Методи за изчисляване на мощността на слънчевите клетки от различни материали

На земята има голям брой алтернативни източници на енергия, всеки от които има своите особености в употреба. И един от най-екологичните е енергията на слънчевата светлина. Всъщност тя се използва от човечеството от най-древните времена и в различни форми:

• През лятото топлината на слънцето се използва за отопление на оранжериите и създаване на оптимални условия за тяхното развитие.
• Под слънцето, един мъж сушени морски дарове, гъби, лечебни билки и така нататък.
• При проектирането на слънчеви пещи можете да кипнете с помощта на огледална система.

Всичко това е непостоянно, обектите, затопляни от слънцето през деня, бързо се охлаждат. Човечеството отдавна мислех за това, как да се запази тази енергия и само в XXI-ви век, започва да го използва, за да се натрупват под формата на топлина и електричество. Получаването на електроенергия от слънчевата радиация е доста ефективен метод, който се използва днес за осигуряване на енергия от единични къщи до малки населени места или комплекси. И дори при изключително краткото време на висококачествена слънчева радиация популярността на използването на панелите не намалява. Но за да се определи осъществимостта на този генератор, е необходимо да се изчисли мощността на слънчевите батерии. Това ще бъде разгледано по-долу в статията, преди да се наложи да се запознаете с концепцията за "слънчева радиация".

Какво е слънчева енергия?

Слънчевата енергия всъщност е огромна сила, но се полагат много усилия, за да я постигнем. Въпросът е, че технологиите за производство на панели за слънчеви генератори имат висока цена и понякога при изчисляване на ползите може да се окаже, че инсталирането на такива вкъщи ще се изплати за десетки години, при условие, че винаги има ясни дни. Но всъщност тази цифра ще се увеличи най-малко 5 пъти и ползите ще бъдат видими само за вашите внуци или пра-внуци. И тогава, ако дизайнът на панелите ще бъде надежден и ще може да служи толкова много. В идеалното изчисление съвременните слънчеви панели могат да произвеждат до 1,35 kW / m квадрат. и да получите 10 кВт ще изисква само 7.5 квадратни метра. м панели. Но това е в идеални условия. В действителност - областта на слънчевите панели ще се нуждае от 5-6 пъти повече, за да получи същата мощност.

Съвременните слънчеви панели нямат толкова голяма ефективност. Фотоклетка, площ от 1 квадрат. m дава при идеални условия 1 kW електрическа енергия. Но това условие е валидно, ако разстоянието от повърхността на панела е минимално, слънцето е над него, лъчите са стриктно перпендикулярни на равнината и прозрачността на атмосферата не е по-малка от 100%. Само върхът на планината в тропическата зона и ясното време отговарят на такива условия. В нашата климатична зона е възможно да се постигне максимум 20%, оттук и от 1 кв. Км. m може да получи от 150 до 600 вата електрическа енергия. Въпросът е, че интензивността на слънцето в нашите географски ширини е много малка. Например, като се имат предвид руските градове от Архангелск до Южно-Сахалинск, един месец експлоатация на слънчева батерия може да получи максимум 209.9 kWh / sq. M. И това, тази цифра е валидна само в Сочи. При инсталиране на слънчев панел в Архангелск, месечният максимум няма да надвишава 159.7 kWh / m квадрат.

В средните географски ширини, в които живеем, индексът на слънчевата енергия съответства на ниво от 100 W / кв. м. Но тези данни са много неточни, с повишена облачност, тази цифра ще намалее до 2 или повече пъти.

Видове слънчева радиация

В зависимост от потока радиацията е разделена на два вида: разпръснати и директни. В зависимост от вида на осветлението се избира ъгълът на панела, което повишава ефективността на инсталацията. При директно излъчване ъгълът трябва да бъде строго дефиниран, като разпръснатият този индикатор не е важен, защото интензивността на осветеността във всички точки на пространството е приблизително равна. Но между тези два вида има значителна разлика, състояща се в силата на слънчевата радиация на квадратен метър. В първия случай той е многократно по-голям от втория, като осигурява панела с мощен поток от фотони. Но няма толкова много ясни дни в нашите географски ширини и навсякъде по цялата планета, така че производителите на панели трябва да използват целия научен и технически потенциал, за да получат максималната енергия от тази радиация. Такива технологии няма да са достъпни за много хора, да не говорим за периода на откупуване, който в наши дни може да стане неразбираем.

Как се разпределя енергията в слънчевия спектър?

Слънцето е универсален генератор, който генерира потоци от светлинна енергия не само с различна мощност, но и с различни честоти, което показва възможността за разлагане на слънчевата светлина в спектъра. Всичко това не може да бъде заловен, тъй като приемното тяло трябва да е идеално черно на цвят. Освен това не всички видове лъчи достигат до повърхността на земята. Най-активните и енергоносими потоци се абсорбират от други тела в пространството и атмосферата. Задачата на човечеството беше да определи честотния обхват, в който потокът от светлинна енергия е максимален. Традиционно спектърът се разлага не по честоти, а по дължини на вълните. И може грубо да бъде разделена на 3 зони:

• Ултравиолетов, той отговаря на дължини на вълните от 0 до 380 микрона.
• Видимата светлина е в диапазона от 380 до 760 микрона.
• Инфрачервено, съответства на участък с дължини на вълната от 760 до 3300 микрона.

Зоната, където енергията на фотоните е най-висока, е точно първия диапазон, но в нея има незначителни частици в сравнение с видимия диапазон на светлината. Следователно, за да се получи електрическа енергия, започнаха да се използват видимите и инфрачервените диапазони с дължини на вълните от 380 до 1800 μm. Всичко, което се отнася до радиочестотния диапазон и енергията тук, също е малко, поради почти пълната липса на фотона енергия, въпреки големия им брой.

Основният проблем при инсталирането на слънчеви клетки в нашите климатични условия е значителна разлика в продължителността на дневната светлина, в зависимост от порите на годината. Най-краткият ден е почти 2,5 пъти по-малък от най-дългия, което се отразява на радиационната енергия, която дори през зимата все още трябва да преодолява дори по-дебелите слоеве на атмосферата. Следователно използването на слънчеви клетки през зимата няма да донесе никаква полза, а през лятото горещият ден няма да даде по-малко енергия от екватора.

Какво трябва да се има предвид при изчисляване на слънчевия генератор?

Слънчевата светлина, както и всяко друго физическо количество, има редица параметри, които трябва да се използват при изчисляването на генератора. Те включват:

• Нивото на осветеност или мощността на слънчевата радиация на квадратен метър. Това означава средната стойност на слънчевата радиация, измерена в горните слоеве на земната атмосфера и разположена перпендикулярно на светлинните потоци. При примера на Сочи тази стойност е равна на 1365 вата.
• Максимална мощност на слънчевата радиация. Това е полезна светлинна енергия, която достига повърхността на Земята на морското равнище в екватора и на безоблачен ден. Средната стойност е равна на 1 кв. / Кв. М.
• Изолация е средното време, през което слънцето осветява повърхността с максимална интензивност. Обикновено те са в диапазона от 3 до 5 часа на руската територия.
• Общата енергия на излъчването е стойността, измерена за деня на облъчване на повърхността. Определя се като произведението от 1 kWh и броя на часовниците със слънчеви лъчи.
• Слънчева енергия - количеството енергия, изчислено на ден (24 часа). Този показател се изчислява като съотношение на общата енергия на ден до 24 часа.

Поставяне на панели

В нашите климатични условия, когато интензивността на слънчевата енергия се променя с течение на деня, е важно да се предвиди система за автоматично коригиране на позицията панели. Необходимо е лъчите да попаднат върху приемните елементи перпендикулярно, като по този начин избират повече заредени електрони от тях. Но за да се гарантира това, е необходимо да се организира въртенето или наклона на слънчевите клетки със слънцето. При ъгъл на лъча 30 градуса, коефициентът на отражение на лъчите е най-малко 5%, а 95% от светлинната енергия е полезна. Когато ъгълът на отражение се увеличи до 60 градуса, загубите растат два пъти, а при ъгъл на отражение от 80 градуса коефициентът на загуба е 40%. Но в допълнение към ъгъла на отражение, ефективната област на припокриване на панела със слънчевия ток няма никакво значение. Тази стойност се изчислява и е от съотношението на реалната площ към синуса на ъгъла между равнината и посоката на слънчевите лъчи. В резултат на това се оказва, че за да получите постоянно висококачествен поток от панели, трябва да се обърнете към слънцето от време на време. И това ще изисква определени технологии, което е много скъпо удоволствие.

Можете да отидете по прост начин, ориентирайте слънчевата батерия в същата равнина под определен ъгъл. Например, за Москва, който се намира на 56 градуса ширина, ъгълът на наклон спрямо хоризонталната размер, съответно, 56 градуса или отклонение от вертикалата от 34 градуса. След това трябва само да осигурите въртене на панела в една равнина и да го върнете в началната точка. Всичко това увеличава цената на системата и я прави по-малко надеждна.

При проектирането на система за въртящи се панели, тежестта на рамката, върху която ще бъдат разположени фотоклетките, е от голямо значение. И в резултат на това се оказва, че въртенето изисква много енергия, което намалява количеството полезна енергия.

Избор на фотоволтаична система за изграждане на слънчев генератор

За да се изгради наистина висококачествен слънчев генератор, е необходимо да се вземат под внимание следните данни:

• Средната стойност на ефективността на наличните на пазара слънчеви панели. В силициеви батерии тя се намира в диапазона от 12 до 17% осигурено използването на кристална материал тънък филм ефективност на батерията е в границите от 8 до 12%.
• Силата на слънчевия панел, произведена от един квадратен метър от панела. За да го определите, трябва да умножете слънчевата енергия с ефективността на един панел с преобразуване в цяло число.
• Връхна мощност - измерена в безоблачен слънчев ден и равна на резултата от ефективността и стойността на "Standard Sun" (1 kW).
• Обща средна стойност на енергията. Изчислява се като продукт на върховата мощност и броя на часовете на слънчево излъчване.
• Получената енергия е количеството енергия, което панелът даде на товара в реални условия за 24 часа. Тя се определя като съотношението на общата средна енергия до 24 часа. За панелите, изработени от кристален силиций, тази стойност е 0,6-0,85 kW / m квадрат, за филмови силиций 0,4-0,6 kW / m квадрат.
• Общата енергия е количеството мощност, произведено от панел през годината на експлоатация и се изчислява като продукт като общата енергия и броя дни в годината. За кристалните панели (CSi) - 219-310 kWh, за филма (TF) - 146-219 kWh. Но при изчисляване на крайните параметри е необходимо да се вземат предвид загубите в импулсния конвертор, които обикновено са 5%.
• Цената на електрическата енергия. Може би най-важният индикатор, който често предопределя възможността за придобиване на слънчев генератор. Досега такъв генератор все още не е практичен, тъй като без разрушения повече от 10 години почти няма да послужи. Технологията обаче не стои неподвижна, а в близко бъдеще цената на панелите, генериращи светлина, ще стане много по-малка, което ще ги направи достъпни за всички.