ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ НЕТРАДИЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭНЕРГИИ

Солнечные батареи (модули)

Несмотря на то, что все большее число различных материалов используется для разработки солнечных элементов и батарей, все-таки основными батареями остаются кремниевые.

Солнечный модуль М65 фирмы ARCO Solar мощность 42 Вт, Iн=2.9 А, Uн=14.5 В, Isc= 3.26 А, Uoc=18 В, длина 1083 мм, ширина 330 мм, толщина 36 мм, вес 4.8 кг.

a-Si:H солнечный G25 фирмы ARCO Solar , California, 12В, 0.5A

В качестве примера вверху слева показан сорокаваттный модуль, на основе кремниевых монокристаллических СЭ, его вес 4,5 кг. Модули этого типа обладают хорошей изоляцией пластин и могут быть использованы в сборках до 600 В (Uoc).

Предназначенные для батарей солнечные элементы имеют форму, приближенную к прямоугольной с закругленными углами, они вырезаются из пластин диаметром 15 см (ведутся работы по увеличению диаметра). Солнечные модули, как правило, содержат несколько десятков элементов и соответственно их напряжение холостого хода составляет 14-21 В, при мощности до нескольких десятков Вт.

В последнее время наряду с монокристаллическими батареями все шире используются поликристаллические и тонкопленочные. Среди тонкопленочных широкое распространение нашли модули на основе гидрогенизированного аморфного кремния (a-Si:H). Фотография такого модуля показана на рисунке вверху справа.

При работе на солнце модули разогреваются, при этом напряжение холостого хода у них снижается: Uoc(T) = Uoc(28°C) - (T-28°C)·2,3·N (мВ), где N - число СЭ в модуле. Ток короткого замыкания при увеличении температуры несколько возрастает из-за уменьшения ширины запрещенной зоны. Соответственно, общее уменьшение выходной мощности при разогреве панели составляет около 0,4%/°C.

Температура солнечной панели зависит от интенсивности освещения, ветра, типа герметизации. Для ее ориентировочных оценок можно воспользоваться следующей формулой: Tпан = Tокр + k·Pсол, где k = 0,02-0,03 (°С·м2·Вт-1), Pсол - интенсивность солнечного освещения (Вт-1·м2).

При изготовлении модуля СЭ соединяются как последовательно, так и параллельно, в зависимости от необходимых параметров батареи.

ВАХ двух СЭ с различными характеристиками соединенных последовательно

ВАХ двух СЭ с различными характеристиками соединенных параллельно

ВАХ батареи с последовательным соединением СЭ можно получить, построив ВАХ отдельных элементов в одном масштабе и суммируя напряжения на отдельных элементах при постоянном токе. В случае если характеристики резко отличаются (например, один СЭ затенен), то "слабый" элемент становится нагрузкой для "сильного", что ведет к значительным потерям рассогласования, при этом напряжение на "слабом" элементе становится отрицательным (см. рисунок вверху слева). Общий ток сборки определяется током "слабого" элемента.

ВАХ батареи с параллельным соединением СЭ можно получить, построив ВАХ отдельных элементов в одном масштабе и суммируя токи отдельных элементов при постоянном напряжении на них.

Если соединяются солнечные элементы с идентичными характеристиками, то мощность, генерируемая сборкой, равна сумме мощностей генерируемых отдельными элементами. Оптимальный ток нагрузки соответственно будет равен сумме оптимальных токов отдельных элементов, и оптимальное напряжение будет равно сумме напряжений на оптимальной нагрузке отдельных элементов.

Если характеристики СЭ неидентичные, то мощность соединенных параллельно СЭ будет суммарной, однако проблем в этом случае будет меньше, чем при последовательном соединении этих элементов (см. рисунок вверху справа).

Возникновение "горячего пятна"Горячие пятна разрашают панели!

Затенение СЭ в панели приводит к рассогласованию их характеристик, следствием чего может быть не только возрастание потерь, но и повреждение модуля. В условиях низкого выходного напряжение "слабый" СЭ нагружает батарею и рассеиваемая в нем мощность приводит к его разогреву и формированию, так называемого "горячего пятна" и возможному повреждению герметизирующей упаковки модуля. Рассмотрим условия, приводящие к возникновению горячего пятна (см. левый рисунок). Допустим, в батарее имеется один слабый СЭ, кривая постоянной мощности при обратном включении, которого приведена в правой части рисунка. Допустим, что приведенные на рисунке ВАХ батареи получены последовательным включением СЭ без слабого элемента. Поскольку напряжение батареи с дефектным элементом получается сложением положительного напряжения всех сильных СЭ и отрицательного напряжения слабого СЭ, то область формирования горячего пятна будет иметь место при разности напряжений между зеркальным отражением кривой постоянной мощности и ВАХ.

Определение области формирования горячего пятна

Определение области формирования горячего пятна

Соответствующие области формирования горячего пятна при разной интенсивности освещения, полученные в соответствии с рассмотренной процедурой, показаны на правом рисунке. Чем выше интенсивность освещения и чем ниже напряжение на нагрузке, тем больше область режимов формирования горячего пятна.


 РАБОТА НАД ТЕМОЙ