Как рассчитать кпд солнечной батареи

Способы измерения мощности солнечных батарей

Что нужно для того, чтобы измерить мощность солнечной батареи и не купить, например, батарею мощностью 70 Ватт с маркировкой 100 Ватт? Всего лишь самый дешёвый тестер (мультиметр) и ясная солнечная погода.

Способ №1 (самый простой).

Расположите солнечную батарею так, чтобы на ВСЮ её поверхность падал прямой солнечный свет ПЕРПЕНДИКУЛЯРНО поверхности. Необходимо проводить измерения при ясной погоде в середине дня весной-летом, когда Солнце находится максимально высоко над горизонтом (угол Солнца должен быть более 42 градусов над горизонтом).

Измерьте вольтметром напряжение холостого хода (Voc), подключив щупы вольтметра к разъемам солнечной панели.

Измерьте амперметром ток короткого замыкания (Isc), подключив щупы амперметра к разъемам панели.

Посчитайте мощность по следующей эмпирической формуле: P = Voc * Isc * 0.78, где коэффициент 0,78 — это примерное усреднённое отношение паспортной мощности панели к произведению паспортных Voc и Isc.

Чтобы определить мощность солнечной батареи, у которой в паспорте указано 100 Вт, мы провели измерения напряжения и тока, которые видны на фото выше: Voc = 22.08 Вольт и Isc = 6.37 Ампера. Подставив эти значения в формулу, можно узнать, что её мощность составляет 22.08 * 6.37 * 0.78 = 109.7 Вт.

Конечно, это не точный способ измерения и он даёт погрешность около 10%, но если при таком измерении Вы насчитаете только 70-80 Вт, то стоит задуматься, сколько же Вы реально заплатите за каждый Ватт мощности.

На протяжении многих лет мы неоднократно измеряли ток короткого замыкания солнечных батарей и заметили, что весной-летом при ясном небе в Москве ток обычно лежит в пределах от 95 до 105% от номинала. Самые низкие показания тока (около 70-80% от номинала) наблюдаются зимой и связано это с очень низким углом Солнца над горизонтом и большими потерями солнечной энергии в атмосфере.

Все фото измерений сделаны в Москве, в августе при температуре около 18 градусов в очень ясную погоду, в связи с чем мощность панели превышает свой номинал.

Способ №2 (более сложный).

Это более точный способ, дающий погрешность около 5%, но и более сложный, поскольку понадобится MPPT-контроллер с дисплеем и немного разряженный аккумулятор.

Как и в первом способе, нужно расположить солнечную панель так, чтобы на ВСЮ её поверхность падал прямой солнечный свет ПЕРПЕНДИКУЛЯРНО поверхности. Необходимо проводить измерения при ясной погоде в середине дня весной-летом, когда Солнце находится максимально высоко над горизонтом (угол Солнца должен быть более 42 градусов над горизонтом).

Кроме того, нужно подключить MPPT-контроллер к аккумулятору, а затем панель к MPPT-контроллеру.

На дисплее контроллера отображается напряжение солнечной панели (Vmp) и ток (Imp) в точке максимальной мощности.

Посчитайте мощность по следующей формуле: P = Vmp * Imp

Как видно на фото, для той же панели мощностью 100 Вт, Vmp = 18 Вольт, Imp = 6.0 Ампер. Следовательно её мощность составляет 18 * 6 = 108 Вт.

Отметим, что показания контроллера могут иметь погрешность и для большей точности лучше ориентироваться не на них, а на показания мультиметра, которым можно измерить ток и напряжение солнечной панели, подключенной к контроллеру.

Если контроллер показывает только ток и напряжение аккумулятора, то для вычисления мощности панели нужно учесть КПД контроллера, который составляет около 95%. В этом случае расчет реальной мощности солнечной панели следует выполнять по формуле: P = Vakb * Iakb / 0.95 , где Vakb — напряжение АКБ, Iakb — ток заряда АКБ.

Способ №3 (самый точный).

Абсолютно точный способ — сдать панель в сертифицированную лабораторию, где проведут измерение мощности на специальном оборудовании. Такая лаборатория есть, например, в Зеленограде у компании «Телеком-СТВ».

Если при покупке Вам не повезло с погодой, то Вы можете провести измерения дома и если мощность не будет соответствовать заявленной, то можно сдать панель в магазин в течение 14 дней с момента покупки согласно закону о защите прав потребителей.

Результатами своих измерений мощности по этой методике Вы можете поделиться на нашем форуме.

• Как проверить солнечную батарею при покупке?
• Как выбрать солнечную батарею?
• Сравнение монокристаллических и поликристаллических солнечных батарей
• Качество солнечных батарей китайского производства

КПД солнечных панелей

То что за альтернативной энергетикой и, в частности, солнечными электростанциями будущее, вряд ли у кого вызывает сомнения. Тем не менее потенциальных покупателей всегда интересует вопрос — каков коэффициент полезного действия (КПД) солнечных батарей и как его увеличить? На данный момент эффективность солнечных панелей близка к 22%, и учёные-практики работают над тем, чтобы повысить этот показатель. По сути, именно этот показатель напрямую влияет на то, сколько электроэнергии батарея принесёт в ваш дом.

Что такое КПД солнечных батарей

Практики считают, что КПД упомянутых устройств лучше всего определять как процентное соотношение энергии, которую отдаёт гелиосистема, к той энергии света Солнца, “впитываемого” рабочей площадью ваших панелей. Нужно признать что этот показатель, обычно измеряемый в процентах, за последние 50-60 лет увеличился лишь вчетверо. Хотя признаётся, что их потенциал близок к 90%. Отчего не все 100%? Дело в том, что на эффективность солнечных батарей напрямую влияет несколько факторов:

• Характер атмосферных явлений (попросту, погода).
• Физические свойства материалов, из которых сконструировано устройство, предназначение которого — улавливать максимально широкий диапазон спектра излучения Солнца.
• Фундаментальные принципы работы полупроводников.

По причинам, указанным выше, КПД солнечных батарей в прошлом году составлял:

1. До 5%, если покупатель отдал предпочтение недорогим плёнкам на аморфном кремнии.
2. От 10% до 18%, если покупатель отдал предпочтение современным гибридным плёночным решениям, использующим соединение 2-х и более редкоземельных элементов.
3. От 16% до 19%, если покупатель отдал предпочтение модулям из моно- и поликристаллического кремния. Для этого типа панелей характерны потери энергии, связанные с отражением света от самого устройства или его нагревания. Кроме того монокристаллические электростанции более эффективны, но обходятся дороже.
4. Почти 50%, если покупатель решился приобрести недешёвые многослойные прототипы устройств с дополнительными конструкциями для улавливания солнечных лучей.

Формула расчета эффективности солнечных панелей

Эффективность использования солнечных панелей вычисляется следующим образом:

1. На исследуемую панель направляют контролируемый свет.
2. При помощи устройства под названием люксметр фиксируется уровень излучения на площадь каждого отдельного блока в солнечной панели.
3. Фиксируется среднее арифметическое, далее фотометрические показатели переводятся в энергетическую систему координат.
4. Полученный показатель (Ecp) отмечается, после чего исследуется площадь модульного “кирпича”. При её умножении на среднее арифметическое солнечной радиации, падающей на “кирпич”, исследователь получает общий для модуля показатель энергии. К примеру, 20 Вт.
5. Далее при включённой в электросеть батарее исследуют показатель того, насколько мощный ток она выдаёт. Уровень технологичности батареи пропорционален тому, что получается “на выходе”. К примеру, солнечная батарея с вымышленным КПД 50% даст ток 10 Вт.

Представим для удобства читателей эти данные в виде таблицы:

Мощность “на выходе”, Вт

100 (несуществующий идеал)

Факторы, влияющие на эффективность солнечных батарей

Важно понимать, что этот вопрос необходимо разделить на два блока — качество самих модулей и климатические параметры, в которых используется электростанция. Если использовать простой язык, то эффективность солнечных панелей прямо пропорциональна эффективности работы полупроводников, чьи функции базируются на физических принципах pn-переходов. КПД солнечных батарей, изготовленных из кремния, достаточно невысок. Причина известна — упомянутый материал улавливает исключительно инфракрасный сегмент света. Энергия ультрафиолетового излучения для него остаётся недоступной. Однако отказаться от кремния невозможно из-за его доступной цены. Иные факторы, влияющие на эффективность устройства, не зависят от характеристик материалов и связаны с атмосферными условиями и обслуживанием устройств.

• Чистота поверхностей панели. Энергия, отдаваемая вашему дому гелиосистемой, зависит от чистоты рабочих поверхностей панелей. Ввиду этого, как правило, они устанавливаются таким образом, чтобы дождевые потоки, снег и грязь естественным образом смывались с конструкции.
• Тень. Если выбрано решение, подразумевающее несколько панелей, тень от любого из них не должна падать на соседнюю батарею. Иначе коэффициент полезного действия будет стремительно падать. То же самое касается и тени от ближайшей инфраструктуры — столбов, вышек, деревьев, соседских построек и так далее. Возводить солнечные батареи в этом случае категорически не рекомендуется.
• Погода. Использование гелиосистемы зимой по причине короткого дня и длинной ночи, а также неинтенсивных солнечных лучей в случае пасмурной погоды, менее эффективно. Летом КПД оборудования достигнет 14-15% (жара “съест” 2-3%), зимой — 18-19%. При этом осадки незначительно воздействуют на работу устройств: КПД панелей при наличии облаков снижается на максимум 25% (роль играет плотность облаков). Большинство батарей работает в диапазоне от -40 до +80 градусов по Цельсию. Правило таково: чем ниже температура, тем выше производительность. 25 градусов по Цельсию — наилучшая среда для работы оборудования.
• Вектор доставки света. Панели необходимо располагать так, чтобы они “впитывали” максимум радиации Солнца. Разумеется, юг — лучшая сторона для инсталляции электростанции. Зимой необходимо немного батареи приподнять, летом — опустить.
• Ночь. На данном этапе это неустранимый фактор. В отсутствие света конструкции не функционируют, а их собственники берут свет из общей сети или аккумуляторов. Хотя нужно упомянуть особый вид всепогодных панелей, созданных китайскими учёными в 2017 году; они работают круглосуточно и, соответственно, существенно повышают окупаемость устройства.

Если говорить об Украине, то чем южнее установлены электростанции, тем они эффективнее. Кроме того, восток страны более освещён, нежели её запад. В итоге, лучшее место для установки батарей — это Крым и южная часть Одесской области. Во всех остальных регионах наиболее продуктивны шесть месяцев — с мая по август. И пару слов о панелях, бывших в употреблении. Не рекомендуется их приобретать, поскольку их мощность будет ниже заявленной. Новые панели более эффективны и экономически целесообразны.

Способы увеличения КПД

Разумеется, первый шаг в этом направлении — это корректировка подвластных пользователю факторов, влияющих на эффективность электростанцией — тени, грязи и так далее. Кроме того, у силиконовых фотоэлементов — основы для самых распространённых панелей — есть определённый срок службы. Ещё говорят, что они “деградируют” и теряют производительность. Уже сейчас мировые учёные работают над так называемым “базовым КПД” — уровнем неизменной эффективности. Этот показатель постоянно растёт. Крыша вашего дома, где вы запланировали разместить батареи, может для этого не подходить. Тогда придётся установить их на специальную опору, которая даже позволяет элементам крутиться вслед за солнцем (благодаря поворотному трекеру). Панели меняют не только угол, но и направление. По оценкам, установка одного поворотного трекера даёт сразу плюс 40-50% эффективности. Впрочем, он весьма дорог. На рынке существуют новые высокоэффективные (43,5%) пятислойные панели фирмы Sharp, четырёхслойные фирмы Soy-Tech (44,7%) и устройство в Институте интегральных схем Фраунхофера (Германия). В последнем учреждении эффективность батареи достигает фантастических 47% — это мировой рекорд.

Если вы решили приобрести солнечную электростанцию, специалисты SUNSAY Energy готовы проконсультировать в удобное для вас время и посоветовать панель, идеально отвечающую вашим потребностям.

Хотите максимально выгодно и эффективно использовать энергию солнца — обращайтесь к экспертам Sunsay Energy Закажите бесплатный змер крыши нашим инженерам

Хотите максимально выгодно и эффективно использовать энергию солнца — обращайтесь к экспертам Sunsay Energy Закажите бесплатный змер крыши нашим инженерам

Как подсчитать КПД солнечных батарей по формуле

Невысокий КПД солнечных батарей – один из основных недостатков современных гелиосистем. На сегодняшний день один квадратный метр фотоэлемента способен вырабатывать около 15-20 % от мощности падающего на него излучения.

Такая выработка требует установку батарей больших размеров для полноценного электроснабжения. Более того, чтобы достичь необходимого выходного напряжения, панели соединяются между собой последовательно или параллельно. Их площадь при этом может достигать от нескольких квадратных метров.

Что такое КПД солнечной панели

Численно КПД солнечной батареи – это процентное отношение выдаваемой системой энергии к полной энергии лучистого потока, падающего на рабочую площадь панелей.

Величина потерь связана:

• с физическими принципами функционирования полупроводников;
• особенностями материалов для улавливания максимально широкого спектра излучения;
• внешними атмосферными условиями.

По перечисленным причинам кпд солнечных панелей даже в 2018 году составлял всего:

• для дешевых пленок на аморфном кремнии – около 5%;
• для современных гибридных пленочных вариантов на комбинации двух и более редкоземельных элементов – от 10 до 18%;
• у модулей на поли- и монокристаллическом кремнии – от 16 до 25%;
• у экзотических и дорогостоящих многослойных прототипов солнечных батарей с дополнительными устройствами концентрации солнечного потока кпд равен почти 50%.

Взаимосвязь КПД с материалами и технологиями

Полупроводниковые материалы, являющиеся основой любой гелиосистемы, используют физические принципы ph-перехода. Электрический ток в замкнутой цепи СЭС возникает за счет электронов, выбитых с внешних орбит атомов частицами света. Но кпд почти 80% современных солнечных батарей – кремниевых – не превышает и четверти потенциально возможного. Причина в том, что этот материал работает только с инфракрасной частью спектра, а энергия УФ-излучения ему недоступна. Но пока в массовом производстве именно кремний лидирует из-за своей дешевизны.

Прочие факторы (так, кпд солнечной панели зимой намного отличается от ее же эффективности в летнее время), влияющие на КПД, не связаны прямо с физическими законами, и потому их негативное влияние стараются по возможности уменьшить. Это:

• угол расположение панелей относительно вектора падения света (в идеале ≈ 90°±15°);
• погодные условия (день/ночь, зима/лето, ясно/пасмурно);
• состояние поверхности панелей (установка обычно проводится под углом, чтобы вода, снег и грязь не накапливались естественным образом, и падения кпд солнечных панелей по этим причинам не происходило);
• тень (если элементов много, то их всегда располагают так, чтобы тень не падала на соседний ряд).

Насколько сильно влияние перечисленных факторов:

• Лучи, падающие под большими углами, а также рассеянный свет лучше улавливается современными тонкопленочными панелями на базе, например, пары химических элементов теллур-кадмий. Несмотря на то, что кремниевые солнечные батареи с большим кпд эффективнее в идеальных условиях, при их отсутствии потери у «классики» выше, чем у гибридных батарей.
• Осадки снижают эффективность работы незначительно. Так, кпд солнечных батарей в пасмурную погоду снижается всего на 10-25% (роль играет плотность облаков). Намного хуже тень любых предметов – деревьев, вышек, столбов, соседних строений и пр. Устанавливать панели в таких местах не рекомендуется.
• КПД солнечных батарей зимой также зависит от освещенности больше, чем от температуры воздуха или количества снега.
• Единственный неустранимый фактор – ночное время. Без солнечного потока выработки электроэнергии не происходит, и даже солнечные панели с самым высоким кпд вынужденно простаивают, а владельцы переходят на питание от сети или аккумуляторов.

Теоретически, высокую выработку можно получить, не совершенствуя материалы и не подбирая определенные места для установки электростанций, а кратно увеличивая мощность самого потока. Правда, на Земле это сделать невозможно, но за ее пределами данный факт успешно используется.

Так, несмотря на то, что кпд солнечных батарей в космосе равен такому же на поверхности планеты, мощность лучей светила на орбите достигает 1,37 кВт/м 2 . Это в 2-3 раза больше, чем в самых солнечных регионах, и потому даже раскрывающиеся на космических аппаратах легкие пленочные панели с КПД 10-12% достаточно эффективны.

Исследования и разработки для повышения КПД

Наиболее перспективным направлением исследований считается создание многослойных панелей. Основной упор делается на возможность получения энергии от инфракрасных и ультрафиолетовых лучей, которые во многом более активны, чем видимые части спектра. Работы ведутся и в области очистки кремниевых структур, создания наиболее однородных и чистых кристаллов.

Еще одним направлением является создание максимально плотных и ровных соединений полупроводников. Электрический ток возникает на границе двух материалов, и, если поверхность обоих изобилует впадинами и прочими изъянами, эти участки исключаются из общей рабочей зоны. Проблема технически сложная, поскольку речь идет о микронной точности шлифовки. Для промышленного производства эти методики пока слишком сложны, а цены на панели будут недоступны рядовым покупателям. Процесс исследований происходит непрерывно, поэтому ожидать положительных сдвигов можно в любой момент.

КПД солнечных панелей зависит от целого ряда причин:

• материал фотоэлемента;
• плотность солнечного потока;
• время года;
• температура;
• и др.

Давайте подробнее поговорим о каждом факторе.

Материал фотоэлемента

Виды солнечных батарейСолнечные преобразователи делятся на три вида, в зависимости от метода образования атома кремния:

• поликристаллические;
• монокристаллические;
• панели из аморфного кремния.

Поликристаллические панели изготовлены из чистого кремния и отличаются сравнительно высоким КПД – 14-17%.

Монокристаллические панели менее эффективны в преобразовании солнечной энергии. Их коэффициент полезного действия около 10-12 %. Но невысокие энергозатраты на изготовление таких преобразователей делает их более доступными.

Панели из аморфного кремния (или тонкопленочные) просты и недороги в производстве, как следствие, доступны по цене. Однако, эффективность их значительно ниже, чем у предыдущих двух видов – 5-6%. К тому же элементы тонкопленочных преобразователей из кремния со временем утрачивают свои свойства.

Тонкопленочные батареи также изготавливают с нанесением частиц меди, индия, галлия и селена. Это немного увеличивает их производительность.

Работа в любую погоду

График зависимости мощности от погодных условийДанный показатель зависит от географического расположения панели: чем ближе к экватору, тем выше плотность солнечного излучения.

Зимой производительность фотоэлементов может снизиться от 2 до 8 раз. Это объясняется, прежде всего, скоплением на них снега, сокращением продолжительности и количества солнечных дней.

Важно помнить: в зимнее время следить за наклоном панелей т. к. солнце находится ниже обычного.

Условия эффективной работы

Чтобы батарея работала эффективно, нужно учесть несколько нюансов:

• угол наклона батареи к солнцу;
• температуру;
• отсутствие тени.

Угол между рабочей поверхностью преобразователя и солнечными лучами должен быть близок к прямому. В таком случае эффективность фотоэлементов при прочих равных условиях будет максимальна. Чтобы увеличить КПД дополнительно к ним устанавливают систему слежения за солнцем, которая меняет наклон относительно положения светила. Но подобное встречается нечасто из-за дороговизны оборудования.

В процессе работы многие батареи нагреваются, что плохо сказывается на качестве преобразования энергии солнца в электрическую. Во избежание потерь необходимо оставлять пространство между устройством и опорной поверхностью. Это позволит потоку воздуха свободно проходить и охлаждать преобразователи.

Важно знать: необходимо протирать панели 2-3 раза в год, очищая их от пыли и тем самым увеличивая проходимость лучей солнца.

КПД фотоэлементов непосредственно зависит от количества попадающего на них солнечного света. И очень важно предусмотреть правильный монтаж преобразователей с полным отсутствием теней, падающих на рабочую поверхность. В противном случае может пострадать эффективность всей системы в целом. Как правило, батареи устанавливаются с южной стороны.

Формула КПД солнечной батареи

На практике вычисление КПД фотоэлектрических модулей производится следующим образом.

1. На опытный образец направляется поток света от источника (например, галогенной лампы).
2. С помощью люксметра производится уровень интенсивности излучения на поверхности каждого отдельного модуля, входящей в состав панели.
3. Вычисляется среднее арифметическое значение и с помощью коэффициента перевода (например, для «галогенок» он равен 30 Люкс*м2/Вт) фотометрические величины переводятся в энергетические.
4. Полученное значение Eср. (например, 200 Вт/м2) фиксируется.
5. Далее измеряют площадь поверхности модульного «кирпичика». Если принять длину за 25 см, а ширину – 40 см, то по формуле S = a*b получим S = 0,25 * 0,40 = 0,1м2.
6. Умножив площадь на среднее значение падающей на квадрат энергии, получают общее для всего модуля значение падающей энергии: W = S* Eср., или 20 Вт.
7. Далее для включенной в сеть батареи производят замеры уже выдаваемой мощности солнечной батареи. В зависимости от того, насколько высокотехнологичным является изделие, получают разные значения «на выходе» и, как следствие, эффективность (например, для солнечных батарей с кпд 40% выдача в приведенном примере будет равна 8 Вт).

В виде таблицы это выглядит следующим образом:

Мощность светопотока, Вт	Выдаваемая мощность, Вт	КПД
20	2	10%
20	4	20%
20	8	40%
…	…	…
20	18	90%

Очевидно, что последняя строка в таблице – солнечные панели с 90% кпд – приведена только в качестве теоретически допустимого предела.

Разработки новых типов фотоэлементов и их КПД

Независимо от того, последовательно или параллельно соединяются вместе отдельные элементы (это делается для получения на выходе заранее заданного напряжения или силы тока) кпд современных солнечных батарей от метода компоновки деталей не меняется. Поэтому главные направления повышения их эффективности – поиск новых материалов и вспомогательного оборудования.

В настоящий момент проводятся успешные эксперименты с многослойными конструкциями, где каждый слой улавливает излучение волн различной длины. На практике это уже привело к созданию солнечных батарей с кпд более 40%, и цифра приближается к 50%. Однако только использование в конструкции соединений редкоземельных галлия, индия, а также меди и некоторых видов сульфидов недостаточно. Дополнительными условиями являются:

• фокусирование света на каждую панель с помощью специальных линз;
• внедрение в конструкцию отражающих мини-зеркал;
• создание отдельных диэлектрических прослоек между полупроводниками и т.д.

Но даже с помощью таких сложных схем до теоретического предела пока еще далеко.

Влияние на производительность материала ячеек

• Аморфный кремний, A-Si. Долгое время эффективность преобразования не превышала 5-7%, но с переходом на тонкопленочные технологии поднялась до 14-16%. КПД довольно стабилен, поскольку «рыхлая» по форме поверхность ячеек хорошо поглощает даже слабый или рассеянный свет.
• Поликристаллический кремний, Poli-Si. Номинальные показатели находятся в диапазоне 19-21%. Падение производительности при неблагоприятных световых условиях среднее, что обеспечивается разнонаправленным расположением кристаллов поглощающего слоя.
• Монокристаллический кремний, Mono-Si. Обеспечивает самый высокий выход энергии при идеальных условиях освещения, до 24%. При изменении положения относительно солнца и высоких температурах КПД таких солнечных батарей значительно снижается.
• Теллурид кадмия, Cd-Te. Фотоэлектрические элементы этого типа быстро набирают популярность благодаря сочетанию высокой средней эффективности и низкой цены. Более стабильная производительность, чем у чистых кристаллических кремниевых модулей, достигается идеальной шириной запрещенной зоны p/n-перехода. Коэффициент полезного действия немного меньше поликристаллов, но среднегодовая отдача выше.
• Редкоземельный сульфид меди/индия/галлия, CIGS. Благодаря возможности многослойной компоновки ячеек, способны добиваться максимального поглощения на уровне до 40% и выше. Широко используются в аэрокосмической промышленности, но «на земле» почти не применяются из-за высокой цены.
• Фотовольтаника третьего поколения. В качестве полупроводников использует органику, сложные полимеры или материалы на квантовых точках. Дешевые, простые в производстве и обладают фантастическими способностями поглощения. Несмотря на сравнительно низкий КПД в диапазоне 6-15%, эти солнечные элементы уже сегодня могли бы получить широкое применение, если бы не короткий срок службы. Нынешний рекорд устойчивости не превышает 2000 часов, или менее 3 месяцев, что недостаточно для массового производства и применения.

Уровень КПД солнечных панелей впервые достиг 40%

Ученые из австралийского университета Нового Южного Уэльса объявили о том, что после серии открытых испытаний в городе Сидней они смогли конвертировать солнечный свет в электроэнергию с рекордным показателем эффективности в 40%.

Здесь же важно отметить, что ученые из Австралии являются одними из первых, кто начал устанавливать рекорды КПД при производстве электричества из солнечного света еще с 1989 года.

На тот момент исследователям удалось добиться результатов в 20% эффективности.

Специалисты, стоящие за этим проектом, объясняют, что, несмотря на сегодняшний уровень исследований в области генерации электричества за счет фотоэлектрических систем, такой показатель эффективности, какой удалось добиться в рамках экспериментов в Сиднее, является первым в истории.

В опубликованной статье научного журнала Progress in Photovoltaics Мартин Грин и его коллеги стараются объяснить, почему их успех в повышении КПД при производстве электричества из солнечной энергии дает новые надежды на популярность этой возобновляемой энергии и почему именно она, возможно, однажды станет основным мировым источником энергии.

Ученые объясняют, что при работе над этим проектом они обратились за помощью к австралийской компании RayGen Resources и американской компании Spectrolab. Первая помогла с дизайном и монтажом системы, а вторая занималась производством солнечных панелей.

Своему успеху в повышении уровня КПД при производстве электричества из солнечного света международная команда ученых обязана новому разработанному так называемому оптическому полосовому фильтру, использовавшемуся для захвата того солнечного света, который, в свою очередь, без применения данной технологии попросту тратился бы впустую.

Как объясняет Мартин Грин и его коллеги, данный фильтр был построен специально на заказ и использовался для выборочного захвата и передачи части спектра и при этом отбрасывал те световые волны, которые не представляли интерес в рамках этой серии экспериментов. Другими словами, фотоэлектрическая система, построенная учеными, работала по принципу фокусировки солнечного света.

Один из разработчиков новой системы, доктор Марк Киверс, объясняет, что новый подход по сбору солнечной энергии не является сверхуникальным и при желании его можно использовать повсеместно.

Здесь используются самые обычные солнечные ячейки, какие используются во всех солнечных панелях, установленных в мире.

Другими словами, даже самые обычные солнечные панели можно модернизировать таким образом, чтобы они показывали аналогичные результаты эффективности, какие были показаны в рамках экспериментов в Сиднее.

energo.house, greentechtrade.com.ua, akkummaster.com, mywatt.ru, hi-news.ru, teplo.guru

КПД солнечной батареи – что это?

Всем прекрасно известно, что чем больше коэффициент полезного действия, тем лучше. Это правило распространяется и на КПД солнечных батарей. Благодаря новым технологиям и способам производства КПД фотоэлементов постоянно растет, правда очень медленно, но главное — прогресс не стоит на месте.

Ниже приведен график достижений эффективности разных производителей, с течением времени. Начиная с середины и до самого верха — полупроводники разрабатывались для новых рекордов и космических задач, стоимость соответствующая. Все что ниже уже доступно и реально приобрести в наше время.

Всем известно про КПД, но мало кто понимает откуда берутся эти значения в процентах и как они рассчитываются. Давайте попробуем разобраться.

Как правило, завод изготовитель указывает эффективность своих собранных модулей и эффективность отдельных солнечных элементов, из которых состоит солнечная батарея. Эти параметры, как и другие характеристики, указываются при так называемых стандартных условиях — STS, основными из них является инсоляция 1000Вт/м² и температура элементов 25°С при которых и снимаются технические характеристики, в том числе и эффективность.

В настоящее время добросовестные изготовители стали тестировать каждую произведенную ими солнечную батареи после сборки и делать распечатку индивидуальных параметров, которую вкладывают к каждой батарее. Делается это для подтверждения качества своих изделий.

Ниже приведена распечатка одной из солнечных батарей SY-100 от Suoyang energy:

Каждый модуль имеет свои индивидуальные характеристики. Если взять две одинаковые панели одной модели они все равно будут иметь немного разные параметры.

Солнечные батареи данного производителя имеют положительную толерантность, в итоге мы имеем 104,617 Вт и эффективность 15,74% (отдельный элемент 18,7%). Как он получил это значение?

Формула расчета эффективности солнечных батарей выглядит следующим образом:

КПД = Pсб/Sсб/10, где:

Pсб – мощность СБ;

Sсб – площадь СБ.

Подставим значения в формулу:

КПД = 104,617/(1,2*0,554)/10 = 15,74%

Все сходится, но возникает еще один вопрос: почему тогда КПД отдельных фотоэлементов выше? Ответ прост – все дело в том, что солнечная батарея состоит из множества фотоэлементов и между ними есть небольшое расстояние, которое не используется для выработки энергии, плюс алюминиевая рама тоже «занимает место», соответственно площадь увеличивается, а КПД при этом снижается.

Ниже приведены фотографии и видео некоторых попыток получения большей эффективности фотоэлементов, с помощью создания элементов сложной формы, принудительного охлаждения солнечных элементов и фокусирования света с помощью линз. Возможно новинки хорошо покажут себя, их пустят в массовое производство, и они станут доступными для нас с вами.

Это гибридная солнечная батарея Vitru, в борьбе за эффективность производитель борется с нагревом элементов. Вода в колбе охлаждает элементы, в следствие чего не снижается напряжение и не падает мощность.

Новинка пока не продается и находится в стадии тестирования, но как заявляет V3Solar, весь секрет в конусной форме и вращения конструкции, благодаря этому ячейки не успевают нагреваться и КПД не снижается в течении всего дня.

Видео наглядно демонстрирует в чем заключается смысл задумки:

В отличие от предыдущих идей, борющимися с повышением температуры, эта конструкция в виде шара от Beta Torics, достигает производительности 35% благодаря концентрированному солнечному свету.

Самодельный концентратор из подручных средств, смысл как и в предыдущей установке в виде шара — усиление света, но тут все гораздо проще:

Комментарий автора: Линза заполненная водой имеет размер почти 75 сантиметров в диаметре. Солнечный свет проходя сквозь линзу концентрируется с такой силой, что моментально воспламеняет дерево. Максимальная эффективность достигается в летний полдень, когда солнце находится в зените. Линза выполнена из кристально чистого хлористого винила. Линза концентрирует около 500 Вт солнечной энергии и направляет в точку диаметром 2 см с рассеиванием около 7-15 см.‏