Андрей Кашкаров - Автономное электроснабжение частного дома своими руками

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 Uм на напряжение Iм, 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/м², 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.

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

Uхх 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.

В табл. 1.5 и 1.6 представлены электрические характеристики солнечных модулей и батарей.

Таблица 1.5. Электрические характеристики солнечных модулей отечественного производства

Примечание к табл. 1.5.

Измерения проводились при стандартных температурных условиях +25 °C.

Табл. 1.6. Электрические характеристики солнечных батарей

Примечание к табл. 1.6.

*Односторонний кремниевый монокристаллический модуль под стеклом в алюминиевой рамке с клеммной коробкой на обратной стороне корпуса. Применено специальное текстурированное стекло, в котором потери световой энергии минимизированы, что позволило получить примерно на 15 % больше мощности с единицы площади модуля.

Ток при напряжении максимальной мощности: 7,7 А; вес 22 кг.

На рис. 1.11 представлена солнечная батарея TSM-30 12.

Рис. 1.11. Солнечная батарея TSM-30-12

Ее пиковая мощность соответствует напряжению около 0,47 В (на одном элементе).

Элемент размером 100×100 мм может генерировать 1…1,6 Вт. Средний срок службы 20 лет. Рабочая температура TSM-30 12 в диапазоне -40 до +80 °C

На рис. 1.12 представлена гибкая солнечная батарея TSM-15F-12.

Рис. 1.12. Гибкая солнечная батарея TSM-15F-12

Характеристики солнечного модуля ТСМ-15F-12

Кремниевый монокристаллический модуль на гибкой основе мощностью 15 Вт ±5 % с номинальным напряжением 12 В, полезным током 0,9 А, весом 330 г.

Сверхтонкий, погодостойкий, сверхоблегченный.

Аналогичные гибкие солнечные панели типов FPS-33W и FPS-54W компании AcmePower из аморфного кремния можно поместить практически в любой туристический багаж – от рюкзака до автомобильного багажника.

Миниатюрные батареи солнечных элементов (панели) применяются в широком спектре электронных устройств, в том числе и для зарядки определенных моделей сотовых телефонов.

Солнечные батареи фирмы Sharp

Солнечные батареи из монокристаллического кремния фирмы Sharp, произведенные из монокристаллического кремния, состоят из 72 ячеек (серия NT) или 48 ячеек (серия NU). Диапазон рабочих температур -40 °C… +90 °C.

В табл. 1.7 представлены некоторые характеристики популярных мощных солнечных батарей серий NT и NU.

Таблица 1.7. Некоторые характеристики популярных мощных солнечных батарей серий NT и NU

Основные характеристики солнечных панелей Sharp представлены в табл. 1.8.

Таблица 1.8.

Основные характеристики солнечных панелей Sharp

Примечание к табл. 1.7.

* модули, произведенные в Европе и Японии, идентичны по конструкции

** при освещении 800 Вт/м², окружающей температуре 20 °C и силе ветра 1 м/сек

Область применения

Область возможного применения рассмотренных солнечных модулей – регионы с недостаточным энергоснабжением, например районы добычи и транспортировки углеводородных энергоресурсов, необслуживаемые железнодорожные переезды. Расширенный диапазон рабочих температур (от –40…до +90 °C) позволяет использовать модули в качестве питающих станций для базовых вышек GSM (иного оборудования, к примеру, станций видео фиксации скорости и дорожной обстановки ГИБДД) в отдаленных (с низкой плотностью населения) районах.

Солнечные батареи применяются и для решения бытовых задач, в частности, для организации энергоснабжения частного жилья в регионах с большим количеством солнечных дней в году.

КПД обычного солнечного элемента на основе кремния колеблется в пределах 10…18 %. Существуют арсенид-галлиевые солнечные элементы, КПД которых в 2 раза выше; из-за очень высокой стоимости они применяются ограниченно, в основном в военной и космической сфере.

При нагревании солнечного элемента (модуля) излучением солнца происходит снижение его рабочего напряжения. Температурный коэффициент для кремния составляет около 0,4 % на 1º С (0,002 В/ºС на один элемент); таким образом, один элемент может нагреваться до температуры +60…70º С.

Для зарядки 12-ти вольтовой аккумуляторной батареи необходимо 36 элементов, что позволит иметь запас по напряжению в сравнении с напряжением полного заряда батареи, и компенсации потерь в контроллере заряда АКБ. При наличии воздушной прослойки между защитным стеклом и элементом потери на отражение и поглощение излучения солнца достигают 20–30 % по сравнению с 12 % без воздушной прослойки.

Учитывая вышесказанное фотогальванические солнечные батареи рекомендуется использовать на их максимальной мощности, только тогда они дают максимальное напряжение и ток.

Такой модуль не боится ни влаги (полностью герметичная клеммная коробка), и мелких царапин, поскольку выполнен на гибкой основе (пластик).

Может применяться для питания любой портативной техники, включая фотоаппараты и видеокамеры с соответствующим напряжением. Несколько аналогичных модулей можно соединять как последовательно (для увеличения напряжения), так и параллельно.

В качестве примера рассмотрим панель для зарядки портативных устройств PowerFilm WeatherPro Solar panel фирмы Sundance Solar (см. рис. 1.13).

Рис. 1.13. Вид солнечной панели PowerFilm WeatherPro Solar panel фирмы «Sundance Solar»

Технические характеристики солнечной батареи

Коэффициент превращения солнца 15–17%

Сила тока солнечной батареи (для зарядки аккумулятора устройства) при Uвых=5,5 В, 80 мА

Емкость встроенного Li-ion АКБ 1350 мА/ч

Выходной ток до 1 А

Время заряда от естественного солнечного света 12–15 ч

Подходит для всех типов сотовых телефонов

Имеет разъем для подключения miniUSB

Производство КНР

За источниками альтернативной энергии, безусловно, будущее. Год от года солнечные элементы будут «дешеветь», а их полезная мощность, на радость потребителю, повышаться. Сегодня солнечные батареи (в быту) массово применяются в качестве зарядных устройств небольшой мощности – для сотовых телефонов и другой бытовой техники.