Сонячні електростанції - поради практика

Сонячні панелі, контролери, інвертори, акумулятори – це основні складові будь сонячної електростанції. Вибір дуже великий, але як правильно зорієнтуватися в якості, ціни і скласти для себе оптимальний варіант?

У даній статті намагаємося пояснити просто і зрозуміло для початківців користувачів сонячною енергією. Тут тільки перевірена і випробувана часом інформація.

Сонячні панелі.

Монокристалічні панелі краще полікристалічних?

Це просто різний вигляд кремнію. У моно менші розміри, за рахунок більш високого ККД=15-18%, у полі ККД=13-16%. Враховуючи різну якість вироблених панелей моно буває навіть більше за розміром, ніж полі. Заявлена потужність панелі зазвичай відповідає дійсності, за винятком дуже дешевих, другосортних панелей.

Щодо зовнішнього вигляду.

У монокристалічних елементів сонячних панелей – кути заокруглені, а поверхня однорідна. Округленность їх форм пов'язана з тим, що монокристалічний кремній, при його виробництві отримують в циліндричних заготовках. Колір від темно-синього до чорного з антивідбиваючим покриттям або сірий без покриття. Зовнішній вид однорідний.

Полікристалічні елементи сонячних модулів мають квадратну форму, оскільки їх заготівлі при виробництві – також квадратної форми. За своєю структурою – колір полікристалів синій з антивідбиваючим покриттям або сріблясто-сірий без покриття, і неоднорідний, так як включає в себе безліч різнорідного кристалічного кремнію

Деградація в період експлуатації.

Моно мають трохи більшу швидкість деградації в порівнянні з полі в перший рік. Потужність якісного полі в перший рік знижується в середньому на 2%, моно на 3%. У наступні роки моно деградує на 0,85%, в той час як полі деградує на 0,8% у рік. Вельми незначна різниця. Хоча відомі випадки деградації до 20% в перший рік. Вони і на ринку продаються дешевше.

Останнім часом, багато покупці стали прагнути купити сонячні панелі як можна дешевше. Зазвичай, дешеві сонячні панелі виготовлені з елементів класу Grade B або навіть Grade С.
Однак, якщо розібратися, все має свою ціну. Звичайно, може мати сенс і покупка недорогих сонячних панелей з елементів класу Grade B або С, але пристойна компанія повинна попереджати покупців, що модуль зроблений з таких елементів і тому ціна нижча, а надійність важко прогнозована і віддача менше.
Для монокристала існують наступні класи елементів сонячних панелей:
• Grade A – вищий клас, самий високий ККД (більше 17%), відсутність сколів, тріщин і подряпин, які призводять до зниження ефективності перетворення світла в електроенергію. Ідеальний зовнішній вигляд, однорідність кристалів, кольору і т. п. Дві половинки різних елементів поряд неможливо відрізнити один від одного.
• Grade B – другий сорт, частковий брак і т. п. Ці елементи швидше старіють і навіть спочатку продуктивність їх менше.
• Grade З – низький сорт, невисокий ККД ( 14% і менше). До візуальних дефектів додаються мікротріщини, відколи відламані шматочки елементів, і т. п. Жоден серйозний виробник з таких елементів модулі не робить.
Якщо прийняти площа монокристаллической панелі (наприклад, 24 200 Вт) за 1 м кв., то у полікристалічної панелі площа аналогічної потужності складе близько 1,25 м кВ.
При порівнянні, якщо монокристал за розмірами такий же, як і поликристалл, значить це другий або третій сорт. ККД монокристала менше 15% означає його низьку якість.

Електричні характеристики сонячної батареї: вольт-амперна характеристика

РБ може працювати при будь-якій комбінації напруги і струму, розташованим на його вольт-амперній характеристиці (ВАХ). Проте в реальності СБ працює в одній точці в даний час. Ця точка вибирається не СБ, а електричними характеристиками ланцюга, до якої дана СБ підключена.
Напруга, при якому струм дорівнює 0, називається напругою холостого ходу (Uхх). З іншого боку, струм, при якому напруга дорівнює 0, називається струмом короткого замикання (Isc). У цих крайніх точках ВАХ потужність СБ дорівнює 0. На практиці, система працює при комбінації струму і напруги, коли виробляється достатня потужність. Краще поєднання називається точкою максимальної потужності (ТММ, або MPP). Відповідні напруга і струм позначаються як Up (номінальна напруга) і Ip (номінальний струм). Саме для цієї точки визначаються номінальна потужність і ККД сонячної батареї.
При прямому з'єднанні СБ до акумуляторної батареї, СБ працює при напрузі, що дорівнює напрузі акумуляторної батареї в даний момент. По мірі заряду АКБ її напруга зростає, тому РБ може працювати в діапазоні напруг від 10 до 14,5 У (тут і далі використовуються напруги для СБ номінальною напругою 12В.) Відповідно, його робоча точка може бути досить далеко від оптимальної. Чому ж виробники вибрали напруга СБ в максимальній точці рівним 17В?
Чому 12-вольт панелі насправді 17-вольтові?
Це зроблено для того, щоб компенсувати втрати напруги в фотоелектричної системі і зберегти можливість повного заряду АКБ. Звичайний питання, яке задають люди - "чому не можна зробити панелі так, щоб вони видавали 12В?" Якщо ви зробите так, то РБ будуть видавати необхідне для заряду АКБ напруга тільки, коли вони холодні, в ідеальному стані і при яскравому сонці. Зазвичай таких умов не буває в реальності. Тому панелі повинні мати запас по напрузі для можливості заряджати АКБ при зниженій освітленості, під пилом і нагрітими на сонці. Всупереч інтуїції, сонячні панелі працюють краще в холодну погоду. В нормальних умовах, коли сонячна панель нагрівається до 40-45 градусів, її потужність знижується на 15-17%.

Вважають, що для роботи споживача потужністю 50 вт необхідна панель 50 вт. У цьому випадку буде дотриманий баланс та АКБ розряджатись не буде.

Справа в тому, що практично мало хто знає, як визначається потужність, що віддається сонячної панелі. На кожній панелі написано, наприклад 50 Вт, струм 2,73 А при напрузі 18,3 Вольт. При штатній ситуації, коли нормальне сонце, панель віддає 2,73 А. Якщо поставити два вольтметра на РБ і на АКБ, то видно, що вранці (при наявності сонця на панелі) на обох приладах напруга приблизно однаково, на РБ на 0,2-0,3 вольт трохи вище, ніж на АКБ. В цей час йде процес заряду АКБ. Потужність, що віддається панеллю в цей час становить 12,6 х 2,73 = 34 Вт. По мірі заряду АКБ напруга на ньому підвищується до 14,2-14,4 Вольт ( на РБ відповідно на 0,2-0,3 Вольт більше при середньому сонце і досягає напруги 17,5 - 18,3 Вольт при яскравому сонці) і через 1 годину різко падає до 13,2-13,8 Вольта. Струм заряду на АКБ встановлюється в межах 0,1-0,2 А, а напруга на СБ зростає до 20,3 Вольт. Від панелі ми фактично отримуємо близько 3 Вт потужності. При розрахунках потужності навантаження треба вважати не 50 Вт, а 34 Вт. Наприклад, при підключенні ноутбука потужністю 70 Вт необхідно для балансу 100 Вт панелі. В цьому випадку не буде розряду АКБ.

Багато хто не надають значення якості буферного АКБ. Вважають, що раз панелі стоять потужні і АКБ потужний, то все буде в порядку.

Треба враховувати стан АКБ. Навіть при невеликому зносі АКБ у нього відбувається швидше розряд і заряд. Це легко перевірити, якщо підрахувати хоча б приблизно, витрата віддається енергії в нічний час, після повної зарядки і його заряд в ампер/годин з ранку до підвищення напруги до 14,2 Вольт або як швидко падає його напруга під невеликим навантаженням. При віддачі енергії з АКБ ємністю 60 Ач в кількості 20 Ач напруга на ньому не повинно бути менше 12,4 Вольт.
В цьому випадку ми маємо постійний недозаряд АКБ, так як контролер заряджений на роботу по напрузі. І як тільки напруга на АКБ досягає 14,2 Вольт і контролер переходить в режим ШІМ-зарядки панель виходить на максимальну потужність. Тільки ця потужність йде в нікуди. Контролер її не приймає без додатково підключених споживачів.

Акумулятори AGM та GEL не виділяють парів електроліту, з ними можна взагалі поруч спати, так і розряджати їх можна мало не до нуля.
Ще не виділяють. Там той же самий електроліт. Тільки напруга заряду повинно суворо контролюватися і для цього почали випускати спеціальні контролери EPHC -EC AGM / SLA. Глибокий розряд ( до 10,8 Вольт) таких АКБ дійсно можливий, наприклад при роботі потужної навантаження, але він зменшує термін служби АКБ в десять разів.

Звертаю увагу користувачів сонячними електростанціями на проблеми, пов'язані із застосуванням АКБ невеликої ємності ( 7 - 18 Ач) в кількості 2 і більше штук з періодичною заміною в режимі заряду-розряду.
1. Необхідно постійно контролювати напруга АКБ перебуває в режимі розряду, з метою недопущення його зниження до 10 Вольт. Контролер просто не запустить станцію в роботу. Як варіант – використовувати інший АКБ як «прикурки».
2. Не факт, що це вийде швидко, так як в режимі заряду двох АКБ ( менше 10 Вольт і більше 12,8 Вольт) контролер відразу виходить на ШІМ з пониженням струму заряду. В результаті заряд слабкою АКБ може розтягнутися на не визначений час. Так як в момент відключення донора ШІМ триває ( так влаштовані мізки контролера. ШІМ програмується на 1-2 години) заряд АКБ йде малим струмом при напрузі 13,4-13,6 Вольт, хоча напруга на АКБ ледь досягла 10,5 Вольт. І ось, як тільки при відключенні донора і сонячної панелі через 2-3 хвилини напруга на АКБ буде більше 11 Вольт (індикатор контролера горить жовтогарячим світлом) з цього моменту починається повноцінний заряд АКБ.

Категорически запрещается устанавливать АКБ с номинальным током заряда менее тока отдаваемого солнечной панелью. Например, панель мощностью 50 Вт отдает ток 2,7А. Минимальная емкость АКБ в данном случае равна 30 Ач. В противном случае (например при зарядке АКБ для эхолота 7 Ач) аккумулятор быстро закипает. АКБ закрытого типа выполненные по технологии AGM или Gel в этом случае просто взрываются.

Запыленность панели не сильно влияет на отдаваемый ток.

В Криму (в Морському) я порівнював панель на візку (кут 60*) і горизонталі. Панель з нахилом у другій половині дня за запиленості давала на 5-10% менше енергії. Горизонтально розташована віддавала вже на 20-25% менше. В лісі пилу набагато менше і різниця була дуже мала і становила близько 5% втрат.