станциюОсобенности и принцип работы солнечной панели
При диалогах о солнечной энергетике, когда произносят слово «мощность» необходимо разделять это понятие на номинальную мощность инвертора, суммарную мощность нагрузок и установленную мощность. Для того чтобы обеспечить питание нагрузок от солнечных панелей, необходимо чтобы их суммарная мощность не превышала номинальную мощность инвертора, а мощность солнечных панелей смогла бы сгенерировать необходимое количество энергии. Суммарная мощность солнечных панелей называется УСТАНОВЛЕННОЙ мощностью.
В широком смысле не имеет значения, каким номиналом солнечных панелей достигается необходимая установленная мощность, при пересчете в единицы руб./Вт будем иметь приблизительно одинаковое значение.
Различают четыре типа ячеек солнечных панелей по структуре кремния.
- Монокристаллические;
- Поликристаллические;
- Геретоструктурные;
- Аморфные.
Монокристаллические – ячейка состоит из однородного кристалла кремния, имеет равномерный темный оттенок.
Поликристаллические – ячейки, состоящие из фрагментов кристаллов кремния спрессованных в листы. Имеют неоднородный и более светлый оттенок.
Гетероструктурные – ячейки с утолщенным слоем кремния, имеющие дополнительные поверхности для приема фотонов.
Аморфные – гибкие ячейки лучшим образом генерирующие рассеянный солнечный свет, в том числе закрытый облаками или затененный объектами.
Конструктивно панели состоят из: корпуса, представляющего из себя анодированный алюминиевый профиль. Фронтальное стекло толщиной 3,2 мм закаленное шлифованное и линзованное со стороны кремниевых пластин. Токопроводящая сеть наносится поверх кремниевых пластин под стекло. Обратная сторона панелей – прочная EVA – пленка, она же служит основанием для кремниевых ячеек и не дает проходить солнечному свету насквозь. С обратной стороны смонтирована распаечная коробка с шунтирующими диодами, выходы проводов. Конструкция по контуру залита герметиком.
Характеристики солнечных панелей прописаны на шильдике с обратной стороны в порядке их значимости. Для проектирования следует уделить внимание каждому из них, так при установке в различных системах можно столкнуться с ограничениями по входным характеристикам солнечного контроллера, так и использованию панелей в одной системе.
Рис 6. Шильдик солнечной панели
КПД солнечных панелей варьируется от 12 до 25 %.
Ячейки в свою очередь делятся по грейдам. Наивысший класс ячеек grade A означает, что ячейка выполнена из однородного равномерно выращенного из цельного кристалла кремния по всей своей поверхности генерация будет одинакова.
Ячейки имеют идеальный внешний вид, отсутствуют визуальные расхождения между ячейками, влияющие на их работу. Дальнейшие грейды B, C, D отличаются в худшую сторону. Чем ниже грейд, тем хуже ячейка, тем ниже её производительность панели и, соответственно ее цена.
Технологии изготовления солнечных модулей имеют ряд особенностей, призванных повысить КПД солнечного модуля. Вот некоторые из них:
Технология «Half-Sell» - ячейка стандартных размеров поделена на 2 равные части, тем самым путь прохождения тока по поверхности ячейки сократился в 2 раза. Технология снижает вероятность возникновения локальных перегревов, так называемых «Hot-Shot».
Технология Тwin-power – токопроводящая сеть панели разделена на 2 параллельных контура (панель визуально разделена пополам), тем самым имея затенение половины панели, вторая половина остается работать. Технология имеет успех в снежных регионах, где возникает вероятность засыпки нижней части панели снегом.
Технология PERC – наличие дополнительного слоя диэлектрика на задней части панели для отражения света, который проходит панель насквозь, обратно в тело модуля для увеличения генерации.
ВВ – скорее показатель, чем технология. Число токопроводящих нитей на одной ячейке. Как правило, их 5, 7 или 9. Также они различаются толщиной. В более ранних ячейках проводящий элемент представляет собой полосу, в современных ячейках это нить, наименьшим образом закрывающая площадь кремниевой ячейки.
Основными производителями панелей, включенных в ассортиментную матрицу предприятия, являются китайские заводы TOP RAY и OSDA. Применение оборудования других производителей применяется только по согласованию с руководством предприятия. На всё реализуемое оборудование на предприятии имеется сертификат дилера от предприятий – изготовителей.
Солнечные панели устанавливаются в последовательно – параллельные цепочки, которые называются стринг. Стринг солнечных панелей всегда однонаправлен относительно сторон света и углу уклона и заведен на один солнечный контроллер. Если приходится устанавливать на одном объекте панели под разным углом или в разные направления, то нужно применить 2 солнечных контроллера или более. Для каждого стринга – свой контроллер. При установке солнечных панелей следует руководствоваться рядом правил. Существует оптимальный угол уклона, для каждого региона он свой. Нужно стремиться установить стринг панелей строго на юг под оптимальным среднегодовым углом уклона. При этом в течение светового дня панели не должны затеняться местными предметами. Затенение одной панели ведет к снижению мощности всего последовательно собранного контура. Если невозможно разместить панели под нужным углом и в нужном направлении, следует исходя из необходимого объема генерации установить панели таким образом, чтобы солнцем за световой день они были освещены максимально долго. Возможно, в это случае, придется увеличить установленную мощность для достижения нужных характеристик СЭС, либо применить крепления, формирующие необходимый угол уклона.
По цепи постоянного тока перед входом в солнечный контроллер или инвертор следует установить УЗИП (молниезащита) и автомат постоянного тока или (и) предохранители. Это обязательное условие, для оберегания оборудования СЭС от высокого потенциала на корпусе. Пренебрежение защитой ведет к полной замене контроллера или инвертора, так как стоимость их ремонта сравнима с ценой на новые изделия.
Рис. 7 Щит безопасности
Важным моментом при установке является отсутствие затеняющих предметов. Затенения значительно снижают производительность панелей, транслируя мощность всей цепи по наименее освещенной панели. Сплошная или рассеянная тень снижает ток или напряжение цепи. Поскольку может быть затенена только часть солнечной панели – несколько ячеек, шунтирующие диоды должны исключать из работы затененные участки пуская ток в обход препятствия для его протекания. Диодов в панелях может быть несколько для разбиения массива ячеек на контура, и в случае небольшого затенения части ячеек, бОльшая часть панели останется в работе.
Рис 8. Распаечная коробка солнечной панели. Панель поделена на три контура.
Солнечные панели имеют довольно продолжительный срок службы. С течением времени панели деградируют в связи с выработкой кремниевых ячеек. Однако большинство производителей гарантируют соответствие заявленным характеристикам в течение 20 лет. Далее производительность панелей снижается ориентировочно на 1% в год. То есть через 35 лет солнечная панель будет выдавать показатели, составляющие 80% от своего первоначального номинала. Именно на срок 35 стоит ориентироваться при обсуждении сроков службы солнечных панелей. Конечно, панели и дольше будут продолжать работать, но и деградация с течением времени будет увеличиваться. Гарантия на модули составляет 12 лет. При установке силами компании Теслум, гарантийный срок увеличивается до 15 лет.
Отдельный вопрос касается прочности панелей. Благодаря своему уникальному закаленному стеклу, панелям не страшен град, и прочие мелкие механические воздействия. Корпус панелей состоит из двойного алюминиевого профиля, создающего жесткий каркас. При монтаже на профиль, панели собираются в монолитную конструкцию, прочно связанную с основанием (кровлей, землей, металлоконструкцией). Вопрос прочности конструкции, как правило, сводится к прочности основания. Для того, чтобы разбить закаленное стекло солнечной панели, требуется приложить значительные усилия. Однако, даже с разбитым стеклом, солнечная панель будет продолжать работать и её характеристики снизятся не значительно. Проработает такая панель ограниченное время до нескольких лет, пока не произойдет окисление ввиду нарушенной герметичности. Ситуации такой лучше не допускать, и как можно скорее заменить разбитый модуль, так как возникает вероятность короткого замыкания.
