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 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.
1.4.3. Солнечные батареи разных производителей
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