По каким измеряемым показателям можно определить каково наиболее эффективное положение панели кратко

Обновлено: 05.07.2024

Существует несколько разновидностей солнечных модулей, которые изготавливаются по собственным технологиям и обладают определенными параметрами. КПД солнечных панелей определяет их способность преобразовать солнечную энергию в электрический ток. Расчет производится путем деления мощности энергии, вырабатываемой панелью, на мощность потока света, падающего на рабочую поверхность.

Показатели панелей изначально определялись при стандартных лабораторных условиях (STS):

уровень инсоляции — 1000 вт/ м2
температура — 25°

Большинство современных производителей производят тестирование каждой собранной батареи и прилагают результаты к документации при продаже. Это дает более полную и корректную информацию о каждой панели, поскольку в процессе изготовления возможны некоторые отклонения от технологических нормативов. Поэтому сравнение любых двух (или более) панелей всегда выявляет небольшое расхождение демонстрируемых параметров.

Практически любые отклонения в первую очередь отражаются на эффективности, т. е. на КПД солнечной батареи. Из-за этого все разновидности не имеют четко определенного значения. Обычно указывают довольно широкий диапазон, который может давать заметную разницу параметров солнечных модулей, изготовленных по одинаковой технологии.

Все виды фотоэлементов обладают определенными свойствами, определяющими эффективность солнечных батарей. Каждая разновидность имеет свои пределы возможностей, обусловленные строением и составом полупроводников.

Новый мировой рекорд: эффективность солнечных батарей повысили до 29,15%

Научно-исследовательская группа Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) описала в журнале Science разработку тандемного солнечного элемента из перовскита и кремния. Его КПД составил 29,15%. На текущий момент — это новый мировой рекорд. Предыдущие показатели КПД были в районе 28%. Исследователи планируют довести эффективность тандемного солнечного элемента до 30% и даже превысить этот показатель.

Для солнечных элементов базовым материалом является кремний, а разработки с использованием перовскита (титаната кальция) ведутся параллельно. Ученые думают, что возможности перовскита еще не раскрыты и используя оба материала, они получают прирост эффективности.

Солнечные элементы, состоящие из двух полупроводников с различной шириной запрещенной зоны, способны демонстрировать высокую эффективность по сравнению с отдельными элементами, так как тандемные элементы полнее используют солнечный спектр. В частности, обычные кремниевые солнечные элементы главным образом эффективно преобразуют в электрическую энергию инфракрасную часть солнечного спектра, в то время как соединения перовскита могут эффективно преобразовывать видимую часть спектра, повышая КРД тандема.
Использование перовскита и кремния не увеличивает стоимость солнечных панелей.

Виды солнечных фотоэлементов и их КПД

Существуют разные виды солнечных батарей:

кремниевые
теллур-кадмиевые
из арсенида галлия
из селенида индия
полимерные
органические
комбинированные, многослойные

Самые эффективные солнечные панели из тех, что находятся в серийном производстве — кремниевые.

Их выпускают в двух видах:

монокристаллические. Изготавливаются из тонких пластинок, срезанных с цельного (монолитного) кристалла кремния. Считается, что это — лучшие солнечные панели, демонстрирующие КПД от 17 до 22 %
поликристаллические. Заготовкой для этих элементов является брикет кремния, который был расплавлен и разлит по формам. Такие панели обладают немного сниженными показателями по всем позициям, чем монокристаллические. Их КПД находится в диапазоне 12-17 %

Есть еще одни современные солнечные батареи с высоким КПД — это панели на основе селенид-индия. Они способны выдать КПД 15-20 %. Несколько меньшими качествами обладают элементы из теллурида кадмия — не более 10-12 %.

Остальные виды значительно уступают лидерам — аморфные и полимерные элементы демонстрируют КПД не более 5-6 %. Необходимо учитывать, что приведенные показатели — усредненные. У разных производителей есть образцы, превышающие обычные нормы эффективности. Это не меняет общей картины, но демонстрирует необходимость совершенствования технологий, разработки новых методов производства фотоэлементов.

От чего зависит эффективность?

КПД солнечных фотоэлектрических установок составляет лишь малую часть от теоретически возможных показателей. Расчетный КПД доходит до 80-87 %, но изъяны технологии, недостаточная чистота материалов и неточность сборки элементов существенно снижают эти значения. Основная проблема кремниевых элементов заключается в способности поглощать лучи только инфракрасного спектра, а энергия ультрафиолетовых участков остается неиспользованной.

Проблема состоит в дороговизне процессов очистки, выращивания кристаллов и прочих тонких процедур, без которых ожидаемого эффекта не удастся добиться. Все солнечные панели с высоким КПД отличаются высокой стоимостью, что делает их недоступными для массового пользователя.

Необходимо учитывать также погодные и климатические условия. Самая производительная система не сможет демонстрировать высокие результаты, если источник энергии скрыт за тучами, или находится низко над горизонтом. Этот фактор не подлежит регулированию, единственным способом борьбы с ним может стать повышенная эффективность солнечных панелей.

Некоторые разновидности фотоэлементов способны вполне стабильно вырабатывать энергию в пасмурную погоду, например, тонкопленочные виды. Однако, их производительность невысока и не дает нужного количества энергии. Чем выше КПД батарей, тем сильнее падает количество вырабатываемой энергии при появлении облачности.

Ежегодно появляются заявления от различных компаний или групп ученых о разработке высокоэффективных образцов солнечных панелей, стабильно работающих в сложных условиях. Однако, в продаже до сих пор есть только привычные кремниевые или пленочные разновидности, а новинок не видно. Причиной этого является слишком высокая себестоимость производства и нестабильность результатов технологий, вынуждающие изготовителей пока отказываться от недоработанных новшеств.

Срок службы и окупаемость

Большинство солнечных панелей способны работать по 25 лет и более. Однако, первоначальные характеристики со временем ухудшаются, происходит падение производительности и, как следствие, уменьшение КПД. Факторы, влияющие не длительность эксплуатации фотоэлементов:

тип конструкции. Чем выше изначальная производительность, тем более высокие результаты панель будет показывать после многолетней службы
условия эксплуатации. В регионах с сильными среднесуточными и среднегодовыми перепадами температур ресурс панелей быстро уменьшается. Происходит физический износ полупроводников, нарушается прочность соединения слоев, образующих p-n переход. Все эти факторы отрицательно влияют на КПД солнечных модулей

Окупаемость панелей в первую очередь зависит от инсоляции — количества солнечной энергии, доступной фотоэлементам. Здесь необходимо учитывать следующие факторы:

продолжительность светового дня
положение солнца над горизонтом
погодные условия в регионе

Практика показывает, что средний процент деградации солнечных батарей составляет 0,6 % в год. Однако, к естественным процессам прибавляются внешние воздействия — температурные, механические и т.п. Поэтому производители обычно гарантируют, что в течение 10 лет эксплуатации производительность не упадет больше, чем на 10 %.

Вопрос окупаемости солнечных панелей всерьез никем не рассматривается. Существуют приблизительные расчеты, показывающие количество выработанной энергии и ее среднюю стоимость в течение 10, 25 лет. Эти данные не способны показать реальной картины, поскольку все комплексы работают в собственных условиях, подвергаются тем или иным воздействиям и не могут гарантировать заданной производительности.

Специалисты утверждают, что для некоторых регионов окупаемость солнечных батарей никогда не наступает, в других местностях она составляет около 10 или 15 лет.

Подробные исследования не производятся, или ведутся только для данного района. Если необходимо узнать технико-экономические показатели СЭС, приходится каждый раз производить индивидуальный расчет для данных условий, моделей солнечных модулей и прочих факторов воздействия.

Самые эффективные солнечные батареи

Обычный пользователь не старается глубоко вникнуть в теорию, поэтому он чаще всего задает вопрос — хочу купить солнечные панели, какие лучше? Вопрос простой, но ответить на него однозначно крайне сложно. Все зависит от возможностей и потребностей покупателя.

Споры о том, какие солнечные батареи самые эффективные ведутся с самого начала их использования. Несмотря на приоритет кристаллических кремниевых конструкций, нередко впереди оказываются другие виды панелей. Есть рекордсмены в этой области, например, фирма Sharp объявила о создании панелей с КПД 44 %. Эта же фирма создала модули с эффективностью 37,9 %. Есть образцы от других разработчиков с КПД около 32 %. Все эти модели весьма дороги и в массовое производство пока не поступают. Нерентабельность — основная проблема развития солнечных модулей.

Исследования и разработки для повышения КПД

Наиболее перспективным направлением исследований считается создание многослойных панелей. Основной упор делается на возможность получения энергии от инфракрасных и ультрафиолетовых лучей, которые во многом более активны, чем видимые части спектра. Работы ведутся и в области очистки кремниевых структур, создания наиболее однородных и чистых кристаллов.

Еще одним направлением является создание максимально плотных и ровных соединений полупроводников. Электрический ток возникает на границе двух материалов, и, если поверхность обоих изобилует впадинами и прочими изъянами, эти участки исключаются из общей рабочей зоны. Проблема технически сложная, поскольку речь идет о микронной точности шлифовки. Для промышленного производства эти методики пока слишком сложны, а цены на панели будут недоступны рядовым покупателям. Процесс исследований происходит непрерывно, поэтому ожидать положительных сдвигов можно в любой момент.

По каким измеряемым показателям можно определить, каково наиболее эффективное положение панели в данное время года и время суток?

подключи светодиод и в максимальном положении к солнцу диод ярче светит ) У меня фонарик есть и вот там диод горит тем ярче чем больше света попадает на панель и так же думаю прибором можно замерить
Вот такой у меня фонарь и может заражаться от солнца ну и вот его если уберегать от окна то светодиод зарядки все тускней и ближе к окну то ярче

Ну например двухосевые трекеры для панелей измеряют по разности освещения на концах панели. А так можно использовать компас и азимут

Критерий один: панель должна быть перпендикулярна направлению падения солнечных лучей. Если угол падения отличен от 90 градусов, эффективная площадь панели становится меньше её геометрической площади.

Солнечные панели наиболее эффективно работают, когда они направлены на солнце и их поверхность перпендикулярна солнечным лучам. Как определить такое положение солнечных батарей, при котором они будут вырабатывать максимальное количество энергии за день? Какая ориентация солнечных панелей самая лучшая?

Солнце двигается по небу с востока на запад. Положение Солнца на небосклоне определяется 2-мя координатами — склонением и азимутом. Склонение — это угол между линией, соединяющей наблюдателя и Солнце, и горизонтальной поверхностью. Азимут — это угол между направлением на Солнце и направлением на юг (см рисунок справа).

Вообще говоря, вариантов увеличить экспозицию солнечной батареи прямым солнечным лучам всего три:

Установка солнечных батарей на неподвижную конструкцию под оптимальным углом
Установка на двухосный трекер (поворотную платформу, которая может вращаться за солнцем в двух плоскостях)
Установка на одноосный трекер (платформа может изменять только одну ось, чаще всего – ту что отвечает за наклон)

У вариантов №2 и №3 есть свои преимущества (значительное увеличение времени работы солнечной батареи и какое-то увеличение выработки энергии), но есть и недостатки: более высокая цена, снижение надежности системы за счет введения движущихся элементов, необходимость дополнительного технического обслуживания и т.п.). Мы рассмотрим целесообразность применения трекеров в отдельной статье, пока же будем говорить только о варианте №1 — неподвижная конструкция, или неподвижная конструкция с изменяемым углом наклона.

Солнечные панели обычно располагаются на крыше или поддерживающей конструкции в фиксированном положении и не могут следить за положением солнца в течение дня. Поэтому, обычно солнечные панели не находятся под оптимальным углом (90 градусов к солнечным лучам) в течение всего дня. Угол между горизонтальной плоскостью и солнечной панелью обычно называют углом наклона.

Вследствие движения Земли вокруг Солнца, имеют место также сезонные вариации. Зимой солнце не достигает того же угла, как летом. В идеале, солнечные панели должны располагаться летом более горизонтально, чем зимой. Поэтому угол наклона для работы летом выбирается меньше, чем для работы зимой. Если нет возможности менять угол наклона дважды в год, то панели должны располагаться по оптимальным углом, значение которого лежит где-то посередине между оптимальными углами для лета и зимы. Для каждой широты есть свой оптимальный угол наклона панелей. Только для местностей около экватора солнечные панели должны располагаться почти горизонтально (но даже и там они устанавливаются под небольшим углом, чтобы дать дождям смывать грязь с солнечной батареи).

Что такое эффективность солнечной панели?

Читайте об эффективности панели солнечных батарей и факторах, которые влияют на нее

Эффективность солнечной панели (коэффициент конверсии — это процентное соотношение положительных результатов в любом процессе по сравнению с общими показателями за определённый период времени) измеряет количество попадающего солнечного света на панель, преобразуется в электричество для использования, например, в домашнем хозяйстве. Чем выше эффективность, тем меньше количество солнечных панелей, которые вам потребуются для создания необходимой электрической мощности.

В этой статье мы рассмотрим эффективность различных типов солнечных панелей и некоторые факторы, влияющие на нее.

Эффективность солнечных батарей

Важно понимать, что это эффективность отдельного солнечного элемента, а не эффективность солнечных панелей (модулей — соединенных панелей параллельно или последовательно) в системы. В то время как эффективность солнечных панелей обычно составляет около 15-27% , эффективность солнечных элементов может достигать 42% в некоторых случаях. Однако, если не указано иное, производительность солнечных элементов измеряется в лабораторных условиях. Поэтому, хотя 42% — впечатляющая производительность, лабораторные условия отличаются от реальной жизни, и это неприменимо для обычных людей, так как не присутствует в продаже.

Подробнее: новое абсорбирующее или защитное покрытие, делает солнечные батареи более мощными

Эффективность солнечной панели

Это эффективность, которая представляет интерес для людей, и ее следует оценивать при покупке солнечной панели. Так как от эффективности солнечных панелей зависит и площадь солнечных панелей, которую они будут занимать, так и выдаваемая мощность панелей при разных погодных явлениях.

Монокристаллическая солнечных панелей и ее эффективность

Этот тип солнечных панелей выполнен из кремния самой высокой чистоты, и они являются наиболее эффективными. Некоторые модели могут достигать 25,6% эффективности , а это значит, что они превращают четверть солнечного света в электричество. Они также являются наиболее эффективными по площади панелями по сравнению с другими технологиями, так как вам нужно будет покрывать меньше поверхности.

Эффективность поликристаллической солнечной панели

Поликристаллические панели могут достигать 22% эффективности. Они менее эффективны, чем монокристаллические панели, но они также более дешевые. Более того, по мере совершенствования технологии, повышается эффективность поликристаллических панелей. В сочетании с более низкими издержками производства, чем монокристаллические панели, поликристаллические модули становятся все более популярным выбором в Северной Европе и Великобритании, в России. Но не стоит забывать, что в продаже очень сложно найти солнечные панели с максимальной эффективностью, при адекватной стоимости. То есть Моно и Поли, зачастую которые можно встретить в продаже, находятся с эффективностью на 2018 год от 17 до 19% для обоих типов. А если нет разницы или она незначительная зачем платить больше ?

Эффективность солнечной панели с тонкопленочной технологией(морфные)

Тонкопленочные солнечные панели относительно неэффективны, по сравнению с двумя другими типами. Некоторые модели могут достичь 11% -ного коэффициента конверсии, и им требуется больше места, так как вам нужно будет установить больше панелей для удовлетворения ваших энергетических потребностей. Тем не менее, эти панели являются наименее дорогостоящими, и если пространство не является проблемой, они являются жизнеспособным вариантом. Более того, они постоянно улучшают свою эффективность. Компания First Solar, производитель тонкопленочных солнечных панелей, недавно объявила о том, что она сделала тонкопленочный солнечный элемент, преобразующий 20,4% солнечного света в электричество. Опять таки, какова будет стоимость за ватт, площадь солнечной панели, и срок ее жизни. Все это влияет на то, какое процентное соотношение данные панели займут на рынке в будущем.

Факторы, влияющие на эффективность солнечных панелей

Ваша солнечная система должна располагаться в солнечной зоне без тени. Если есть затененная область, эффективность панелей будет уменьшена. Кроме того, в зависимости от того, как подключены ваши солнечные панели, даже малейшее затенение одной панели могут влиять на выход остальных подключенных к ней солнечных панелей. Маломощные солнечные электростанции где солнечные панели параллелятся и используются PWM контроллеры, могут быть хорошим выходом для мест с частыми затенениями одной или более солнечных панелей. Поскольку они гарантируют, что затененная солнечная панель не влияет на остальные панели в системе.

Высота крыши

Наклон вашей крыши может повлиять на количество солнечных лучей, которое получат ваши солнечные панели за сутки. Угол крыши можно изменить с помощью комплекта креплений для солнечных панелей, что даст больше времени получать солнечный свет для ваших панелей. Вы также можете отрегулировать угол солнечных панелей, если будите использовать комплект с регулировкой, два раза в год, так как солнце движется под разными углами в течение зимы и лета. Но в идеальном случае положение солнца меняется каждый день. А в течении года солнце находится в максимальном и в минимальном его положении. Зачастую многие не заморачиваются с постоянной подстройкой солнечных панелей, а выставляют средний угол между макс и мин положением солнца. Даже при такой установке солнечных панелей, эффективность их установки будет максимальна два раза в год. Но меньше чем при смене угла по временам года. Как выбрать угол для солнечных панелей я описывал ну очень давно, в будущем опишу более понятно.
В идеале панели должны быть направлены на юг. Это гарантирует, что они получат больше солнечного света в течение дня, как следствие, повысится их эффективность. Однако, хотя панели достигают максимальной производительности при выходе на юг, они также могут генерировать достаточное количество электроэнергии, если речь идет о юго-западном или юго-восточном направлении. При этом не путаем с направлением солнечных панелей на запад и восток, в этих направлениях эффективность будет низкой! Поэтому оптимальное ориентирование должно быть на ЮГ или по времени на 12:00 -13:00.

Продолжительность жизни

Эффективность солнечных панелей немного сокращается. Обычно он падает на 0,5% в год . Однако большинство производителей солнечных панелей дают гарантии, гарантирующие, что даже через 20 лет мощность системы будет оставаться на уровне 80% от ее первоначальной эффективности. При этом все условия по установке солнечных панелей должны быть соблюдены. И та компания которая их продавала, как и доказательство их покупки должны быть в наличии!

Обслуживание

Регулярная очистка солнечных панелей важна, так как пыль или грязь могут накапливаться на поверхности. Это может блокировать некоторые солнечные лучи и снижать эффективность панелей. Независимо от того, выполняете ли вы это самостоятельно или пользуетесь услугами профессиональной компании, вы должны помнить, что ваши панели должны вовремя отчищаться и содержатся в чистоте. Дабы многие производители и продавцы могут из-за несоблюдения чистоты солнечных панелей лишить вас гарантии.

Очищая солнечные панели, вы поддерживаете их эффективность, и уменьшаете их нагрев, что только положительно скажется на их сроке жизни. Поэтому позаботьтесь о своевременной чистке ваших солнечных панелей специальными средствами.

Читайте также: