Получить подробный расчет

ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОЛНЕЧНЫХ ПАНЕЛЕЙ

кпд солнечных панелей
26
July

КПД солнечных панелей — это характеристика их эффективности, определяемая как отношение мощности, вырабатываемой солнечным элементом, к мощности падающего излучения: ƞ = Рmax / Pпад * 100%. Это один из главных показателей, на который обращают внимание при покупке оборудования и по которому можно оценивать их качество.

Солнечная панель является фотоэлектрическим генератором, состоящим из солнечных (фотоэлектрических) элементов (СЭ) между слоями герметизирующего материала, стеклянной верхней плиты и защитной пленки. Фотоэлектрический элемент генерирует электрическую энергию, когда освещается светом. В зависимости от интенсивности инсоляции, СЭ производит разное количество энергии. Коэффициент полезного действия показывает, какое количество света, падающего на поверхность панели, будет трансформировано в электричество.

Содержание статьи:

От чего зависит КПД солнечных батарей

Средний показатель КПД солнечных батарей по отрасли составляет около 18%. Эта величина зависит в первую очередь от кристаллического состава поглощающего материала фотоэлектрических элементов. Наиболее популярными во всем мире являются кремниевые элементы трех видов:

  • СЭ на основе монокристаллического кремния с КПД до 23% — производятся из (с-Si) кремниевых подложек псевдоквадратной формы, вырезанных из слитков сверхчистого кремния, выращенного по сложной технологии. Кремний легируют донорными и акцепторными примесями для снижения отражающих свойств, текстурирования поверхности и создания омических контактов;
  • СЭ на основе поликристаллического кремния с КПД в пределах от 14 до 18% — изготавливаются из квадратных кремниевых подложек, вырезанных из поликристаллических слитков, выращенных в кварцевых тиглях. Для этой цели применяется  слитки (mc-Si) кремния невысокой степени очистки или отходов сверхчистого кремния; 
  • СЭ на основе из аморфного кремния с КПД в среднем 8% — это легкие, тонкопленочные панели, на изготовление которых берут a-Si некристаллический аморфный кремний, характеризующийся только ближней упорядоченностью структуры. Для производства одинакового количества электричества, панелей из аморфного кремния понадобится больше, чем монокристаллических. 

Кристаллические кремниевые фотоэлементы обеспечивают наивысшую продуктивность преобразования энергии среди всех коммерческих модулей.

Следующая важнейшая группа факторов, которые влияют на эффективность работы солнечных панелей, включает в себя специфику оборудования и монтажа. К ней относятся:

  • выбор качественного и высокотехнологичного оборудования, согласование его по характеристикам; 
  • потери в проводке, инверторе и контроллере;
  • скорость деградации в ходе эксплуатации;
  • выбор места установки и профессиональный монтаж;
  • ориентация модулей — в южном, юговосточном, югозападном направлении выработка будет максимальной;
  • правильный угол наклона панелей с учетом координат солнца;
  • качество сервисного обслуживания.

К другим важным факторам относятся природные, такие как:

  • географическое положение;
  • спектр и интенсивность инсоляции;
  • погода — в дождь, снегопад и в пасмурную погоду генерация уменьшается;
  • продолжительность дня — зимой количество солнечных часов меньше, чем летом;
  • время года — в межсезонье выработка электроэнергии максимальная, поскольку освещенность и температура воздуха находятся в оптимальном соотношении; 
  • температура окружающей среды и ее влияние на нагрев панели — летом генерация может снизиться из-за жары и чрезмерный нагрев модулей.

Из всех групп факторов, от которых зависит КПД, есть те, на которые мы не можем повлиять — это климатические особенности в месте расположения СЭС. Однако покупка высококачественного оборудования, как и выбор профессиональной компании-установщика, зависит исключительно от вас. 

новые солнечные технологии

Максимальные показатели КПД солнечных панелей

На максимальные показатели КПД солнечных панелей влияют в первую очередь технологии и инновации, внедряемые лидерами фотоэлектрической отрасли. Ведущие мировые компании имеют исследовательские центры и направляют огромные ресурсы на повышение эффективности фотоэлектрических продуктов. 

Технологии таких компаний, как Longi Solar, JinkoSolar, Трина Солар, Canadian Solar, JA Solar считаются одними из самых передовых. Например, китайский производитель Trina Solar имеет государственную лабораторию фотоэлектрической науки. Компанией подано свыше 2000 заявок на патенты в фотоэлектрических технологиях, из которых зарегистрировано более 1350 патентов, в т. ч. 50% на изобретения. Канадская компания Canadian Солар имеет 2016 авторизованных патентов и НИИ с 595 опытными сотрудниками.

Остановимся подробнее на максимальных показателях коэффициентов на примере некоторых надежных брендов:

  1. Longi Solar Technology заявила в 2020 году, что установила новый мировой рекорд эффективности преобразования монокристаллических элементов PERC 24,06%. Эффективность фотовольтаической панели при этом достигла 22,38%. 
  2. JinkoSolar в 2018 году стала мировым рекордсменом по КПД ячеек Poly PERC и Mono PERC р-типа — 22,04% и 23,95% соответственно. Мономодули р-типа содержат ячейки JinkoSolar с рекордной результативностью. Эти элементы сочетаются с технологией низких потерь, которая снижает внутреннее сопротивление модуля и улучшает его коэффициент заполнения.
  3. В 2019 году Трина Солар достигла показателя КПД 23,22% с модулями n-типа i-TOPCon на монолитной подложке. В 2021 году высокоэффективный монокристаллический модуль Vertex p-типа, основанный на 66 элементах PERC размером 210 x 210 мм, достиг рекордной эффективности апертурного модуля 23,03% для промышленного кремния p-типа большой площади.
  4. Canadian Solar в марте 2020 года зафиксирован новый мировой рекорд продуктивности мультикристаллических устройств р-типа с КПД 23,81%. 
  5. Научные центры Европы сделали прорыв в повышении КПД гибких фотоэлементов из аморфного кремния — в настоящее время максимальный результат для элемента CIGS превысил 20 процентов

Существуют большие различия между эффективностью лучших фотоэлементов из кристаллического кремния для исследований и соответствующих промышленных элементов. Эффективность стандартных промышленных монокристаллических фотоэлементов остается в диапазоне около 18%, что значительно ниже уровня эффективности 25% лучших исследовательских ячеек. Промышленные продукты ограничены экономическими факторами и процессами, которые подходят для высокоскоростного автоматизированного производства с использованием недорогих материалов.

Как увеличить КПД солнечных панелей

КПД солнечных панелей можно увеличить несколькими способами. В настоящее время одним из популярных и доступных методов повышения продуктивности панелей без увеличения их количества является применение оптимизаторов мощности, принцип работы которых заключается в отслеживании точки максимальной мощности (МРРТ). Устройство постоянно вычисляет точку на панели, в которой сочетание тока и напряжения дает максимальную генерацию. 

Применение оптимизаторов мощности увеличивает КПД электростанций и в случае, когда на одну или несколько панелей попадает тень в течение дня. Если соединение последовательное, снижение генерации в одном модуле приведет к снижению генерации модулями всей линии. При применении МРРТ, которые отслеживают точку максимальной мощности отдельно на каждом модуле, повышается эффективность всей системы.

Если говорить о КПД электростанций, следует выбирать все оборудование с высокой эффективностью. Для контроллеров и инверторов коэффициент должен быть 95% и более. В случае, когда КПД для инверторов составляет менее 85%, 15−20% от общей мощности массива, панели будут работать только на инвертор. Если электричество генерируется высокотехнологичными дорогими панелями, такие потери недопустимы.

Для повышения производительности СЭС применяют также солнечные трекеры и концентраторы света. Трекеры отслеживают положение солнца и меняют наклон модулей для обеспечения оптимального угла между потоком света и поглощающей поверхностью. Концентраторы фокусируют энергию солнца с помощью оптических устройств, увеличивая тем самым плотность лучей в сотни и тысячи раз.

Целесообразность применения того или иного способа для конкретного случая и региона определяют специалисты компаний возобновляемой энергетики. Инженеры выберут способ, который принесет вам больше выгоды. 

Как увеличить КПД солнечных панелей

Как увеличить КПД: солнечные инновации и перспективы 

Многие исследовательские институты постоянно работают над тем, чтобы повысить эффективность работы солнечных панелей  для увеличения производства электроэнергии на заданную площадь. Ученые и инженеры рассматривают несколько перспективных направлений:

  1. Выбор различных материалов, таких как CdTe, GaN, SiGaAs, Ge, InP, a-SiH, cSi, приведет к изменению ширины запрещенной зоны и повышению продуктивности фотоэлемента. 
  2. Создание многослойных, многопереходных элементов с большим количеством материалов, которые могут эффективно использовать полный солнечный спектр для преобразования в электричество путем изменения пределов запрещенной зоны. Например, наслоение на кремний полупроводникового материала фосфида арсенида галлия. Оба материала успешно преобразуют энергию видимого света, а кремний хорошо поглощает еще и инфракрасную часть спектра.

Высокая эффективность преобразования энергии и низкая стоимость обработки могут быть достигнуты одновременно только за счет разработки новейших технологий, которые могут привести к КПД более 25% и коммерчески оправданным производственным затратам.

Сохранение эффективности

На сохранение эффективности солнечных батарей в ходе эксплуатации влияет скорость их деградации (старения). Со временем выработка электричества медленно снижается. Моно- и поликристаллические устройства теряют примерно 10% эффективности на протяжении всего периода работы, тонкопленочные — около 40%. 

В среднем фотоэлементы на основе кристаллического кремния уменьшают производительность со скоростью 1% каждый год. Однако качественные монокристаллические элементы, выпущенные с 2020 года, могут стареть со скоростью только 0,4%. От чего это зависит? От технологий и качества. Например, с технологией снижения деградации анти-LID и анти-PID некоторые производители предлагают годовую гарантию мощности ≥98%.

Лучшее решение для сохранения эффективности — это изначально купить продукт одного из ведущих инновационных брендов и обратиться за услугами к профессиональной компании-установщику. SOLAR GARDEN поможет выбрать наиболее рациональную комплектацию СЭС и правильный способ монтажа для реальных условий и конкретных целей.

Последние новости