sunsay energy

Ефективність (ККД) сонячних батарей

06.12.19

Те, що за альтернативною енергетикою і, зокрема, сонячними електростанціями майбутнє, навряд чи у кого викликає сумніви. Проте, потенційних покупців завжди цікавить питання – який коефіцієнт корисної дії (ККД) сонячних батарей і як його збільшити? На даний момент ефективність сонячних панелей близька до 22%, і вчені-практики працюють над тим, щоб підвищити цей показник. По суті, саме цей показник безпосередньо впливає на те, скільки електроенергії батарея принесе в ваш будинок.

Що таке ККД сонячних батарей

Практики вважають, що ККД згаданих пристроїв найкраще визначати як процентне співвідношення енергії, яку віддає геліосистема, до тієї енергії світла Сонця, яку “всмоктує" робоча площа ваших панелей. Потрібно визнати, що цей показник, зазвичай вимірюваний у відсотках, за останні 50-60 років збільшився лише вчетверо. Хоча зізнається, що їх потенціал близький до 90%. Чому не всі 100%? Справа в тому, що на ефективність сонячних батарей безпосередньо впливає кілька чинників:

  • Характер атмосферних явищ (попросту, погода)

  • Фізичні властивості матеріалів, з яких сконструйовано пристрій, призначення якого – вловлювати максимально широкий діапазон спектра випромінювання Сонця

  • Фундаментальні принципи роботи напівпровідників​

З причин, зазначених вище, ККД сонячних батарей в минулому році становив:

  1. До 5%, якщо покупець віддав перевагу недорогим плівкам на аморфному кремнії

  2. Від 10% до 18%, якщо покупець віддав перевагу сучасним гібридним плівковим рішенням, що використовують з'єднання 2-х і більше рідкоземельних елементів

  3. Від 16% до 19%, якщо покупець віддав перевагу модулям з моно- і полікристалічного кремнію. Для цього типу панелей характерні втрати енергії, пов'язані з віддзеркаленням світла від самого пристрою або його нагрівання. Крім того, монокристалічні електростанції більш ефективні, але обходяться дорожче.

  4. Майже 50%, якщо покупець зважився придбати не дешеві багатошарові прототипи пристроїв з додатковими конструкціями для уловлювання сонячних променів.

Формула розрахунку ефективності сонячних панелей

Ефективність використання сонячних панелей обчислюється таким чином:

  1. На досліджувану панель направляють контрольоване світло

  2. За допомогою пристрою під назвою люксметр фіксується рівень випромінювання на площу кожного окремого блоку в сонячної панелі

  3. Фіксується середнє арифметичне, далі фотометричні показники переводяться в енергетичну систему координат

  4. Відзначається отриманий показник (Ecp), після чого досліджується площа модульної "цегли". При її множенні на середнє арифметичне сонячної радіації, що падає на "цеглину", дослідник отримує загальний для модуля показник енергії. Наприклад, 20 Вт.

  5. Далі при включеній в електромережу батареї досліджують показник того, наскільки потужний струм вона видає. Рівень технологічності батареї пропорційний тому, що виходить "на виході". Наприклад, сонячна батарея з вигаданим ККД 50% дасть струм 10 Вт.

​Уявімо для зручності читачів ці дані у вигляді таблиці:

Потужність світлоструму, Вт
Потужність “на виході”, Вт ККД, %
20 2 10
20 4 20
20 10 50
20 ... ...
20 20 100 (ідеал, що не існує)

 

Фактори, що впливають на ефективність сонячних батарей

Важливо розуміти, що це питання необхідно розділити на два блоки - якість самих модулів і кліматичні параметри, при яких використовується електростанція. Якщо використовувати просту мову, то ефективність сонячних панелей прямо пропорційна ефективності роботи напівпровідників, чиї функції базуються на фізичних принципах pn-переходів. ККД сонячних батарей, виготовлених з кремнію, досить невисокий. Причина відома - згаданий матеріал вловлює виключно інфрачервоний сегмент світла. Енергія ультрафіолетового випромінювання для нього залишається недоступною. Однак відмовитися від кремнію неможливо через його доступну ціну. Інші фактори, що впливають на ефективність пристрою, не залежать від характеристик матеріалів і пов'язані з атмосферними умовами і обслуговуванням пристроїв.

Чистота поверхні панелі. Енергія, що віддається вашого будинку геліосистемою, залежить від чистоти робочих поверхонь панелей. Зважаючи на це, як правило, вони встановлюються таким чином, щоб дощові потоки, сніг і бруд природним чином вимивалися з конструкції.

Тінь. Якщо вибрано рішення, що передбачає кілька панелей, тінь від будь-якої з них не повинна падати на сусідню батарею. Інакше коефіцієнт корисної дії буде стрімко падати. Те ж саме стосується і тіні від найближчої інфраструктури – стовпів, вишок, дерев, сусідських будівель і так далі. Зводити сонячні батареї в цьому випадку категорично не рекомендується.

Погода. Використання геліосистеми взимку через короткий день і довгу ніч, а також неінтенсивні сонячні промені в разі похмурої погоди, менш ефективно. Влітку ККД обладнання досягне 14-15% (спека "з'їсть" 2-3%), взимку - 18-19%. При цьому опади незначно впливають на роботу пристроїв: ККД панелей при наявності хмар знижується на максимум 25% (роль відіграє щільність хмар). Більшість батарей працює в діапазоні від -40 до +80 градусів за Цельсієм. Правило таке: що нижче температура, то вища продуктивність. Найкраще середовище для роботи обладнання – 25 градусів за Цельсієм.

Вектор направлення світла. Панелі необхідно розташовувати так, щоб вони "вбирали" максимум радіації Сонця. Зрозуміло, південь – найкраща сторона для інсталяції електростанції. Взимку необхідно трохи батареї підняти, влітку – опустити.

Ніч. На даному етапі це непереборний фактор. За відсутності світла конструкції не функціонують, а їх власники беруть світло із загальної мережі або акумуляторів. Хоча потрібно згадати особливий вид всепогодніх панелей, створених китайськими вченими в 2017 році; вони працюють цілодобово і, відповідно, істотно підвищують окупність пристрою.

Якщо говорити про Україну, то, що південніше встановлені електростанції, то вони ефективніші. Крім того, схід країни більш освітлений, ніж її захід. У підсумку, найкраще місце для установки батарей – це Крим і південна частина Одеської області. У всіх інших регіонах найбільш продуктивні шість місяців – з травня по серпень. І пару слів про панелі, що були у вжитку. Не рекомендується їх купувати, оскільки їх потужність буде нижчою від заявленої. Нові панелі більш ефективні і економічно доцільні.

Способи збільшення ККД

Зрозуміло, перший крок в цьому напрямку – це коригування підвладних користувачеві факторів, що впливають на ефективність електростанцією - тіні, бруду і так далі. Крім того, у силіконових фотоелементів - основи для найпоширеніших панелей – є певний термін служби. Ще кажуть, що вони "деградують" і втрачають продуктивність. Вже зараз світові вчені працюють над так званим "базовим КПД" – рівнем незмінної ефективності. Цей показник постійно зростає. Дах вашого будинку, де ви запланували розмістити батареї, може для цього не підходити. Тоді доведеться встановити їх на спеціальну опору, яка навіть дозволяє елементам обертатись слідом за сонцем (завдяки поворотному трекеру). Панелі змінюють не тільки кут, але і напрямок. За оцінками, установка одного поворотного трекера дає відразу плюс 40-50% ефективності. Втім, він дуже дорогий. На ринку існують нові високоефективні (43,5%) п’ятишарові панелі фірми Sharp, чотиришарові фірми Soy-Tech (44,7%) і пристрій в Інституті інтегральних схем Фраунхофера (Німеччина). В останньому закладі ефективність батареї досягає фантастичних 47%  це світовий рекорд.

Якщо ви вирішили придбати сонячну електростанцію, фахівці SUNSAY Energy готові проконсультувати вас у зручний для вас час і порадити панель, що ідеально відповідає вашим потребам.

 

 

Залишити заявку:
Дякуємо! Ми зв’яжемося з вами найближчим часом.