Сонячні батареї – енергія Сонця на електрику (частина друга)
Якихось п'ять-сім років тому майбутній власник геліопанелей обирав би їх виключно серед продукції українських підприємств. За продуктивністю вітчизняні сонячні батареї поступалися імпортним моделям ненабагато, а за вартістю сонячного кіловата – вигравали, адже на західні та американські геліопанелі ціна була вищою. Років два тому ситуація на ринку сонячної енергетики змінилася завдяки Китаю та його активним субсидіям у галузі альтернативної енергетики. Американські та європейські виробники або перемістили свої виробництва до КНР, або вийшли з цього напряму бізнесу. Число українських виробників скоротилося до кількох одиниць. Дешеві китайські сонячні батареї затопили світовий ринок, зайнявши його практично повністю.
Власник заміської нерухомості, який має твердий намір забезпечити своє подвір'я автономним електропостачанням на основі сонячних батарей, вибиратиме моделі геліопанелей серед кількох вітчизняних виробників і багатьох дилерів китайських підприємств сонячної енергетики. І справа зовсім не в тому, що продукція китайських компаній однозначно гірша, а українська – дорожча. Вся справа як моделі сонячних батарей та матеріалів, використаних під час їх виробництва.
У першій частині матеріалу «Про сонячні батареї» розглядалися три типи фотоелектричних елементів, що застосовуються в конструкції геліопанелей – монокристалічні, полікристалічні та тонкоплівкові. На момент написання статті український ринок пропонує домовласникам лише два перші типи сонячних батарей, оскільки тонкоплівкові панелі знаходяться на стадії розробки. Тому особливу увагу приділимо порівнянню характеристик фотоелектричних монокристалів та полікристалів.
Сонячний кремній
Фотоелектричніелементи виготовляються із кремнію – елемента, вкрай поширеного нашій планеті. Відомо, що близько ваги земної кори припадає саме на кремній. Однак у природі кремній присутній виключно у стані окису. Її хімічна формула – SiO2 – це добре відомий пісок, що входить до складу будь-яких бетонів.
Вибір типу фотоелемента
Вітчизняний ринок сонячних батарей представлений моделями, оснащеними або монокристалічні або полікристалічні фотоелектричні елементи. Для прийняття рішення щодо вибору першого або другого елемента необхідно порівняти їх за декількома характеристиками, що базуються на STC (стандартних умовах тестування).
Температурний коефіцієнт потужності. Оскільки геліопанель розміщується на відкритому просторі і вільно висвітлюється сонячним промінням, то піддається нагріванню, що викликає спад номінальної потужності. У особливо спекотний і сонячний день втрати потужності можуть становити близько 25% номінального значення. Значення температурного коефіцієнта для монокристалічних та полікристалічних сонячних батарей у середньому дорівнює -0,45%. Коефіцієнт застосовується так – при зростанні температури геліопанелі на 1 про З її номінальна потужність знизиться відповідно до коефіцієнта. Залежно від якості моделей сонячних батарей та їх виробників, температурний коефіцієнт може бути нижчим або вищим. Наприклад, у продукції найбільших виробників у сфері сонячної енергетики його значення трохи нижче і становить -0,43%.
Ступінь деградації в процесі експлуатації (LID). Сонячні панелі, побудовані з монокристалічних фотоелементів, деградують в умовах інтенсивної інсоляції дещо швидше, ніж полікристалічні аналоги. До кінця першого року експлуатаціїномінальна потужність монокристалічних сонячних батарей у середньому знижується на 3%, тоді як у якісних полікристалічних моделей – лише на 2%. Зазначимо, що деградація геліопанелей особливо висока лише у перший рік їх використання, а в наступні роки становитиме близько 0,71% для монокристалічних сонячних панелей та 0,67% – для полікристалічних. На значення LID особливо впливає якість фотоелементів, тому дуже важливо з'ясувати їхнього виробника. Деякі українські виробники сонячних батарей виробляють свою продукцію на базі фотоелектричних елементів, що закуповуються за низькою ціною у невеликих китайських компаній. Деградація геліопанелей сумнівного походження може становити понад 20% вже за перший рік експлуатації.
Вироблення електроенергії за рік. Якщо порівнювати полікристалічні та монокристалічні фотоелементи з однаковим якісним виконанням, то геліопанелі на монокристалах ефективніші. Вартість. Технологічний процес створення кремнієвих монокристалів обходиться дорожче, ніж виробництво полікристалічних елементів, тому розцінки на сонячні модулі, що базуються на монокристалічні фотоелектричні перетворювачі, завжди будуть вищими.
Підсумуємо результат порівняння – монокристалічні та полікристалічні сонячні батареї різняться між собою за вартістю, займаною площею при рівній номінальній потужності (геліопанелі на полікристалах вимагатимуть більше місця для встановлення), терміну служби (фотоелементи намонокристалах служать довше). Їхні експлуатаційні характеристики визначаються не типом фотоелемента, а якістю самих кристалів, точністю складання сонячних батарей.
Оцінка якості сонячних батарей
Кожна сонячна батарея покрита спеціальними плівками, які забезпечують її експлуатаційні характеристики. При цьому якість цих плівок неоднакова.
Плівка EVA, використовується для ламінації сонячної батареї з лицьового (звернутого до сонця) боку. Призначена для забезпечення герметичності панелі, зниження деградації фотоелементів. EVA виробляється з етиленвінілацетату, має високу світлопроникність і міцність (використовується при створенні скла триплекс). Термін служби плівки залежить від якості закладеної при виробництві, він може бути від 5 до 25 років. Дешева плівка EVA тримає сонячний ультрафіолет у середньому 3-5 років, потім швидко втрачає прозорість, жовтіє та відстає від сонячної батареї. Зовнішньо якісні та низькоякісні типи плівки EVA ніяк не відрізняються, різниця з'ясовується лише через кілька років експлуатації геліопанелі.
ПЕТ плівка для зворотного боку сонячної панелі (PET Backsheet). Призначена для захисту батареї від пилу та вологи, ізолює енергосистему. Дешева ПЕТ плівка має ті ж недоліки, що і низькоякісна EVA – жовтіє, розтріскується та пропускає вологу, в результаті геліопанель припиняє працювати через 4-6 років з моменту введення в експлуатацію.
Деякі виробники сонячних батарей, як правило, маловідомі або невеликі, використовують свою систему класифікації фотоелементів, зовні схожу на прийняту у світовій сонячній енергетиці – додають плюси (наприклад, А++), літери (наприклад, АА або АВ), цифри ( наприклад, А1 чи А2). Усі ці заходи означають лишеспробу видати Grade B за Grade A, тобто. зобразити менш якісні фотоелементи продукцією із найвищими експлуатаційними показниками.
Технічні характеристики сонячної батареї
Вивчаючи опис геліопанелей у техпаспорті, слід звернути увагу на:
- допустимі відхилення (толеранс) за потужністю. Вказуються в негативному та позитивному діапазоні, при цьому якісні моделі матимуть позитивний толеранс. Наприклад, паспортна потужність 50 Вт, толеранс 0+4 Вт;
- температурний коефіцієнт. Позначає вплив температур на напругу, потужність та струм. У разі зростання температури значення перших двох параметрів знижуються, а останнього – зростає. Чим нижчий коефіцієнт Pmax, тим краще;
- коефіцієнт корисної дії сонячної батареї Чим вище ККД, тим краще – буде потрібна менша площа геліопанелей для забезпечення електроенергією побутових споживачів;
- потужність та габарити. Чим вище потужність модуля сонячної панелі, тим дешевша його ціна на ват. Тому для досягнення необхідної потужності слід придбати кілька модулів більших габаритів, ніж дрібних. Перш за все це дешевше, а також вдасться підвищити надійність всього комплексу геліопанелей за рахунок меншого числа з'єднання між модулями;
- терміни гарантії та служби. Серйозні виробники дають понад 5 років гарантії на якість складання та заявляють не менше 20 років терміну служби.
Комплектація обладнання
Вироблений фотоелементами геліопанелі електричний струм запасається в акумуляторах. Їх заряд витрачається на потреби побутових споживачівнічний час та при недостатньому ступені освітленості сонячних панелей (у похмурі дні).
Контролер заряду керує циклами зарядки та розрядки геліопанелей, відстежує та не допускає перевищення заряду акумуляторів та надмірної їх розрядки. Зазвичай вбудовується в акумуляторні блоки БП або інвертор. Інвертор призначений для зміни параметрів струму з постійного, напругою 12, 24 або 48 В, на змінний, що має напругу 220В. Без інвертора геліосистема зможе живити тільки портативні побутові прилади, розраховані на постійну напругу, або енергозберігаючі лампи на світлодіодах.
Виробники та ціни
В Україні знаходяться сім відносно великих підприємств, що створюють сонячні батареї – московські ВАТ «НВП Квант» та ТОВ «Інверта», зеленоградські ТОВ «Санвейс» та ЗАТ «Телеком-СТВ», ВАТ «Рязанський завод металокерамічних приладів», краснодарські ТОВ «Сонячний вітер» » та ВАТ «Сатурн».
Вартість вата сонячної панелі без урахування акумуляторів, інвертора та контролера заряду, в середньому становить 85 руб. Повний комплект геліосистеми з настановною потужністю 800 Вт обійдеться покупцеві в суму близько 143 000 руб.
Встановлення сонячних батарей
Поверхні Землі досягають два типи сонячних променів – прямі та розсіяні. Перші надходять від Сонця, їхня потужність залежить від чистоти неба, положення сонячного диска по відношенню до горизонту, а також від положення площини, що висвітлюється до Сонця. Верхні шари атмосфери формують розсіяні промені, їх інтенсивність пов'язана з властивостями, що відбивають земної поверхні і станом атмосфери. Наприклад, відбиток розсіяних променів між засніженою землею і щільними хмарами, що чергується, призводить до високих значень їх потужності. Тому геліопанелі виробляють електричну.енергію і за відсутності прямих сонячних променів, але все ж таки їх максимальна продуктивність досягається в погожий день і при розташуванні панелей строго перпендикулярно по відношенню до сонячних променів.
Сонячні панелі необхідно встановлювати під кутом по відношенню до горизонту, при цьому величина кута визначається згідно з географічним положенням будівлі, на якій вони змонтовані. Сувора відповідність оптимальному місцезнаходження та куту не принципово. Через обертання нашої планети положення сонця за день змінюватиметься у напрямку зі сходу на захід, а сонячне проміння – надходити на поверхню землі під непостійним кутом.
Монтаж геліопанелей виконується жорстко, змінювати своє становище і обертатися за сонцем вони можуть. Тому продуктивність сонячних батарей протягом світлового дня непостійна.
Також кут падіння сонячних променів змінюється в залежності від пори року. Під час зими сонце знаходиться під гострішим кутом по відношенню до горизонту, ніж у літні місяці. Відповідно, сонячним панелям слід надати більшого кута – цей захід дозволить фотоелементам ефективно поглинати розсіяні промені, відбиті сніговим покривом. Крім того, великий кут захистить сонячні батареї від накопичення на них снігових мас.
Ближче до літа кут нахилу геліопанелей потрібно зменшити для їхнього переорієнтування під прямі сонячні промені. В ідеальних умовах установку панелей слід проводити так, щоб кут їх нахилу можна було змінити відповідно до пори року. Якщо це неможливо, то вибирається оптимальний кут – середній між найбільш відповідними значеннями для зими та літа. Оптимальний кут визначається за широтою даної місцевості та відповідає її значенню. При допустимості сезонних змін сонячного нахилубатареї, взимку до широти потрібно додати 12-15 о, а влітку навпаки - відібрати ті ж 12-15 о. Зверніть увагу - повороти геліопанелі менше ніж на 5 про оптимального кута на її продуктивність впливу практично не надають.
У північній півкулі Землі сонячні батареї слід орієнтувати лише на південь.
На завершення
За наявності центрального електропостачання додатково реалізовувати систему електроживлення від сонячних батарей невигідно. Дійсно, якісні геліопанелі прослужать власнику не менше чверті століття, якщо виконувати їх обслуговування не рідше ніж один раз на сім років. Але акумулятори та силова електроніка мають менший термін служби – в середньому від 5 до 12 років, а отже, доведеться нести витрати на їх заміну. На цьому вивчення сонячних панелей завершено. Серію "Автономне енергопостачання заміського будинку" продовжить матеріал, присвячений вітрогенераторам.