Главная

Фотоэлектрический модуль

Солнечный модуль выполнен в виде панели, заключенной в каркас из алюминиевого профиля. Панель представляет собой фотоэлектрический генератор, состоящий из стеклянной плиты, с тыльной стороны которой между двумя слоями герметизирующей (ламинирующей) пленки размещены солнечные элементы, электрически соединенные между собой металлическими шинами. Нижний слой герметизирующей пленки защищен от внешних воздействий слоем защитной пленки. К внутренней стороне корпуса модуля прикреплен блок терминалов, под крышкой которого размещены электрические контакты, предназначенные для подключения модуля.

Виды солнечных элементов и их отличия.

В зависимости от того, каким образом организованы атомы кремния в кристалле, солнечные элементы делятся на виды:
  • Солнечные элементы из монокристаллического кремния;
  • Солнечные элементы из поликристаллического кремния;
  • Солнечные элементы из аморфного кремния;
  • Солнечные модули из монокристаллического кремния;

Монокристаллические элементы имеют наивысшую эффективность преобразования энергии. Основной материал -крайне чистый кремний, из которого изготовлены монокристаллические солнечные панели, хорошо освоен в области производства полупроводников. Кремниевый монокристалл растет на семени, которое медленно вытягивается из кремниевого расплава. Стержни, полученные таким путем, режутся на части толщиной от 0,2 до 0,4 мм . Затем эти диски подвергаются ряду производственных операций, таких как:
  • обтачивание, шлифовка и очистка;
  • наложение защитных покрытий;
  • металлизация;
  • антирефлексионное покрытие.
    Солнечные модули из поликристаллического кремния. Поликристаллический кремний развивается, когда кремниевый расплав охлаждается медленно и находится под контролем. При производстве поликристаллических панелей операция вытягивания опускается, оно менее энергоемкое и значительно дешевле. Однако внутри кристалла поликристаллического кремния имеются области, отделенные зернистыми границами, вызывающие меньшую эффективность элементов.

    Солнечные модули из аморфного кремния .Аморфный кремний получается при помощи «техники испарительной фазы», когда тонкая пленка кремния осаждается на несущий материал и защищается покрытием. Эта технология имеет ряд недостатков и преимуществ:

  • процесс производства солнечных панелей на основе аморфного кремния относительно простой и недорогой;
  • возможно производство элементов большой площади;
  • низкое энергопотребление.
Однако:
  • эффективность преобразования значительно ниже, чем в кристаллических элементах;
  • элементы подвержены процессу деградации.

Наибольшее распространение получили солнечные модули из монокристаллических или поликристаллических кремниевых элементов. Солнечные элементы могут быть круглыми (диаметром 100,125 и 150 мм) или квадратными (82 х 82,100 х х 100 или 125 х 125 мм). Мощность элементов - 0,9...2,7 Вт.Рис.1.

    Солнечные модули наземного использования обычно конструируются для зарядки свинцово-кислотных аккумуляторных батарей с номинальным напряжением 12 В. При этом последовательно соединяются 36 солнечных элементов (и затем собираются в модуль, разрез которого показан на рис. 1.) Полученный пакет обычно обрамляют в алюминиевую раму, облегчающую крепление к несущей (опорной) конструкции. Мощность солнечных модулей может достигать 10...300 Вт. Электрические параметры таких модулей представляются в виде вольтамперной характеристики, снятой при стандартных условиях (Standard Test Condition - STC), т.е. когда мощность солнечной радиации составляет 1000 Вт/м2, температура элементов - 25°С и солнечный спектр - на широте 45° (рис. 2).Рис.2.
 
    Точка пересечения кривой с осью напряжения называется напряжением холостого хода Voc, а с осью тока - током короткого замыкания Isc. На этом же рисунке приведена кривая мощности, отбираемой от солнечного модуля в зависимости от напряжения нагрузки. Номинальная мощность модуля определяется как наибольшая мощность при STC. Значение напряжения, соответствующее максимальной мощности называется напряжением максимальной мощности Vmp (рабочим напряжением), а соответствующий ток - током максимальной мощности Imp (рабочим током). Значение рабочего напряжения для модуля, состоящего из 36 элементов приблизительно равно 16... 17 В (0,45...0,47 В/элемент) при 25°С. Такой запас по напряжению необходим для того, чтобы компенсировать снижение рабочего напряжения при нагреве модуля (солнечным излучением) - температурный коэффициент напряжения холостого хода для кремния составляет ~ -0,4%/градус. Температурный коэффициент тока -положительный (0,07%/градус). Напряжение холостого хода модуля мало меняется при изменении освещенности (в то время как ток короткого замыкания прямо ей пропорционален). КПД солнечного модуля определяется как отношение максимальной мощности (модуля) к общей мощности излучения, падающей на его поверхность при STC, и составляет 11...15%.
 
Таблица 5. Количество дней без солнца на разных широтах по сезонам
Широта местности,° Летние месяцы Осенние и весенние Зимние месяцы
30 2...4 3...4 4...6
40 2...4 4...6 6...10
50 2...4 6...8 10...15
60 3...5 8...12 15...25
70 3...5 10...14 20...35

Для получения необходимой мощности и рабочего напряжения модули соединяют последовательно или параллельно. Таким образом получают фотоэлектрический генератор. Мощность генератора всегда меньше, чем сумма мощностей модулей - из-за потерь, обусловленных различием в характеристиках однотипных модулей (потерь на рассогласование). Чем тщательнее подобраны модули в генераторе (или, чем меньше различие в характеристиках модулей), тем меньше потери на рассогласование. Например,при последовательном соединении десяти модулей с разбросом характеристик 10% потери составляют приблизительно 6%, а при разбросе 5% -уменьшаются до 2%.