Сколько работает солнечная батарея

Сколько энергии дает солнечная батарея и на что ее хватит?

Популярность солнечной энергетики привела к тому, что все больше людей начали задумываться над покупкой фотоэлектрических панелей для личных нужд. При этом многие из них, не имея желания или возможности установить полноценную станцию, останавливались на выборе всего одного или нескольких модулей. И вопрос, сколько энергии дает одна солнечная батарея, для таких покупателей становился критически важным. В данной статье мы попробуем ответить на него подробно.

Что влияет на производительность гелио панели?

Перечислим основные факторы, от которых зависит величина генерации.

1. Технические характеристики

Относятся к «внутренним» параметрам. Наиболее существенны:

• Мощность – самый важный критерий. Очевидно, что модель на 500 ватт обеспечит более высокую выработку, чем 250-ваттная. Даже если вторая панель относится к более совершенному классу.
• Тип ячеек – влияет на выработку в различных условиях освещения. Без учета данного фактора ответить, сколько энергии дают солнечные батареи в зависимости от времени дня или угла наклона относительно солнца невозможно. Монокристаллические варианты обладают самым высоким КПД, но только при идеальных условиях. Поликристаллы показывают лучшие результаты при облачной погоде и меньше теряют при отклонении от строгой вертикали направления падения лучей.

2. Сторонние причины

Включают в себя:

• Уровень инсоляции для данной местности. Преимущественно зависит от географической широты. Если Вы живете в Краснодаре, одна и та же панель при прочих равных условиях будет вырабатывать в 1,5 раза больше электроэнергии, чем в Ленинградской области.
• Погода. Чтобы понять, сколько энергии дает солнечная батарея при умеренной облачности, достаточно замерить показатели генерации и сравнить их с данными при ярком солнце. Результат окажется на 20 – 50% ниже, в зависимости от плотности облачного слоя.
• Время суток. Примерно такие же потери из-за изменения угла падения и толщины атмосферы, которую приходится преодолеть солнечному лучу, возникают рано утром и поздно вечером.
• Температура. Низкие температуры на производительность практически не влияют. Но при нагреве кремниевой панели выше 25% с каждым последующим градусом эффективность снижается примерно на 0,5%. Причем сказанное относится к нагреву рабочей поверхности, а не окружающей среды. Из-за этого при 30-градусной жаре и нагреве модуля до 60-70°C Вы можете потерять до 20% номинального КПД.

Сколько дает энергии солнечная батарея в месяц и в сутки

В качестве примера рассмотрим фотоэлектрический модуль средней мощности 250 Вт.

Для справки заметим, что выгоднее покупать его в комплекте с дополнительным оборудованием, чтобы получить мини-станцию, например, для дачи. В этом случае набор будет содержать:

1. Гелио панель — 250 Вт/24V, монокристалл.
2. Инвертор для преобразования тока — 400W, 12/24/48V.
3. Контроллер – 10A, 12/24V.
4. АКБ — 50 A*ч, 24V (1,2 кВт*ч).

Объем выработки: около 100 кВт*ч (летом), 250 кВт*ч (с марта по октябрь), до 300 кВт*ч – год.

В сумме покупка обойдется Вам примерно в 600-630 долларов, или 50 тыс.руб.

В средней полосе России выработка составит:

На что хватит выработанной электроэнергии?

Мы определили, сколько энергии дает одна солнечная батарея за разные периоды времени. Для понимания вопроса рассмотрим вариант питания с ее помощью различных устройств на протяжении суток на обычной даче. Особенно это актуально там, где подключение к сети невозможно, либо подача электроэнергии происходит с перебоями и/или сильными перепадами напряжения.

Приблизительный список потребляющих устройств

Как следует из таблицы, с мая по август всего одна панель на 250 Вт может без проблем обеспечить работу ноутбука, просмотр телевизора, освещение и подзарядку гаджетов. Если взять несколько более мощную модель, в перечень вполне можно будет добавить несколько минут работы микроволновой печи и/или кипячения чайника.

Какой срок службы у слонечных батарей и других комплектующих солнечных электростанций

Любая СЭС состоит из нескольких основных элементов оборудования, каждый из которых имеет свой срок службы. Он зависит от типа солнечных батарей, инвертора, контроллера и аккумуляторной батареи, а также условий их эксплуатации. Максимальной долговечностью отличаются наиболее дорогие модели. По этой причине покупка комплекта всегда связана с поиском оптимального соотношения цены и качества всех входящих в него комплектующих.

Срок службы солнечных панелей

На современном рынке представлен огромный ассортимент классических и тонкопленочных фотоэлектрических модулей. Для удобства ориентирования, независимо от типа, их разделяют на четыре класса (более подробно о особенностях каждого класса солнечных батарей мы писали тут).

1. «Grade A».

Высший класс качества. Отличительными чертами является полное отсутствие механических и структурных дефектов. Производители – компании из ТОП-20 широко известного мирового рейтинга Tier-1 от Bloomberg. Лучше всех прочих вариантов переносят неблагоприятные условия эксплуатации. Гарантированный срок службы таких солнечных батарей – 12-15 лет при сохранении 90% первоначального КПД и 25-30 лет – 80%.

2. «Grade В».

Незначительно уступает по качеству модулям высшей категории. Визуально определить различия практически невозможно, поэтому класс изделий можно перепроверить только по технической документации. Изготавливаются преимущественно на заводах Поднебесной. При отсутствии форс-мажорных условий использования способны прослужить те же 25 лет при потере не более 20% эффективности.

3. «Grade С».

Производители модулей такого класса – малоизвестные азиатские фирмы. Обходятся они на 25-30% дешевле, но характеризуются наличием заметных внешних дефектов. Теоретически сохраняют приемлемую производительность на протяжении 10-15 лет, но могут резко деградировать (о причине такого процесса писали тут) и раньше. Для надежной СЭС их покупка специалистами настоятельно не рекомендуется.

4. «Grade D».

Данный сегмент включает бывшую в употреблении продукцию, а также панели без классификации, предлагаемые «серым» и «черным» рынком. Предсказать оставшееся время их эффективной работы не представляется возможным.

Срок службы инверторов

Следующим обязательным элементом оборудования любой гелио станции является инвертор. Этот прибор выполняет преобразование постоянного тока от панелей в переменный 220 вольт, поступающий на потребляющие устройства.

Конструктивно инверторы для солнечных батарей отличаются друг от друга незначительно. Разница между моделями состоит преимущественно в функциональности и надежности. По этой причине срок службы инверторов премиального и бюджетного классов примерно одинаков и составляет 10-15 лет. Однако существуют инновационные разработки, позволяющие продлить время эксплуатации до 20 лет и более. В гарантийных обязательствах производителей обычно указывается 5-7 лет.

Значительно меньше данный элемент СЭС может прослужить только в результате преждевременного выхода из строя при форс-мажорных обстоятельствах.

Срок службы аккумуляторной батареи

В автономных и гибридных СЭС наличие АКБ обязательно, поскольку без накопителей система не сможет выдавать энергию круглосуточно. По технологическому исполнению и продолжительности эксплуатации аккумуляторы отличаются друг от друга больше любых других элементов СЭС.

В системах солнечного электроснабжения могут применяться АКБ следующих типов.

1. Классические свинцово-кислотные.
2. AGM
3. На основе гель наполнителей.
4. Li-On и технологически сходные на базе лития.

Срок службы аккумулятора солнечной батареи первого типа не превышает 3-4 года, второго 5-7 лет, третьего – до 12-15, четвертого – 20 лет и более.

Существенно отличаются перечисленные разновидности накопителей и по своим возможностям. Однако виду высокой стоимости наиболее эффективных моделей для каждого проекта выбирается АКБ, приобретение которой финансово целесообразно. Более подробно о том какие аккумуляторы лучше для солнечных электростанций мы уже писали в блоге.

Срок службы контроллеров заряда

Для всех СЭС, использующих промежуточные накопители энергии, необходимо устройство, контролирующее скорость и уровень их зарядки, а также разрядки. При отсутствии контроллера аккумуляторные батареи быстро выходят из строя, а время их эффективного использования кратно сокращается.

Данные устройства отличаются значительным разнообразием. Простейшие из них являются обычными прерывателями тока, а потому срок службы такого контроллера почти бесконечен.

Более сложные приборы используют ряд электронных компонент и время их эксплуатации гораздо короче. В основном на программируемые контроллеры производители устанавливают гарантию от 5 до 8 лет. Хотя встречаются экземпляры с 10 и даже 12-летним гарантийным сроком.

Как продлить срок службы солнечных батарей и других комплектующих

Существуют разные способы максимально удлинить эффективное время эксплуатации любой СЭС. О некоторых из них следует позаботиться заранее, еще до запуска станции. Остальные необходимо использовать на протяжении всего периода ее дальнейшего функционирования.

1. Первое и главное условие – грамотный подбор оборудования и его квалифицированный монтаж на крыше или земле/стене и т.п.. Любая ошибка или неучтенный нюанс могут стоить владельцу огромных финансовых потерь. По этой причине установку и пуско-наладку настоятельно рекомендуется доверить профессионалам.
2. Систему обязательно нужно снабдить многоуровневой защитой от скачков напряжения. УЗИП (устройства защиты от импульсных напряжений) устанавливаются в трех местах – входном ВРУ, распределительном щите и непосредственно перед элементами оборудования.
3. Наибольшей опасности подвергается целостность панелей, поскольку они всегда расположены вне помещений. Для защиты от сильных ветров при наземной установке вокруг батарей можно установить решетку или заборчик. Кровельные варианты часто дополнительно ламинируются специальной пленкой, защищая батареи от механических повреждений.
4. Срок службы солнечных батарей увеличится, если между рабочей поверхностью и плоскостью крыши будет небольшой просвет. Это обеспечит качественную вентиляцию, и панели не будут перегреваться.
5. По этой же причине в разное время года необходимо правильно ухаживать за солнечными панелями (например, летом и в жаркую погоду, рекомендуется периодически поливать гелио поверхности водой из шланга, это не только очистит ячейки от пыли, но и увеличит КПД системы за счет снижения температуры).

Долговечность солнечных панелей сильно преувеличена — они резко деградируют после 10 лет эксплуатации, выяснили учёные

Чешские учёные опубликовали работу, в которой сообщили о значительной переоценке срока эксплуатации солнечных панелей. Вместо обещанных 20–25 лет работы десятки солнечных ферм в стране показали резкую деградацию и повреждения уже на 11-м году эксплуатации. Инвесторы в солнечные проекты должны учитывать эти данные, иначе они окажутся обманутыми в своих ожиданиях рентабельности в сфере солнечной энергетики.

Источник изображения: Pixabay

Как сообщает источник, данные мониторинга 85 солнечных электростанций, построенных в Чехии в 2009–2010 годах, показали, что главной причиной деградации фотопанелей стало расслоение. Проектировщики с самого начала не имели точных представлений о «технических возможностях» солнечных панелей, которые закупались для проектов, и давали завышенные обещания. Кроме того, ситуацию усугубило стремление получить больше прибыли на фоне экономии на строительстве.

«Срок службы электростанций, построенных в 2009–2010 годах, сегодня подошёл к концу, — сообщают исследователи. — В 2009–2010 годах ожидаемый срок службы фотоэлектрических электростанций в Чешской Республике составлял 20–25 лет. Сегодня, спустя примерно 12 лет, выяснилось, что эта оценка была слишком оптимистичной, а реальный срок службы составляет около половины [заявленного]».

В процессе анализа состояния фотопанелей на солнечных фермах учёные использовали одну и ту же систему мониторинга — Solarmon-2.0. По всем объектам получены очень похожие результаты. Информацию о производителях панелей они не раскрывают, но говорят, что закупки были осуществлены у компаний первого звена. Все изученные панели устанавливались под углом 35 градусов, и большинство их них было покрыто ламинатом EVA TPT.

К сокращению срока службы фотопанелей привела также экономия на рамах — они были ослаблены, как и сокращено расстояние между рамами и фотопанелями. Также панели соединяли последовательно для повышения напряжения, что внесло свой вклад в процессы деградации.

«После 11-го года производительность панели без обновления силоксанового покрытия (или другого ремонтного средства) снижается настолько, что её необходимо полностью заменить», — сказано в статье. Первые 10 лет, тем не менее, работа фотопанелей соответствовала заявленным характеристикам.

Исследователи также провели экономический анализ результатов, полученных с помощью данных мониторинга, и обнаружили, что установки по-прежнему прибыльны, хотя и с гораздо меньшей маржой, чем планировалось изначально.

«При нынешних относительно высоких ценах на электроэнергию (конец 2022 года) срок окупаемости электростанций опускается значительно ниже 10 лет, что в нынешней ситуации было бы достаточно для покрытия инвестиционных затрат, — сказано в заявлении. — Однако любое сокращение срока службы панелей приводит к снижению окупаемости этих инвестиций».

Эти выводы перекликаются с недавним исследованием учёных из Ганы, которые тоже нашли заявленные производителями сроки эксплуатации солнечных панелей заметно завышенными.

Источник:

Как выбрать солнечные батареи. Советы покупателю

Солнечная батарея — устройство, преобразующее солнечное излучение в электрическую энергию. Впервые метод работы солнечной батареи был разработан 1839 году физиком Александром Беккерелем. Практическое применение метод получил в 1873 после изобретения первого полупроводника. Технология использования энергии солнца в целях ресурсообеспечения приобретает все большую популярность по всему миру. Получаемый вид энергии является возобновляемым, финансовые затраты при эксплуатации солнечных батарей очень низкие — средства требуются только на покупку и установку оборудования. Энергия, вырабатываемая этим источником, является дешевой и доступной и благодаря этому широко используется по всему миру. И если вы решили приобщиться к обществу «зеленой энергетики», то начать надо из того, чтобы разобраться — как правильно выбрать солнечные батареи для частного дома, дачи или даже квартиры.

Как устроены солнечные батареи?

Стандартная солнечная батарея состоит из алюминиевой рамы, солнечных элементов, специального стекла, подложки, токоведущих жил и распределительной коробки.

Рис. 1 Устройство солнечной батареи

Рама панели — алюминиевая конструкция, придающая жесткость изделию и образующая основу для остальных деталей батареи. Солнечные элементы — кремниевые полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи, выращиваемые, как правило, монокристаллическим или поликристаллическим методом. Использование полупроводниковых преобразователей дает возможность прямого, одноступенчатого преобразования энергии, что позволяет использовать солнечные батареи наиболее эффективно.

В солнечной батарее используется фотовольтаический эффект, возникающий в неоднородных полупроводниковых структурах при контакте с солнечным излучением. Неоднородность полупроводникового слоя солнечной батареи достигается легированием одного полупроводникового слоя различными примесями или соединением нескольких слоев полупроводников с различной шириной запрещенной зоны — созданием гетеропереходов. Также методом получения неоднородных кремниевых полупроводников является изменение химического состава полупроводника. Эффективность использования фотопроводника характеризуется оптическими свойствами проводника, одним из которых является фотопроводимость. Потери энергии при работе солнечных батарей связаны с несколькими процессами: частичным отражением солнечных лучей от поверхности преобразователей; прохождением части лучей, через фотопреобразователи без поглощения в них; рассеянием избыточной энергии фотонов на тепловых колебаниях решетки; внутренним сопротивлением преобразователей.

Выбор параметров солнечной батареи

При выборе солнечной батареи перед покупателем встает вопрос «Как выбрать подходящую солнечную батарею?» Существует несколько видов фотоэлементов, имеющих свои преимущества и недостатки:

1. Поликристаллические элементы, в которых полупроводник производится поликристаллическим способом, этот метод удешевляют солнечную батарею, но снижают эффективность её работы. КПД элементов составляет 17-19%.
2. Монокристаллические. Если элементы выращиваются монокристаллическим способом, то КПД фотоэлементов составляет 20-21%. Стоимость батарей при таком способе производства кремния увеличивается, но площадь фотоэлементов для получения энергии того же количества снижается. Готовые солнечные батареи, изготовленными поликристаллическим способом имеют КПД 13-17 %, а с фотоэлементами, изготовленными монокристаллическим способом — КПД 15-18,5%,
3. Аморфные. Самым низким КПД (4-6%) обладают солнечные батареи, в которых фотоэлементы изготавливают из аморфного кремния.
4. Арсенид галлиевые. Для изготовления высокоэффективных преобразователей в настоящее время широко используются GaAs — Арсенид галлия, имеющий гетероструктуру и более широкую запрещенную зону, это позволяет увеличить КПД солнечных батарей до 35-40%, правда такой тип элементов имеет очень высокую цену и используется только в космической отрасли.

Рис. 2 Типы солнечных элементов

На что обратить внимание при выборе солнечных батарей?

При выборе солнечных батарей для частного дома или дачи необходимо обратить внимание не только на КПД батареи, которое в современных конструкциях на основе кремниевых элементов, ограничивается величиной 20-21%, но и на суммарную мощность купленной солнечной электростанции. Она должна обеспечить электроэнергией, достаточной для потребления электросистемой дома в любую погоду.

Зимой сильно снижается длительность светового дня, поэтому в регионах, где это наблюдается, необходимо делать запас мощности, чтобы батарей хватало на то время, когда солнце менее активно. Почему выработка зимой меньше? Не нужно думать, что из-за холода батарея будет хуже работать. Негативное действие на эффективность работы оказывают осадки в виде снега, которые необходимо удалять и меньшая продолжительность светового дня с высокой облачностью – именно это негативно влияет на выработку электроэнергии в зимнее время. Летом солнечная батарея генерирует меньшее напряжение, чем зимой. В жару температура на поверхности гелиопанели может достигать 50–55 °С, что снижает эффективность фотогальванических элементов.

Еще один важный момент при составлении плана «Как выбрать солнечные батареи для домашней электростанции» — эффективность финансовых вложений. Многие батареи при правильном выборе окупаются достаточно быстро, так как производимая при использовании энергии солнца электроэнергия является бесплатной. Выходное номинальное напряжение солнечных батарей кратно 12В и 24В, но бывают и 20В – это панели с 60 элементами. Фактическое напряжение на выходе гелиопанелей, как правило больше номинального. Так гелиопанель с выходным номинальным напряжение, равным 12В, в точке максимальной мощности выдает 17В, а при холостом ходе выдает 23В. Аналогично работают и батареи с номинальным напряжением на выходе 20 В и 24В. Двадцативольтовая батарея выдает напряжение на выходе 30В точке максимальной мощности и 39В — в режиме холостого хода, а двадцатичетырехвольтовая соответственно — 37В и 45В.

Типовые ошибки при выборе солнечных батарей для дома

Собирая себе солнечную электростанцию самостоятельно, чаще всего допускаются ошибки связанные с подбором оборудования, отметим основные из них:

• Не правильно подобранное напряжение аккумуляторов и солнечных батарей, используемых в одной системе;
• Использование ШИМ контроллера с 60 ячейковой солнечной панелью;
• Не учтенный температурный коэффициент, связанный изменением напряжения, при изменении температуры;
• Использование разных аккумуляторов, при последовательном подключении;
• Неверно подобранное сечение перемычек между инвертором и АКБ;
• Пренебрежение защитными устройствами.

После подбора оборудования ошибки дилетантов не заканчиваются, поскольку впереди монтаж. При установке солнечной электростанции своими руками ошибки чаще допускаются такие:

• Неправильная пространственная установка самих солнечных батарей;
• Падение тени на ячейки от деревьев и соседних построек;
• Неверное подключение оборудования. Если в системе даже всего два АКБ, последовательное соединение могут перепутать с параллельным. Не говоря уже о нескольких АКБ, когда требуется сделать последовательно – параллельное соединение. Это касается и подключения солнечных батарей;
• Плохой контакт в электрических соединениях. Касаемо изготовления перемычек кустарным способом, без применения специального инструмента. Применение скрутки, пайки коннекторов MC4 и другие ненадежные соединения.

Это только самые распространенные ошибки, но на практике их гораздо больше. Если вы решили собирать солнечную электростанцию самостоятельно, проконсультируетесь со специалистами, это поможет избежать ошибки, сэкономить деньги и да, консультацию у нас можно получить бесплатно.

Мнения экспертов о продукции

Выбор типа солнечной станции зависит от задачи, которую необходимо решить с помощью альтернативных источников энергии.

В настоящее время наиболее широко применяются три типа солнечных электростанций:

1. Автономные. В местах, где нет подключения к центральной сети, в садах, на дачах, автономные солнечные электростанции самые востребованные, хорошо подходят для освещения и других жизненно важных электроприборов. Применение автономных солнечных станций позволяет существенно экономить финансы, на жидкое топливо для генераторов, особенно в районах с большим количеством солнечных дней.
2. Комбинированные с сетью. Если есть центральная сеть, то не нужно отказываться от нее, лучше сделать систему совместную с сетью. Автоматическая работа инвертора, входящего в состав такой станции, будет самостоятельно выбирать источник питания электрических приборов. А входящие в состав аккумуляторные батареи для солнечных батарей будут источником резервного электроснабжения, при отключениях сети.
3. Сетевые on-grid. Сетевые солнечные электростанции самые выгодные и быстро окупаемые, поскольку не имеют в составе аккумуляторных батарей и преобразование энергии происходит с высоким КПД. Более того, позволяют передавать (продавать) излишки генерируемой электроэнергии в сеть, тем самым ускоряя процесс окупаемости. Во многих странах при такой генерации с помощью возобновляемых источников для продажи электроэнергии действует «зеленый тариф». В РФ в 2019 году принят в первом чтении Федеральный закон №581324-7 «О внесении изменений в ФЗ «Об электроэнергетике» в части развития микрогенерации», который позволит реализовывать электрическую энергию, вырабатываемую альтернативными источниками, по специальному тарифу. Покупка гарантирующим поставщиком электроэнергии от объектов микрогенерации будет обязательной. Цена купли-продажи будет равна средневзвешенной нерегулируемой цене на электроэнергию на ОРЭМ. Доходы физических лиц, возникшие при реализации лишней электроэнергии, произведенной для нужд своего домохозяйства, не будут подлежать налогообложению.

Независимо от выбранного типа солнечной электростанции, стоит понимать, что для надежной и эффективной работы лучше приобретать высококачественные солнечные батареи. Несмотря на более высокую стоимость они более эффективны и долговечны. Срок службы батарей может достигать 30 и более лет. Покупатели часто задают вопрос: «Почему выработка зимой меньше?» Не нужно думать, что из-за холода батарея будет хуже работать. Негативное действие на эффективность работы оказывают осадки в виде снега, которые необходимо удалять, плюс меньшая продолжительность светового дня с высокой облачностью – именно это негативно влияет на выработку электроэнергии в зимнее время. Летом солнечная батарея генерирует меньшее напряжение, чем зимой. В жару температура на поверхности гелиопанели может достигать 50–55 °С, что снижает эффективность фотогальванических элементов.