Выбор солнечных панелей

Солнечная панель представляет собой объединение фотоэлектрических преобразователей, преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток.

Одна солнечная панель, как правило, содержит число элементов кратное 12, например: 12, 24, 36, 48, 60 или 72 солнечных элемента. Номинальная мощность одной такой солнечной панели обычно лежит в пределах от 30 до 350 ватт. Соответственно вес и размер панели тем больше, чем больше ее номинальная мощность. Если перед вами стоит выбор между одной большой панелью и несколькими маленькими, то лучше взять одну большую — более эффективно используется общая площадь и будет меньше внешних соединений, соответственно, будет выше надёжность.

В настоящее время почти все промышленно изготовленные солнечные панели большой мощности имеют номинальное напряжение 12В или 24В. При данном выборе лучше взять 24-вольтовые панели, так как рабочие токи у них вдвое меньше по сравнению с 12-вольтовыми, имеющими такую же мощностью.

Сегодня наиболее часто предлагаются фотоэлементы изготовленные из монокристаллического или поликристаллического кремния. Монокристаллический кремний, как правило, имеет КПД в районе 1618%, а поликристаллический — 12-14%, но он несколько дешевле. Однако в готовых панелях цена за ватт получается почти одинаковой, и монокристаллический кремний может оказаться даже выгодней. По таким параметрам, как скорость деградации и долговечность, разницы между монокристаллическим и поликристаллическим кремнием практически нет. В связи с этим выбор в пользу монокристаллического кремния очевиден — при равной мощности панели изготовленные из него компактнее. Кроме того, часто при снижении освещённости монокристаллический кремний обеспечивает номинальное напряжение дольше, чем поликристаллический, а это позволяет получать энергию даже в пасмурную погоду и в лёгких сумерках.

Существуют и довольно дешёвые панели изготовленные из аморфного кремния, напылённого на подложку, в том числе и гибкую. Однако аморфный кремний имеет очень низкий КПД (6-10%) и небольшой сроком службы из-за быстрой деградации, поэтому его стоит использовать лишь в каких-то особых случаях.

Если предполагается использовать проектируемую систему круглогодично, расчёт необходимо производить по месяцам с наихудшими параметрами по солнечной инсоляции. КПД солнечных батарей для расчётов надо принимать не выше 14%, так как часть излучения отразится от поверхности стекла закрывающего элементы, часть излучения погасится в толщине стекла, т.к. не вся поверхность солнечной батареи закрыта кремниевыми пластинами. Кроме этого существуют элементы, имеющие обрезанные углы, что также будет уменьшать полезную площадь. Некоторые изготовители приводят примерную выработку энергии в месяц при разных уровнях солнечного излучения.

Теперь, чтобы определить количество солнечных батарей, необходимо разделить желаемую потребность в энергии на возможную выработку энергии одной батареей в те месяцы, когда будет использоваться фотоэлектрическая система.

Например, установка будет эксплуатироваться круглый год, потребность в энергии 100 кВт час/месяц, одна батарея из выбранных вами произведёт в декабре, месяце с наименьшим значением инсоляции, не более 2 кВт-час энергии, соответственно, необходимо 100 : 2 = 50 батарей. При тех же условиях, но неизвестной производительности батареи, а известной её площади 0,7 м², определяем, что за месяц будет произведено примерно 20*0,7*0,12 (КПД) = 1,68 кВт-час энергии, при инсоляции в декабре равной примерно 20 кВт-час/м2. Для определения количества солнечных батарей необходимо разделить желаемое количество энергии на выработку одной батареи, соответственно получаем 100 : 1,68 =59,5 шт., округляем в большую сторону до 60 шт.

Подключить солнечные панели можно тремя основными способами.

• 1)    Последовательное соединение солнечных панелей

При таком соединении минусовая клемма первой панели соединяется с плюсовой клеммой второй, минусовая второй с клеммой третьей и так далее.

При последовательном соединении нескольких панелей, напряжение всех панелей будет складываться. Ток системы будет равен току панели с минимальным током.

ивых- 12В lmp=5,42 Voc=22,48

Ubwx =12В lmp=5,42 Voc=22,48

Мвых = 12В lmp=5,42 Voc=22,48

ивых=12В lmp=5,42 Voc=22,48

Voc=22,48B*4=89,92B

Рисунок 1 – Последовательное соединение солнечных панелей

• 2)    Параллельное соединение солнечных панелей

В данном случае панели соединяются при помощи специальных Y -коннекторов. У таких коннекторов имеется два входа и один выход. К входам подключаются клеммы одинакового знака.

При таком соединении напряжение на выходе каждой панели будет равны между собой и равны напряжению на выходе из системы панелей. Ток от всех панелей будет складываться. Такое соединение позволяет, не поднимая напряжения увеличить ток от панелей.

Цвых = 12В     Овых = 12В     ивых = 12В    иных = 12В lmp=5,42        !тр=5,42        lmp=5,42       !тр=5,42

Voc-22,48      Voc=22,48      Voc=22,48     Voc=22,48

lmp=5,42A‘4=21,68A

Voc=22,48B

Рисунок 2 - Параллельное соединение солнечных панелей

• 3)    Последовательно-параллельное соединение солнечных панелей

Последний тип соединения объединяет в себе два предыдущих. Применяя данную схему соединения панелей, мы можем регулировать напряжение и ток на выходе из системы нескольких панелей, что позволит подобрать наиболее оптимальный режим работы всей солнечной электростанции.

В случае такого подключения соединенные последовательно цепочки панелей объединяют параллельно.

Рисунок 3 - Последовательно-параллельное соединение солнечных панелей