Вплив температури на ефективність сонячних батарей
Температура сонячної батареї є одним із факторів, що впливають на ефективну роботу сонячної електростанції. Так у сонячний та морозний зимовий день генерація сонячної електростанції може бути помітно більшою ніж у такий самий сонячний, але спекотний літній день (за умови оптимального кута розташування сонячних батарей в обох випадках). Як можна пояснити таку різницю у генерації за однакових рівнів сонячної іррадіації?
Розглянемо вплив температури на ефективність на прикладі сонячних батарей LDK 250W.
Таблиця 1. Показники сонячних батарей LDK.
Як видно з температурних та електричних характеристик сонячної батареї (Таблиця 1), температурний коефіцієнт напруги холостого ходу (Voc Temperature Coefficient) значно більший за температурний коефіцієнт струму короткого замикання (Isc Temperature Coefficient), а отже, зі зростанням температури падіння напруги більше ніж збільшення сили струму (Малюнок 1). Тому потужність сонячної батареї, як добуток сили струму на напругу, зі збільшенням температури зменшується, і батарея працює з меншою ефективністю.
Підвищення температури сонячної батареї може призвести не тільки до зменшення потужності, що генерується, але і до неможливості функціонування сонячної електростанції як цілісної системи. Це з тим, що з проектуванні сонячної електростанції підбір устаткування часто здійснюється виходячи з лише загальних технічних характеристик, зазначених у технічної документації, не враховуючи температурних характеристик.
Розглянемо варіанти, коли значна зміна температури сонячної батареї може вплинути на практичну реалізаціюСонячна станція. У випадку, коли сонячні батареї використовуються для заряджання акумуляторів, необхідно переконатися, що напруга, що виробляється сонячною батареєю, у спекотнішу погоду буде не менше напруги акумуляторних батарей. В іншому випадку заряджання акумуляторів не буде. При цьому треба враховувати, що і значне зниження температури навколишнього середовища, а отже, і сонячної батареї, може призвести до відключення контролера заряду або інвертора внаслідок перевищення допустимого значення напруги холостого ходу окремої або послідовно з'єднаної низки сонячних батарей.
Так, в одному з випадків при розрахунку обладнання для домашньої сонячної станції були обрані контролери заряду XW-MPPT60-150 (Xantrex) з максимальною напругою вхідною холостого ходу 150В (Таблиця 2).
Таблиця 2. Допустимі напруги контролера заряду XW-MPPT60-150.
При цьому підключення сонячних панелей батарей здійснювалося за наступною схемою: три паралельні ряди по чотири сонячні батареї в кожному ряду (Малюнок 2).
Рисунок 2. Підключення сонячних батарей до контролера заряду.
Для розрахунку напруги холостого ходу чотирьох послідовно з'єднаних батарей була взята величина напруги 34.8В, вказана для робочої температури номінальної 20°C (сонячні батареї LDК, Таблиця 1.). У цьому випадку розрахункова напруга холостого ходу виходила рівним 139.8В, а з урахуванням втрат у кабелях постійного струму напруга холостого ходу на контролері заряду мало становити близько 130В. Влітку у зв'язку з високою температурою сонячних батарей напруга холостого ходу відповідала розрахунковій напрузі. У зимовий час за значно низьких температур відбувалося відключення зарядногопристрої внаслідок перевищення гранично допустимої напруги 150В. Для усунення цього недоліку доводилося відключати одну батарею з послідовно з'єднаного ряду, що призводило до зменшення генерації, але водночас дозволяло станції працювати при нижчій вхідній напрузі.
Для запобігання зниження ефективності або відмов у роботі обладнання сонячної електростанції, при проведенні розрахунків параметрів окремої або декількох послідовно з'єднаних сонячних батарей, необхідно приймати величину напруги холостого ходу сонячної батареї, враховуючи найнесприятливіші температурні режими роботи. Напруга сонячної батареї збільшується зі зменшенням температури, і схема підключення повинна забезпечувати напругу, що не перевищує допустиму навіть за найнижчих температур. Виробник сонячних батарей вказує напругу холостого ходу в технічній документації, але ці параметри вказані для випробувань при температурі 25°С.
Отже, розібратися в таких тонкощах підбору обладнання для сонячної електростанції може бути складним завданням для простого обивателя. Адже, крім цього, необхідно правильно скласти схеми підключення, підібрати пускозахисне обладнання, систему обліку електроенергії і не помилитися у виборі технологічного обладнання. У вирішенні цих питань можуть допомогти багато інтернет-ресурсів, але надана в інтернеті інформація жодною мірою не зможе замінити практичний досвід реалізації подібних проектів. Оптимальний варіант – вибрати компанію, яка може супроводжувати реалізацію проекту сонячної електростанції від початкового етапу складання всієї необхідної технічної документації до остаточного етапу пуско-налагодження та післяпродажноготехнічне обслуговування. Так, на сайтах багатьох компаній є можливість скористатися онлайн-калькулятором для попереднього розрахунку параметрів сонячної станції та необхідного для її реалізації обладнання. При виборі такої компанії необхідно вимагати виконання розрахунку обладнання та електричних параметрів необхідної сонячної електростанції. Найчастіше такі розрахунки виконуються безкоштовно з допомогою спеціалізованого програмного забезпечення, наприклад«PVsyst». Крім того, бажано, щоб обрана компанія мала досвід не лише в теоретичних розрахунках сонячних електростанцій та продажу необхідного обладнання, а й досвід монтажу, підключення та технічного обслуговування таких проектів.
Малюнок 3. 3Dмодель PVsyst сонячної електростанції.
Більш детально про можливості застосування різного програмного забезпечення для розрахунків різних типів сонячних електростанцій розглянуто в окремій статті.