1.4.2. Принципы применения солнечных батарей

1.4.2. Принципы применения солнечных батарей

Сегодня можно самостоятельно собрать устройство для обеспечения электропитания посредством солнечной энергии, специально преобразованной в электрический ток и накопленной с помощью электронных устройств и аккумуляторов. Такие электронные устройства состоят непосредственно из солнечной батареи (солнечных элементов, соединенных в батарею), аккумулятора, преобразователя (инвертора) тока (из постоянного – в переменный). Таким образом, иметь дома источник альтернативного питания с сетевым напряжением 220 В вполне доступно.

На рис. 1.10 представлена блок-схема устройства источника питания от солнечной батареи.

Рис. 1.10. Блок-схема устройства источника питания от солнечной батареи

Согласно представленной иллюстрации полезная мощность (и ее смысл для потребителя) зависит от мощности каждого элемента устройства. Здесь уместно вспомнить старую, но верную поговорку: «скорость эскадры определяет самый тихоходный корабль».

И, соответственно, при разработке проекта обеспечения дома альтернативной энергией, учитывать технические и электрические характеристики каждого и слагаемых.

Давайте рассмотрим этот тезис на простом примере. Для обеспечения работы одного современного электрочайника требуется запас мощности около 2 кВт, то есть не менее 11 батарей типа ТСМ-180-12 (с запасом).

Солнечные батареи мощностью 1 кВт, сегодня имеет розничную цену порядка 180 000 руб. Для сравнения дизельному электрогенератору для выработки 1 кВт/час электроэнергии потребуется до 0,33 литров дизельного топлива. При стоимости топлива 32 руб./литр затраты на топливо составят примерно 10 руб. за 1 кВт/час. Приобрести такой генератор с размером, сопоставимым с двумя-тремя системными блоками ПК, можно за 15 000 руб. Выводы делайте сами.

Ценообразующим фактором солнечной батареи (и ее отдельных элементов) является полезная мощность (напряжение и выходной ток).

К примеру, сегодня стоимость готовой солнечной батареи типа ТСМ-180-12 (производится в России) с номинальным напряжением 12 В и полезной мощностью 180 Вт сегодня составит порядка 15 тыс. рублей (для сравнения 2011 год – 30 000 рублей).

Устройство ТСМ-180-12 представляет собой монокристаллический солнечный фотоэлектрический модуль (панель) максимальной мощностью 180 Вт ±5 %, разработанный специально для систем автономного и резервного электроснабжения частных домов. Для примера – в летний ясный день один лишь модуль ТСМ-180-12 способен выработать до 1080 Вт/часов электроэнергии.

Солнечные элементы ламинированы под закаленным текстурированным стеклом, увеличивающим количество пропускаемого света, что позволило повысить выработку электроэнергии до 15 % при различных уровнях освещенности и любых погодных условиях. Станина модуля (рамка) изготовлена из анодированного алюминия. На тыльной стороне расположена пластиковая влагозащищённая клеммная коробка.

Такие факторы, как герметичная конструкция и использование монокристаллических кремниевых солнечных элементов (их значение выше) вполне обеспечивают срок службы модуля не менее 20 лет с сохранением не менее 90 % первоначальной мощности (декларированная гарантия производителя).

КПД примененных солнечных элементов составляет порядка 17 %. Итоговый КПД единицы площади модуля ТСМ-180 (12) составляет около 14 %.

Преимущества этого модуля продолжают такие фактора, как низкая цена, отсутствие обязательного требования квалифицированного обслуживания (необслуживаемая), защищенность от осадков и непогоды, может работать в сочетании с ветрогенераторами, другими генераторами, с перспективными возможностями «помодульно» наращивать эквивалентную мощность.

В табл. 1.3 представлены некоторые технические и электрические характеристики модуля ТСМ-180-12

Таблица 1.3. Технические и электрические характеристики модуля ТСМ-180-12

Примечание к табл. 1.3.

*Максимальная выходная мощность соответствует максимальному значению произведения силы тока U_м на напряжение I_м, в «точке максимальной мощности» на графике ВАХ модуля. Мощность модуля измеряется под воздействием симулятора солнечного излучения при 3-х обязательных условиях:

• уровень освещенности равен 1000 Вт/м?, что в естественных условиях может достигаться довольно в редких случаях: на экваторе в день осеннего/весеннего равноденствия, когда солнечные лучи падают перпендикулярно поверхности Земли;

• спектр соответствует спектру солнечной засветки на широте местности 45° при AM 1,5 (после прохождения солнечного света полторы толщины атмосферы);

• температура фотоэлектрического модуля при тестировании составляет 25 °C.

**U_хх – напряжение холостого хода, которое соответствует напряжению между положительным и отрицательным контактами солнечного модуля при разомкнутой цепи (сила тока равна нулю).

U_хх может быть измерено цифровым вольтметром с большим сопротивлением.

***Номинальное напряжение – условное обозначение, показывающее каким номинальным напряжением должна обладать аккумуляторная батарея (или банк аккумуляторных батарей), при подключении к солнечному модулю. Подключение осуществляется через электронный контроллер заряда, способный работать на данном номинальном напряжении и передавать максимальную мощность, вырабатываемую солнечным модулем.

Внимание, важно!

На обратной стороне модуля указывается реальная измеренная величина мощности. В связи с этим итоговая стоимость модуля может незначительно измениться пропорционально отклонению от стандартной мощности, указанной в наименовании модели.

Для сравнения в табл. 1.4 представлены некоторые технические и электрические характеристики модуля ФСМ-300.

Таблица 1.4. Электрические и технические характеристики солнечного модуля ФСМ-300

Учитывая относительно небольшую выходную мощность, источник на основе лишь одного элемента-модуля нельзя назвать удовлетворительным для дома. Поэтому, потребители, обладающие серьезным финансовым ресурсом, соединяют модули в солнечные батареи, дополняют их устройствами контроля заряда аккумуляторов, мощными преобразователями энергии и в таком виде система может уже обеспечивать бесперебойное энергоснабжение, к примеру, коттеджа, хотя окончательная стоимость соизмерима с несколькими сотнями тысяч рублей.