля с максимальной эффективностью, т.е. когда он выдает свою пиковую мощность при стандартных тестовых условиях (STC). Это напряжение указывается в спецификациях модулей и на шильдике. Нужно учитывать, что измерить напряжение ТММ не так просто. Более того, очень часто нагрузка или аккумуляторные батареи заставляют работать солнечный модуль при напряжении, отличном от напряжения ТММ (обычно на несколько вольт ниже).
   Номинальная мощность равна произведению напряжения в ТММ на ток в ТММ .
2. Напряжение холостого хода. Напряжение холостого хода измеряется на клеммах солнечной панели без нагрузки, т.е. когда ток равен нулю. Это напряжение указывается в спецификациях на солнечных модуль, а также на его шильдике. Напряжение холостого хода важно для определения максимально возможного напряжения, которое может выдавать модуль и солнечная батарея, собранная из нескольких модулей. Используя коэффициент температурной коррекции напряжения можно вычислить максимально возможное напряжение солнечного модуля при низкой температуре. Это напряжение не должно превышать максимально допустимого напряжения контроллера или инвертора.
3. Номинальное напряжение. Это напряжение используется для классификации и различения модулей. Этот параметр пришел к нам со времен, когда солнечные панели использовались только для заряда аккумуляторных батарей. Это напряжение сейчас не указывается в спецификациях и на шильдике солнечной панели. Параметр номинального напряжения был введен для облегчения подбора солнечных панелей к аккумуляторам. Например, 12В аккумуляторы нужно зарядать солнечной панелью с номинальным напряжением 12В, а 24В АБ — солнечной панелью с номинальным напряжением 24В.
   Здесь ситуация аналогичная напряжениям, указываемым для аккумуляторов. Как известно, для заряда АБ номинальным напряжением 12В нужно зарядное устройство с напряжением примерно до 15В. 12В солнечная панель должна выдавать такое напряжение при различной температуре.
   Поэтому, даже несмотря на то, что напряжение в ТММ солнечной панели равно 17В, она будет заряжать АБ при 14В, а инвертор питать при 10-15В, но все эти элементы будут иметь номинальное напряжение 12В. Таким образом, для потребителя облегчается задача подбора оборудования, совместимого друг с другом.
   Такой подход прекрасно работал до появления MPPT контроллеров и сетевых фотоэлектрических инверторов. Не все солнечные батареи теперь используются для заряда аккумуляторов, и даже для заряда АБ необязательно иметь СБ с номинальным напряжением 12В. Технология MPPT (поиска максимальной мощности солнечной батареи) позволяет «отвязать» напряжение СБ от номинальных напряжений инвертора и аккумулятора.
   Сетевые инверторы и MPPT контроллеры позволили производителям солнечных панелей ориентироваться на размер панелей и их мощность, а не на напряжение. Так появились модули, напряжение которых совершенно не связано с напряжениями на аккумуляторах.

Напряжение солнечной панели определяется количеством солнечных элементов, соединенных последовательно. Каждый солнечный элемент имеет рабочее напряжение немного более полувольта. В настоящее время есть модули с количеством элементов 36, 48, 54, 60, 72 и 96. Наиболее распространены модули с количеством элементов 36, 60 и 72. На 48, 54 и 96 элементов встречаются гораздо реже. В последние годы появились солнечные модули с половинными солнечными элементами, в таких модулях количество элементов обычно 120 и 144. Есть также модули с нарезанным и склеенными элементами, так называемые «чешуйчатые» (shingled). Подробно про новые солнечные элементы и технологии изготовления солнечных модулей в нашей отдельной статье «Современные солнечные элементы и модули«.

В 2020-2021 году определить напряжение модуля по количеству элементов стало сложнее. Даже если модуль имеет одинаковое количество солнечных элементов, они могут быть разного размера. Раньше стандартным размером был 125*125 мм, до 2021 года лет 10 наиболее распространенным размером элемента был 156*156 мм. Сейчас есть модули с размерами и 168, 182 и 211 мм. Из больших элементов обычно делают half-cut или даже tripple-cut ячейки. Количество элементов осталось таким же — 120 и 144, но токи и напряжения их сильно отличаются.

Параметр	Количество элементов в модуле
	36	48	60	72	96
Номинальное напряжение 1 , В	12	16	20	24	32
Напряжение в ТММ 2 , В	17-19	23-25	29-31	33-36	47-50
Напряжение холостого хода, В	21-22	29-30	37-39	42-45	57-60
Напряжение заряжаемых аккумуляторов 3 , В	12	24*	24

1 Номинальне напряжение сейчас условное, так как в большинстве случаев солнечные модули применяются с MPPT контроллерами и сетевыми инверторами. Также, PERC модули с 60 элементами уже вполне можно считать с номинальным напряжением 24В, а с 72 модулями для 24В уже не подойдут
2 ТММ — точка максимальной мощности
3 имеется ввиду возможность заряда при соединении к аккумулятору напрямую или через ШИМ контроллер. Остальные модули можно использовать для заряда аккумуляторов, но при обязательном наличии MPPT контроллера.

Температурная коррекция напряжения

Напряжение при возможных низких рабочих температурах модуля важно знать, для того, чтобы правильно подобрать солнечный контроллер или инвертор. Как известно, напряжение солнечной батареи растет при понижении температуры. Температурный коэффициент обычно указывается в спецификациях солнечного модуля.

На что обращать внимание при выборе солнечных модулей для вашей системы солнечного электроснабжения?

Цена против качества

Кроме того, что не все производители и солнечные модули одинаковы (это обсуждается в соответствующей статье, посвященной качеству солнечных элементов), есть еще ряд параметров и факторов, на которые следует обратить внимание при принятии решения о покупке и при выборе поставщика. Только лишь цена на модули не должна быть определяющим фактором.

Проблемы и ухудшение параметров солнечных модулей может быть вызвано следующими факторами:

• Качество солнечного элемента — его эффективность может быть разной. Это зависит от множества его параметров — шунтового и последовательного сопротивлений, шумовых токов, обратного сопротивления и т.д. Многое зависит от качества производства солнечного элемента и качества применяемых при его производстве материалов и оборудования. Известны проблемы практически на каждом этапе производства элемента — начиная от качества применённого кремния, до качества применяемых контактных паст и припоя. Мы в данной статье не будем рассматривать эти проблемы, это предмет для отдельной большой статьи.
• Качество пайки солнечных элементов. При некачественной пайке возможен локальный перегрев контакта и его прогорание. Лучше выбирать модули, в которых элементы спаяны роботом — в них разброс качества пайки будет минимальным
• Качество EVA пленки, которая расположена между элементами и стеклом. Старение кристаллических солнечных модулей в основном связано со старением и помутнением этой пленки. Некачественная пленка может начать мутнеть и разрушаться уже через несколько лет. Хорошая пленка будет служить 30 и более лет, при этом ее помутнение (и, следовательно, потеря мощности модулем) не будет превышать 25-30%
• Качество герметизации модуля и качество задней защитной пленки. Задняя пленка защищает модуль от попадания влаги. В любом модуле происходит диффузия влаги через пленку. Если качество пленки хорошее, то вся влага, которая попадает внутрь модуля, при его нагревании на солнце, выводится наружу. Если же пленка некачественная, то влаги попадает больше, чем может выйти при нагреве, остаточная влага накапливается внутри модуля и разрушает контакты и контактную сетку элементов. Это приводит к преждевременному выходу модуля из строя. В последнее время появились солнечные модули с двойным стеклом, т.е. вместо задней защитной пленки применено стекло. Такие модули имеют ряд преимуществ. Подробнее об этих модулях можете прочитать в статье про DoubleGlass модули.
• Качество алюминиевой рамы. Здесь все понятно: некачественное анодирование может приводить к окислению рамки и ее коррозии. К счастью, этот дефект больше визуальный и вряд ли приводит к преждевременному выходу модуля из строя. Хотя, в некоторых случаях (например, при установке модулей на мачтах, где возможны сильные ветровые нагрузки или там, где среда агрессивная) ускоренная коррозия металла может приводить к его разрушению под нагрузками.

Толеранс

Под толерансом подразумевается отклонение реальной мощности модуля от паспортной. Толеранс может быть как положительным, так и отрицательным. Например, модуль c паспортной мощностью 200 Вт может иметь мощность 195Вт; это будет означать, что данный модуль имеет отрицательный толеранс. Положительный толеранс означает, что солнечная панель не только гарантированно будет иметь при стандартных тестовых условиях выходную мощность 200Вт, но и даже больше. Про важность этого параметра читайте в наших «8 Правилах по выбору солнечной батареи»

Температурный коэффициент

Температурный коэффициент отражает, какое влияние на выходные ток и напряжение модуля будет иметь повышение или понижение температуры модуля. Как известно, напряжение и мощность модуля при повышении температуры уменьшаются, а ток повышается. Чем меньше температурный коэффициент изменения мощности, тем лучше. Коэффициент измеряется в % на °C

Сравнение температурных коэффициентов мощности для различных типов солнечных элементов

поликристаллические элементы — 0.39 … 0.43 % /°C

монокристаллические элементы — 0.35 … 0.40 % /°C

монокристаллические IBC cells — 0.28 … 0.31 % /°C

монокристаллические HJT элементы — 0.25 … 0.27 % /°C

Обычно температура солнечного модуля на 20-30°C выше температуры окружающего воздуха. При этом в среднем солнечные модули теряют 8-12% мощности из-за нагрева. Температура солнечного модуля может достигать 80°C, если он смонтирован на темной крыше, а температура воздуха более +40°C и нет ветра.

Эффективность преобразования солнечного света

C этим понятно — чем больше КПД, тем меньшая площадь модулей потребуется для генерации одинаковой мощности и энергии.

Срок службы и гарантии

Заявленный срок службы солнечной панели важен по нескольким причинам. Он может отражать уверенность производителя в качестве произведенной продукции. Солидные производители имеют гарантию 25 лет на 80-90% мощности модуля, а также 5 и более лет на механические повреждения.

Однако, нужно учитывать, что гарантия действует до тех пор, пока существует производитель или импортер. Здесь уже «как карта ляжет» — в последние годы из солнечного бизнеса ушли компании, которые, казалось, будут в нем еще очень долго. Но тем не менее, общее правило остается — покупайте у продавцов и производителей, которые давно на рынке и устойчиво «плывут» в бурном потоке рынка. Важно правильно выбрать продавца или установщика, которые обеспечат вам правильный выбор и режимы работы вашей системы солнечного электроснабжения.

Размеры и мощность

Стоимость модуля зависит от его мощности прямо пропорционально. Однако, чем больше единичная мощность модуля, тем меньше будет его стоимость за ватт. Поэтому, если вам нужна определенная мощность, то лучше ее набрать большими модулями, чем маленькими — это будет и дешевле, и надежнее, т.к. у вас будет меньше соединений.

Тип солнечных элементов, примененных в модуле, также определяет его размер. Размер модуля также определяется размерами примененных солнечных элементов (см. подробнее про размеры СЭ).

Сначала посчитайте, какая мощность вам нужна для снабжения энергией вашей нагрузки, потом посмотрите, хватит ли вам места для размещения такого количества модулей. Может потребоваться выбрать более дорогие, но более эффективные модули, для того, чтобы обеспечить все ваши потребности в энергии. Не забывайте, кстати, что перед проектированием системы солнечного электроснабжения нужно принять все возможные меры по энергосбережению (об этом уже писалось на других страницах нашего сайта).

Пиковая мощность всех модулей измерена при стандартных тестовых условиях:
Масса воздуха AM=1.5, радиация E=1000 Вт/м 2 и температура фотоэлектрического элемента T_c=25°C. Такие условия при реальной работе модулей не существуют — модули нагреваются обычно до 40-60 градусов, освещенность почти всегда ниже 1000 Вт/м 2 (исключение составляют морозные ясные дни). Поэтому многие производители также дают характеристики модулей при NOCT (normal operation conditions) — обычно для температуры модуля 45-47С и освещенности 800 Вт/м 2 , при этом выработка модулей примерно на 25-30% ниже пиковой. В морозный ясный день выработка модулей может доходить до 125% от пиковой. Подробнее про тестовые условия читайте в статье «Что такое STC, NOCT и PTC?»

Тип солнечных элементов — монокристаллические, поликристаллические, аморфные и др.

Анализ результатов тестирования сотен модулей показывает, что модуль хорош не тот, который моно или поли, а тот, который сделан качественно. Результаты тестирования модулей по PTC (которые ближе к реальным условиям эксплуатации модулей) показывают, что некоторые монокристаллические лучше, чем некоторые поликристаллические, а некоторые поликристаллические лучше чем некоторые монокристаллические. Этот факт также подтверждают многочисленные результаты сравнений модулей конечными пользователями — можно найти как «доказательства» преимуществ моно перед поли, так и преимуществ поли перед моно. Однако большинство монокристаллических модулей немного лучше работают при нагреве — это подтверждает анализ большого количества данных по PTC мощности солнечных модулей различных производителей. Для иллюстрации этого факта мы провели сравнили мощности монокристаллических и поликристаллических модулей одних и тех же производителей (см. таблицу).

Что является фактами, так это следующее:

1. Монокристаллические модули обычно имеют бОльший КПД при STC, т.е. можно получить больше мощности с единицы площади солнечной батареи при ярком солнце.
2. Монокристаллические модули имеют меньшую деградацию со временем.
3. Монокристаллические модули дороже за ватт.
4. На эффективность стандартных модулей в общем случае влияет количество токосъемных шин. Чем их больше, тем лучше работают солнечные элементы. Солнечные элементы с 3 и 4 шинами (busbars) постепенно вытеснены элементами с 5 шинами, а в последнее время появились модули и с 9 и более шинами (и большего размера). Эффективность их выше, чем у элементов с 3 или 4 шинами, но сравнивать при этом нужно элементы производителей одинакового уровня. Хороший (брендовый, Tier1) производитель уже не делает модули с количеством шин меньше 5BB. Большие солнечные элементы с размером более M10 имеют 9-12-18 и даже более токосъемных шин.
5. Солнечные элементы, изготовленные по новой технологии (PERC , гетероструктурные и др.) имеют КПД примерно на 10-15% выше. Т.е. в размере стандартного 250-260Вт модуля размером примерно 1,6*1 м можно получить до 360-380Вт. Такие модули выпускают сейчас многие производители — см. наш Интернет-магазин для более подробной информации по характеристикам и ценам.

Так что еще раз повторим — если хотите получить модули с прогнозируемыми параметрами — покупайте брендовые, с указанием реального производителя. Этот производитель должен быть в списке протестированных независимыми лабораториями или рекомендован независимыми агентствами. Мы уже давали ссылки на статью в журнале PV magazine со списком рекомендованных китайским правительством производителей для фотоэлектрических проектов в Китае (на 2014 год). Вот более новые ссылки — тесты калифорнийского агентства California Energy Commission, где приведены данные по большому количеству протестированных независимыми лабораториями модулей. В Европе также проводятся независимые тестирования солнечных панелей. Самая известная лаборатория — TUV — также имеет базу данных солнечных панелей различных производителей, поищите предлагаемый вам модуль в этой базе.

Если в этих списках есть производитель предлагаемых вам модулей — это уже хорошо. Вы можете получить по ним данные независимымых измерений, а не только заявленные продавцами или производителями параметры. Мелкие, «коленочные» производители обычно не попадают в такие списки. Модулей ФСМ и многих прочих продаваемых в России под собственными брендами китайских модулей, как вы можете догадаться, там нет. К сожалению, нет там и производимых в России модулей — для зрелых рынков США и Европы российская продукция не представляет интереса. Поэтому, определить реальные параметры российских солнечных модулей пока нет возможности.

Что можно запитать от 100Вт солнечной панели Комментировать

Что может работать от одной 100Вт солнечной панели? Этот вопрос мы часто слышим от новичков в мире солнечной энергетики и от тех, кто только собирается в неё погрузиться.
Обычно, когда мы проектируем солнечную электростанцию, то мы начинаем со списка электроприборов, которые должны работать от солнечной электростанции, т.е. составляем список нагрузок. Исходя из этого подбирается количество и мощность солнечных панелей, а также сопутствующее оборудование. Сейчас мы будем действовать от обратного. Посмотрим что мы сможем запитать от одной солнечной панели мощностью 100 ватт.

“100Вт” ≠ 100Вт

Когда мы говорим, что солнечная панель имеет мощность 100Вт, то такую мощность она выдаёт при интенсивности солнечного излучения 1000Вт/м². Обычно такая интенсивность бывает летом в ясную погоду, когда солнце находится в зените. Естественно, производители не бегают каждый раз на улицу с солнечной панелью, они тестируют их мощность при определённых лабораторных условиях – STC (Standart Test Conditions) или так называемых “стандартных тестовых условиях”. Эти условия следующие:

• интенсивность солнечного излучения 1000 Вт/м²
• температура воздуха 25°С
• солнечные лучи падают перпендикулярно на солнечную панель
• скорость ветра равна нулю
• масса воздуха 1.5
• некоторые другие критерии

Таким образом, реальная выходная мощность солнечных панелей может варьироваться в зависимости внешних погодных условий. При расчётах обычно мы занижаем мощность солнечных панелей, основываясь на разнице между лабораторными испытаниями и вашей реальной установкой.
Если 12В солнечная панель имеет мощность 100Вт, то имеется ввиду мгновенная мощность. Если проведём измерения при условиях STC, то мы должны получить выходное напряжение

18В и ток 5.55А. Мощность – это произведение напряжения на ток (P=V*I), поэтому 18В·5.55А = 100Вт.

Здесь даже можно провести небольшую аналогию с автомобилем, мощность – это как скорость автомобиля. Если автомобиль едет с постоянной скоростью 100км/ч, то за 1 час он проедет 100км. Тоже самое с солнечной панелью. Чтобы определить какое количество энергии будет произведено за определённое время, нужно количество ватт умножить на количество часов. Например, за 1 час будет сгенерирован 100Вт x 1ч = 100ватт·часов = 100Вт·ч .

Если рассмотреть всё это на конкретной солнечной панели, то можно взять солнечную панель Delta SM 100-12P оптимальное рабочее напряжение 18.1В (Ump) и оптимальный рабочий ток 5.52А. 18.1В х 5.52А = 99.91Вт (100Вт) .

Что можно записать от 100Вт солнечной панели?

Теперь нам нужно выяснить, сколько часов нужно подставлять в уравнение, чтобы определить, сколько энергии будет генерироваться солнечной панелью за день. А сколько часов реального солнечного излучения равносильно стандартным тестовым условиям? Как мы отметили выше, интенсивность солнечного излучения близка или идентичная тестовым, в полдень, когда солнце находится в зените, т.е в период 12.00-13.00.

Сколько часов солнечная панель будет подвергаться солнечному излучению в течение дня?

Интенсивность солнечного излучения в течение дня

Количество часов солнечного света, равное полудню, называется инсоляцией или эффективным солнечным часом (ESH, Effective Solar Hours).
Вы прекрасно знаете, что несмотря на то, что солнце встаёт в 8 утра, оно не такое яркое как в полдень. Поэтому, если продолжительность солнечного дня составляет 10-12 часов, то нельзя просто умножить 100Вт х 10часов (или на 12). Так, между 8 и 9 утра интенсивность солнца приблизительно наполовину меньше, чем в полдень. Поэтому 1 утренний час приблизительной равен половине эффективного солнечного часа. Кроме того, зимой световой день значительно короче чем летом, еще и интенсивность излучения слабее – т.е. количество эффективных солнечных часов в течение года сильно варьируется.

Влияние местоположения на выработку энергии

Ваше местоположение также определяет количество эффективных солнечных часов. Например, для Казани количество эффективных солнечных часов составляет 3.5ч, для Москвы 3ч., для Краснодара 3.7ч – это усреднённые значения в день в течение года по данным с сайта NREL PVWatts Calculator.

Расчёт в PVWatts Calculator для Казани

Учитываем использование в течение года

Возвращаясь к рассматриваемому вопросу о том, что можно запитать от 100Вт панели, теперь нужно рассмотреть будут ли вы её использовать круглый год или только в определённый период, например, в период весна-осень. Если вы хотите использовать в течение всего года, то нужно рассмотреть самый худший вариант, т.е. самый худший месяц в году с точки зрения солнечной энергетики.

Для этого можно воспользоваться еще один полезным сервисом, он чем-то похож на NREL PVWatts Calculator, но здесь сразу отображается оптимальный угол наклона солнечных панелей для вашего местоположения. Данный сервис полностью на английском языке, но там всё интуитивно понятно и можно самостоятельно разобраться что к чему за пару минут.

Для начала из выпадающего списка нужно выбрать страну (Russian Federation), затем город (Kazan’) и потом направление солнечных панелей, в нашем случае выбираем юг (Facing directly South).

Выбираем страну, город, направление

Далее система предлагает выбрать угол наклона солнечной панели среди нескольких предложенных вариантов:

• Вертикальная поверхность
• Оптимальный среднегодовой угол
• Изменение угла наклона в течение года
• Максимальная зимняя выработка
• Максимальная летняя выработка
• Плоская поверхность

Поскольку мы размещаем одну 100Вт панель, то давайте разместим её под “зимним” углом. Для Казани самый худший месяц году – это декабрь, в котором в среднем за день только 1.41 эффективных солнечных часа. Получается в декабре за один день 100Вт будет вырабатывать 141Вт·ч. Только нужно помнить, что это усреднённое значение для всего месяца, поэтому в какие-то дни выработка будет больше, в какие меньше, а в какие-то может даже будет близко к этому значению, но не каждый день. В среднем, если мы просуммируем выработку за все дни в декабре и разделим на количество дней, то получим значение близкое к 141Вт·ч.

Учитываем потери

Ничто в реально работающей системе не обходится без потерь, поэтому нужно учитывать падение напряжения на проводах, пыль и грязь на поверхности солнечных панелей, потери на контроллере заряда и прочее. Поэтому мы умножим 141Вт·ч х 0,7 = 98.7Вт·ч (30% фактор потерь). Это всё равно, что потерять 1/3 вырабытываемой мощности, но это реальность и от нёё никуда не деться. В итоге в декабре мы получили прибл. 100Вт·ч/день. Что теперь можно сделать с этой мощностью?

Подбираем контроллер заряда и аккумулятора для хранения энергии

Для начала, вырабатываемую энергию нужно где-то хранить, чтобы можно было использовать её позже, когда она понадобится. Для хранения используется аккумуляторная батарея. Перед этим нам нужен контроллер заряда, который регулирует процесс подачей энергии в аккумуляторную батарею глубокого разряда, которую можно заряжать и разряжать на регулярной основе. В качестве контроллера заряда идеально подойдёт EPSOLAR 1012LS – это простой, но надёжный ШИМ-контроллер заряда с номинальным напряжением 12В и и максимальным током заряда до 10А.

Какой ёмкости аккумулятор нужно использовать? Итак у нас есть 100Вт·ч которыми мы заряжаем 12В аккумулятор. Поскольку ватты делённые на вольты равны амперам, то получаем 100Вт·ч : 12В

8А·ч . Несмотря на то, что используем аккумуляторы глубокого разряда, они всё равно не любят разряда более чем на 50% (самый оптимальный вариант – это разряд не более чем на треть). Тогда оптимальный вариант аккумулятора для зимнего времени 8А·ч х 2 = 16А·ч.
Количество энергии, которую может хранить аккумулятор меняется в зависимости от температуры. Так, запасённая энергия при 0°С на 15% меньше, чем при 20°С, поэтому умножаем 16А·ч х 1.15 = 18.4 А·ч .

Подбираем инвертор

Далее нам нужно использовать инвертор, для преобразования постоянного напряжения от аккумулятора в привычные нам 220В. Оптимальный вариант для маленьких система это компактный 300Вт инвертор ИС2-12-300. Возьмём коэффициент потерь на преобразование 5%. Тогда 18.4 А·ч / 0.95 = 19.4 А·ч ., округлим полученное значение до 19А·ч.

Рассчитываем время автономной работы

Солнце светит не каждый день, поэтому нам нужно учитывать пасмурные дни, дождь снег. Нам нужно для себя рассчитать в течение какого количество дней без солнца мы хотели бы иметь запас энергии. Это называется днями автономии. Скажем так, нам нужно 2 дня автономии, тогда 19А·ч. х 2 = 38А·ч, получается, совместно с 100Вт солнечной панелью мы должны использовать аккумулятор ёмкостью

40А·ч. Можно чуть больше, можно чуть меньше.

Хорошим выбором является аккумулятор Delta GEL 12-33 – гелевый аккумулятор ёмкостью 33А·ч, оснащён цифровым индикатором напряжения, уровня заряда, а также количества отработанных дней. Под крышкой аккумулятора имеются дополнительный контейнеры со специализированным раствором, долив которого позволяет продлить срок службы батареи на 15-30%. Также не плохим выбором будет AGM аккумулятор ВОСТОК СК-1233 ёмкостью также 33А·ч.

Теперь мы можем подумать, что делать с вырабатываемой и запасённой мощностью. Итак, зимой у нас есть 100Вт*ч запасённой мощности. Их хватило бы на:

• На питание 4-х LED ламп мощностью 5 Вт в течение в часов, или
• На 2 часа работы ноутбука со средним потреблением 50Вт*ч, или
• На просмотр в течение

Это всё мы рассчитали для самого “плохого” зимнего месяца, в летнее время выработка энергии будет гораздо больше и соответственно, нужно будет использовать более ёмкий аккумулятор.

Думаем алгоритм расчёта вам понятен и при необходимости вы сможете самостоятельно рассчитать выработку энергии как с другим номиналом солнечной панели, так и для другого времени года.

Добавить комментарий Отменить ответ

Добро пожаловать в блог

Вы попали в блог компании REENERGO. Здесь мы стараемся регулярно публиковать полезные и интересные новости и статьи из области альтернативной энергетики.

Как правильно рассчитать инвертор для солнечных батарей

Выбор инвертора должен начинаться с определения типа солнечной фотоэлектрической установки: сетевая, автономная, гибридная. Каждая из перечисленных систем имеет свои особенности, под которые подходит только специальный инвертор.

Следующий этап — это определение мощности солнечных батарей, место и способ их установки. Очень важным фактором при выборе инвертора является несоответствие тока солнечных панелей связанное с:

• установкой части солнечных батарей под другим углом;
• установкой солнечных батарей на различных площадках с разной ориентацией на юг;
• проблемой периодического (дневного) затенения панелей;

Все эти факторы влияют на выбор конкретной модели инвертора, например, инвертора с двумя контроллерами MPPT или несколько отдельных инверторов в установке.

Мощность инвертора и солнечных батарей

Номинальная мощность на стороне переменного тока AC определяет максимальную мощность потребителей, которые могут быть подключены к инвертору, или максимальный объем энергии, который может быть подключен к сети. Этот параметр всегда указывается в техническом паспорте. Инвертор для оптимальной эффективности должен работать как можно ближе к номинальной мощности. Эффективность преобразования может составлять до 98% в зависимости от модели. Если мощность генерируемого тока от солнечных батарей падает, например, в пасмурный день, когда солнечная интенсивность не превышает 200 Вт/м², эффективность инвертора резко падает.

Мощность по постоянному току DC, как правило не фиксированная и определяется на основании выходной мощности. Оптимальный диапазон мощности солнечных батарей составляет от 80 до 120% от номинальной выходной мощности инвертора. Производители инверторов обычно рекомендуют немного «перегружать» инвертор по стороне постоянного тока, поскольку мощность солнечных батарей всегда задается для условий STC, которые редко достигаются на практике. Энергия порядка 1000 Вт/м² в течение всего года составляет всего от нескольких дней до нескольких часов, что составляет всего 1-2% от общего времени солнечного излучения. В оставшееся время мощность солнечного излучения не превышает 800-900 Вт/м². Это означает, что 98% времени солнечные батареи работают максимум на 80-90% от их мощности.

Кроме того, мощность солнечных батарей падает со временем эксплуатации, это связано с эффектом деградации кремниевых фотоэлементов. Этот процесс идет довольно медленно, но уже в первый год работы производительность падает в среднем на 1-2 процента. Из этого следует, что солнечные батареи никогда не достигают номинальной мощности для условий STC, предоставляемой заводом-изготовителем.

Технические характеристики инвертора — общие данные

Технические характеристики инвертора — выходные данные

Технические характеристики инвертора — входные данные ( для примера расчетов выбираем инвертор Fronius SYMO 10.0-3-M)

Технические характеристики инвертора

Рабочий диапазон инвертора расположен между значениями напряжения старта U_{dc start} и максимальным напряжением U_{dc max}. Как только напряжение постоянного тока со стороны солнечных батарей достигает значения U_{dc start}, преобразователь активируется и начинает поиск точки максимальной мощности MPP. Если эта точка находится между U_{dc min} и U_{dc start}, инвертор запустится и начнет работать. Пока напряжение не превышает минимальное значение диапазона MPPT U_{mpp min} – U_{mpp max}, инвертор работает с неполной мощностью. Наивысшая эффективность преобразователя достигается с напряжением V_nom, так что конфигурация цепей солнечных батарей должна выдавать напряжение, близкое к U_nom инвертора.

График работы инвертора солнечной электростанции

Соответствие мощности солнечных батарей

Каждый инвертор имеет диапазон напряжения MPPT, указанный в техническом паспорте. Это параметр определяет, при каком напряжении на входе постоянного тока инвертора будет обнаружена максимальная точка мощности алгоритмом MPP. Другим важным параметром, является минимальное напряжение переключения инвертора. Это значение напряжения PV-модулей, при которых инвертор запускается и начинает генерировать энергию. В нашем случае (таблица выше) диапазон MPPT составляет 200-800 В, а минимальное напряжение — 200 В.

Оба указанных значения определяют структуру подключения солнечных батарей в стринг (цепь), их количество и способ соединения (последовательный, параллельный, параллельный-последовательный). Каждая панель в стринге генерирует определенное напряжение и ток в зависимости от мгновенного освещения и соответствует вольт-амперной характеристике. Солнечные батареи, подключенные друг к другу, в зависимости от схемы (последовательно, параллельно), добавляют напряжение или ток. В любом случае эта сумма не может превышать допустимых значений для выбранной модели инвертора на стороне постоянного тока.

Для примера рассмотрим, как рассчитывается количество панелей в стинг в соответствии с техническими параметрами инвертора. Для расчетов выбираем панели с мощностью 270 Вт, от компании LG с характеристиками ниже.

Технические характеристики солнечной батареи

Среди этих параметров наиболее важным для нас будет:

• максимальная мощность — P_mpp [Вт];
• допуск мощности — ± DP_mpp [%] (Power tolerance);
• напряжение холостого хода — U_ос [В];
• ток короткого замыкания — I_sc [A];
• напряжение при максимальной мощности — U_mpp [В];
• ток при максимальной мощности — I_mpp [A];
• рабочая температура модуля в номинальных условиях — NOCT [° C] (обычно около 43 ÷ 48 ° C);
• температурные коэффициенты для: I_sc, U_oc, P_mpp, — α_T, β_T, γ_T [%/°C].

Температурные коэффициенты позволяют рассчитать напряжение и мощность, генерируемые солнечной панелью в граничных условиях, с постоянным значением солнечной радиации. В Украине панели могут работать в температурном диапазоне от -25 до + 70 °C поэтому для таких граничных условий проводятся расчеты.

Максимальный ток в цепи

Ток, генерируемый солнечными батареями, зависит от типа соединения. В последовательном соединении сила тока равна значению самого слабого звена в стринге, например, частично затенённой панели. При параллельном соединении ток равен сумме токов от отдельных панелей. Значение тока также зависит от температуры, чем она выше, тем выше генерируемый ток. Изменение интенсивности тока в зависимости от температуры определяется коэффициентом I_sc панели (в нашем случае 0,04 %/K).

Максимальный ток, который может генерировать одна панель, можно рассчитать по формуле:

• Isc _(Tr) — значение тока солнечной батареи при 70 ° C;
• I_sc — значение тока в условиях STC, указанное в характеристике модуля (9,17 А);
• T_r — максимальная температура (70 °C);
• α_T — температурный коэффициент Isc (0,04 %/K).

I_{sc (Tr)} = 9,17 · (1 + (70-25) · 0,04 / 100) = 9,33 [A]

Из расчетов видно, что для инвертора SYMO 10.0-3-M мощностью 10 кВт на первый вход трекера MPP не рекомендуется устанавливать боле 2-х параллельно соединённых солнечных батарей, а на второй возможно только последовательное соединение. Поскольку при параллельной обвязке токи суммируются. Сумма токов от трёх панелей (3 · 9,33 = 27,99 А) будет превышать максимальное значение в 27А (I dc max₁) для первого входа, а сумма токов от двух панелей в параллель (2 · 9,33 = 18,66) выше 16,5 А (I dc max₂) для второго входа MPPT.

Максимальное напряжение в цепи

В отличии от тока напряжение, выдаваемое солнечной батареей, увеличивается при падении температуры панели. Расчеты проводят для граничной температуры батареи равной -25 ° C. Теоретически более высокие напряжения будут иметь место при дальнейшем падении температуры, однако на практике зимой практически невозможно получить температуру на солнечном модуле менее чем -25 ° C в условиях необходимой освещенности для начала генерации энергии. При расчете максимального напряжения учитываются напряжение холостого хода температурный коэффициент β_T.

Значение максимального напряжения рассчитывается по формуле:

• Uoc (Tr) — значение напряжения при температуре — 25 °C;
• U_oc — напряжение холостого хода (38,5 В);
• Tr — минимальная рабочая температура (-25 °C);
• β_T — температурный коэффициент модуля (-0,31%/K).

Uoc (Tr) = 38,5 · (1 + (-25 — 25) · (-0,31 / 100) ) = 44,46 [В]

Основываясь на этом значении, мы можем подсчитать количество модулей в стринге, соединенные последовательно.

где: U_{DC max} — максимально допустимое значение напряжения на входе преобразователя.

N_max ≤ 1000 / 44,46 = 22,49

Округляя до целого числа в меньшую сторону, получаем, что в один стринг можно установить до 22 солнечных батарей.

Расчет минимального количества модулей в цепи с учётом допустимого пускового напряжения инвертора

Каждый инвертор имеет минимальное напряжение на входе, в нашем случае это 200 В.

Минимальное входное напряжение инвертора Fronius SYMO 10 кВт

В свою очередь, модули достигают минимального рабочего напряжения при граничной температуре 70 ° C. Поэтому минимальное количество панелей в стринге рассчитывается для этой температуры, округляя значение вверх. В этом случае используются формулы:

• Uoc (Tmax) — напряжение при максимальной температуре 70 ° C;
• U_oc — напряжение холостого хода (38,5 В);
• T_max — максимальная рабочая температура (70 ° C);
• β_T — температурный коэффициент модуля (-0,31 %/K);
• Nmin — минимальное количество солнечных батарей;
• U_dcstart — Подаваемое начальное напряжение (200 В).

U_{oc (Tmax)} = 38,5· (1 + (70 — 25) · (-0,31 / 100)) =33,13 [Вт]

N_min ≥ 200 / 33,13 = 6,04

Принимаем ближайшее целое значение в большую сторону, таким образом рекомендуется устанавливать последовательно не менее 7 модулей в один стринг.

Определение допустимого количества модулей в цепи с учётом MPP трекера инвертора

Инвертор имеет оптимальный диапазон напряжения для работы MPP трекера. В нашем случае этот диапазон в пределах: 200-800 В.

Диапазон напряжения для работы MPP трекера инвертора Fronius SYMO 10 кВт

При определении количества модулей, подключенных к одному входу MPP, необходимо определить количество панелей, при котором вся цепь будет генерировать напряжение в рабочем диапазоне MPPT при определенных условиях. В этом случае подсчитывается максимальное и минимальное напряжение солнечной батареи для условий MPPT, при этом максимальное значение напряжения подсчитывается при -25 ° C и минимальное значение при +70 ° C. На основе этих значений рассчитывается оптимальное количество панелей по формуле:

• Umpp (Tmax) — напряжение солнечной батареи при 70 ° C;
• Umpp _(stc) — оптимальное напряжение MPPT (31,5 В);
• T_max — максимальная рабочая температура (70 ° C);
• β_T — индекс температуры модуля (-0,31%/K);
• N_min — минимальное количество модулей в стринге;
• Udc _min — минимальное значение MPPT инвертора (200 В);

U_{MPP (Tmax)} = 31,5 · (1 + (70 — 25) · (-0,31 / 100)) = 27,1 [В]

N_min · U_MPP(Tmax) ≥ 200

N_min ≥ 200 / 27,1 = 7,38

Полученный результат округляем до ближайшего большего значения. Таком образом рекомендуется устанавливать не менее 8 модулей в стринг для оптимальной работы MPPT инвертора.

Проверка суммарного количества солнечных модулей с учетом номинальной мощности инвертора

Обычно производители рекомендуют подключать к инвертору солнечные батареи суммарной мощности в соотношении 0,8-1,2 к номинальной выходной мощности инвертора для оптимальной работы преобразователя. В нашем случае инвертор имеет номинальную выходную мощность P _ac,r = 10 000 Вт. Таким образом оптимальное значение суммарной мощности солнечных батарей находится в диапазоне 8 000 – 12 000 Вт.

Иногда производители допускают и большее количество солнечных панелей с соотношением до 1,6. Такое подключение может быть оправдано в случае подключения цепей панелей с разным ориентированием относительно юга, наличием участков с затенением и/или в регионах с низкой солнечной интенсивностью. Проектируя систему с таким перегрузом, следует убедится, что производитель допускает такой вариант и что инвертор не потеряет гарантию при таком виде монтажа.

Рассчитаем количество модулей согласно рекомендуемому диапазону:

где: P _ac,r — номинальная мощность инвертора (10 000 Вт).

Полученные значения округляем до ближайшего целого числа в большую сторону для минимального значения, и в меньшую сторону для максимального значения:

10 000 · 0,8 / 270 ≤ N _{sum gen} ≤ 10 000 · 1,2 / 270

30 ≤ N _{sum gen} ≤ 44

Таким образом оптимальное количество солнечных батарей должно быть в диапазоне от 30 до 44 шт.

Согласно расчетам, к инвертору 10 кВт SYMO 10.0-3-M рекомендуется подключать от 30 до 44 солнечных батарей LG 270S1C-B3. При этом в одном стринге должно быть от 8 до 22 панелей подключенных последовательно. На один из входов MPP возможно параллельное подключение панелей не более чем в 2 ряда.