Основные электрические параметры солнечного элемента

Напряжение холостого хода, генерируемое одним элементом, зависит от размеров элемента. Величина тока зависит от интенсивности света и так же от размера элемента, под которым подразумевается площадь его освещаемой поверхности.

Пиковая (максимальная) мощность солнечного элемента соответствует напряжению около 0,47 В. Таким образом, чтобы правильно оценить качество солнечного элемента, необходимо нагрузить его так, чтобы выходное напряжение равнялось 0,47 В.

Важным показателем работы солнечных элементов является их температурный режим. Длинноволновое инфракрасное излучение не производит фототока, а только разогревает полупроводник. При нагреве элемента на один градус свыше 25^оС он теряет в напряжении 0,002 вольт, т.е. 0,4 %/градус, а в яркий солнечный день элементы нагреваются до 60-70^оС, теряя 0,07-0,09 вольт каждый. Для поддержания КПД солнечных преобразователей на расчетном уровне применяется водяное или воздушное охлаждение элементов. Обычно КПД солнечного элемента колеблется в пределах 10-18 %. Солнечная ячейка размером 100х100 мм при стандартных условиях может генерировать 1-1,6 Вт

Электрические параметры для отдельного солнечного элемента представляются в виде вольтамперной характеристики при стандартных условиях (Standart Test Conditions).

Стандартными условиями работы элементов являются:

-освещенность 1000 Вт/м²;

-температура 25^оС;

-спектр АМ 1,5 (солнечный спектр на широте 45^о).

При использовании ФЭС для бытовых целей, зарядки аккумуляторных батарей (АКБ) с номинальным напряжением 12 В 36 солнечных элементов соединяются последовательно и герметизируются посредством ламинации на стекле, текстолите, алюминии.

Напряжение фотоэлемента, соответствующее максимальной мощности, называется напряжением максимальной мощности (рабочим напряжением - U_p), а соответствующий ток - током максимальной мощности (рабочим током - I_p) (рисунок 5).

Значение рабочего напряжения для модуля, состоящего из 36 элементов, таким образом, будет около 16…17 В (0,45….0,47 В на элемент) при 25^оС.

 

Рисунок 5 - Нагрузочная характеристика фотоэлемента

 

Запас по напряжению по сравнению с напряжением полного заряда АКБ (14,4 В) необходим для того, чтобы компенсировать потери напряжения в контроллере заряда-разряда АКБ и снижение рабочего напряжения модуля при нагреве.

Следует повторить, что напряжение холостого хода модуля мало зависит от освещенности, в то время как рабочий ток, прямо пропорционален освещенности.

Модуль мощностью Р_w в течение выбранного периода выработает следующее количество энергии:

 

W = k P_w E / 1000

 

где Е - значение инсоляции (поступившей лучистой энергии) за выбранный период;

k - коэффициент поправки равный 0,5 летом и 0,7 в зимний период на потерю мощности солнечных элементов при нагреве на солнце, а также учитывающий изменение угла падения лучей на поверхность модулей в течение дня.

Способы увеличения КПД солнечных электростанции

Для увеличения КПД солнечных электростанций применяют системы автоматического слежения за солнцем (трэкеры). Наибольшей эффективности работы фотоэлектрических панелей можно добиться только при их установке перпендикулярно падающим солнечным лучам. Угол наклона солнца относительно горизонта меняется как в течение суток так и в течение года.

Такие установки дороги и сложны в установке, поэтому их применение оправдано только при большом количестве панелей.

Ещё одним эффективным способом повышения энергоотдачи фотопанелей является применение концентраторов солнечного излучения:

· Линзы Френеля

· Параболические концентраторы

· Гелиостаты

Но увеличение плотности энергии поступающей на фотопанель приводит к необходимости использования систем охлаждения, что делает конструкцию более сложной.