Солнечная фотоэлектрическая батарея
Если фотоэлектрические солнечные панели состоят из отдельных фотоэлектрических элементов, соединённых вместе, то тоСолнечная фотоэлектрическая батарея, также известный просто какСолнечная батарея— это система, состоящая из группы солнечных панелей, соединённых вместе.
Таким образом, фотоэлектрическая батарея представляет собой несколько солнечных панелей, электрически соединённых друг с другом, образуя гораздо большую фотоэлектрическую установку (PV-систему), называемую массивой, и в целом чем больше общая площадь массива, тем больше солнечной энергии она производит.
Полноценная фотоэлектрическая система использует фотоэлектрическую решетку в качестве основного источника для генерации источника питания. Количество солнечной энергии, производимого одной фотоэлектрической панелью или модулем, недостаточно для общего использования.
Большинство производителей выпускают стандартную фотоэлектрическую панель с выходным напряжением 12V или 24V. Соединяя множество одиночных фотоэлектрических панелей последовательно (для повышения напряжения) и параллельно (для большего тока), фотоэлектрическая решетка обеспечивает желаемую выходную мощность.
Фотоэлектрическая солнечная батарея
Фотоэлектрические элементы и панели преобразуют солнечную энергию в электричество постоянного тока (DC). Соединение солнечных панелей в одной фотоэлектрической панели такое же, как у фотоэлектрических элементов в одной панели.
Панели в массиве могут быть электрически соединены последовательно, параллельно или смесью этих двух, но обычно выбирается последовательное соединение для увеличения выходного напряжения. Например, когда две солнечные панели подключены последовательно, их напряжение удваивается, а ток остаётся прежним.
Размер фотоэлектрического массива может состоять из нескольких отдельных фотоэлектрических модулей или панелей, соединённых вместе в городской среде и установленных на крыше, или может состоять из сотен фотоэлектрических панелей, соединённых в одном поле для обеспечения электроэнергией всего города или района. Гибкость модульной фотоэлектрической панели (PV система) позволяет проектировщикам создавать солнечные энергетические системы, способные удовлетворять широкий спектр электрических потребностей, независимо от их размеров или размеров.
Важно отметить, что фотоэлектрические панели или модули разных производителей не следует смешивать в одном массиве, даже если их мощность, напряжение или ток номинально схожи. Это связано с тем, что различия в характеристичных кривых I-V солнечного элемента, а также в их спектральной реакции, вероятно, приводят к дополнительным потерям на несоответствие внутри массива, что снижает её общую эффективность.
Электрические характеристики фотоэлектрической решетки
Электрические характеристики фотоэлектрической решетки суммированы в связи между выходным током и напряжением. Количество и интенсивность солнечной инсоляции (солнечной иррадиации) определяют количество выходного тока (I), а рабочая температура солнечных элементов влияет на выходное напряжение (V) фотоэлектрической батареи. Кривые фотоэлектрических панелей (I-V), которые суммируют связь между током и напряжением, приводятся производителями и приводятся следующим образом:
Параметры солнечных батарей
VOC = напряжение в замкнутой цепи:– Это максимальное напряжение, которое массив обеспечивает, когда клеммы не подключены к какой-либо нагрузке (при условии разомкнутости цепи). Это значение значительно выше, чем Vmax, который связан с работой PV массива, фиксированной нагрузкой. Это значение зависит от количества фотоэлектрических панелей, соединённых последовательно.
ISC = ток короткого замыкания– Максимальный ток, который обеспечивает фотоэлектрический массив при коротком замыкании выходных разъёмов (условие короткого замыкания). Это значение значительно выше, чем в Imax, который относится к обычному току в рабочей цепи.
Pmax = максимальная мощность– Это относится к точке, когда мощность, подаваемая массивой, подключённой к нагрузке (батареи, инверторы), достигла максимального значения, где Pmax = Imax x Vmax. Максимальная мощность фотоэлектрического массива измеряется в Ваттах (Вт) или пиковых Ваттах (Вт).
FF = коэффициент заполнения –Коэффициент заполнения — это соотношение между максимальной мощностью, которую массив может обеспечить при нормальных условиях работы, и произведением напряжения в замкнутом цепи на ток короткого замыкания (Voc x Isc). Это значение коэффициента заполнения даёт представление о качестве массива, и чем ближе коэффициент заполнения к 1 (единица), Тем больше мощности может дать массив. Типичные значения составляют от 0,7 до 0,8.
% eff = процент эффективности –Эффективность фотоэлектрической батареи — это отношение между максимальной электрической мощностью, которую может выработать массив, и величиной солнечного излучения, попадающего на панель. Эффективность типичной солнечной батареи обычно низкая — около 10–12%, в зависимости от типа используемых элементов (монокристаллических, поликристаллических, аморфных или тонкоплённых).
Кривые характеристик фотоэлектрических I-V предоставляют необходимую информацию для конфигурирования систем, способных работать максимально близко к максимальной максимальной точке мощности. Пиковая мощность измеряется так, как фотоэлектрический модуль вырабатывает максимальное количество мощности при воздействии солнечного излучения, эквивалентное 1000 ватт на квадратный метр, 1000 Вт/м² или 1 кВт/м2. Рассмотрим схему ниже.
Соединения фотоэлектрических решеток
Этот простой фотоэлектрический массив выше состоит из четырёх фотоэлектрических модулей, как показано, образующих две параллельные ветви, в которых две фотоэлектрические панели электрически соединены друг с другом для создания последовательной цепи. Выходное напряжение от массива, таким образом, будет равно последовательному соединению фотоэлектрических панелей, и в нашем приведённом выше примере это рассчитывается так: Vout = 12V + 12V = 24 Вольт.
Выходной ток будет равен сумме токов параллельных ветвей. Если предположить, что каждая фотоэлектрическая панель производит 3,75 ампер при полном солнце, общий ток (IT) будет равен: IT = 3,75A + 3,75A = 7,5 ампер. Тогда максимальную мощность фотоэлектрической решетки при полном солнце можно вычислить следующим образом: Pout = V x I = 24 x 7,5 = 180W.
Фотоэлектрический массив достигает максимума 180 ватт при полном солнце, поскольку максимальная мощность каждой панели или модуля составляет 45 ватт (12V x 3,75A). Однако из-за разных уровней солнечного излучения, температурного эффекта, электрических потерь и т.д. реальная максимальная выходная мощность обычно значительно меньше рассчитанных 180 ватт. Тогда мы можем представить характеристики наших фотоэлектрических массив как бы.
Характеристики фотоэлектрического решителя
Обходные диоды в фотоэлектрических решётках
Фотоэлектрические элементы и диоды — это полупроводниковые устройства, изготовленные из кремниевого материала типа P-типа и кремниевого материала N-типа, сплавленных вместе. В отличие от фотоэлектрических элементов, которые генерируют напряжение при воздействии света, диоды с PN-переходом действуют как твердотельные односторонние электрические клапаны, пропускающие электрический ток только в одном направлении.
Преимущество этого в том, что диоды могут блокировать поток электрического тока от других частей электрической солнечной цепи. При использовании в фотоэлектрических солнечных батареях такие кремниевые диоды обычно называют блокирующими диодами.
В предыдущем учебнике по фотоэлектрическим панелям мы видели, что «обходные диоды» используются параллельно с одной или несколькими фотоэлектрическими солнечными элементами, чтобы предотвратить перегрев тока от хороших, хорошо подверженных солнечному свету фотоэлектрических элементов и выгоранию слабых или частично затенённых фотоэлектрических элементов, обеспечивая ток вокруг неисправной ячейки. Блокирующие диоды используются иначе, чем обходные диоды.
Обходные диоды обычно соединяются «параллельно» с фотоэлектрической ячейкой или щитом для шунтирования тока вокруг них, тогда как блокирующие диоды соединяются «последовательно» с фотоэлектрическими панелями, чтобы предотвратить возврат тока обратно. Блокирующие диоды, таким образом, отличаются от обходных, хотя в большинстве случаев диод физически одинаков, но они устанавливаются иначе и выполняют разные функции. Рассмотрим нашу фотоэлектрическую солнечную батарею ниже.
Диоды в фотоэлектрических решётках
Как мы уже говорили, диоды — это устройства, позволяющие току течь только в одном направлении. Диоды, окрашенные в зелёный цвет, — это знакомые обходные диоды, по одному параллельно каждой фотоэлектрической панели, чтобы обеспечить путь с низким сопротивлением вокруг панели. Однако два диода, окрашенные в красный цвет, называются «блокирующими диодами» — по одному последовательно с каждой ветвью серии. Эти блокирующие диоды гарантируют, что электрический ток выходит только из последовательного массива к внешней нагрузке, контроллеру или батареям.
Причина этого заключается в том, чтобы предотвратить течение тока, генерируемого другими параллельно подключёнными фотоэлектрическими панелями в том же массиве, обратно через более слабую (затенённую) сеть, а также чтобы полностью заряженные батареи не разряжались или не разряжались обратно через фотоэлектрический массив ночью. Поэтому, когда несколько фотоэлектрических панелей соединены параллельно, в каждой параллельной ветви следует использовать блокирующие диоды.
В целом, блокирующие диоды используются в фотоэлектрических массивах, когда есть две или более параллельных ветвей или если есть вероятность, что часть массива частично затеняется днём по мере движения солнца по небу. Размер и тип используемого блокирующего диода зависят от типа фотоэлектрической решетки. Для солнечных энергетических батарей доступны два типа диодов: кремниевой диод с PN-переходом и барьерный диод Шоттки. Оба варианта доступны с широким диапазоном текущих номиналов.
Барьерный диод Шоттки имеет гораздо меньший прямой перепад напряжения — около 0,4 вольта, в отличие от PN-диодов с падением 0,7 вольта у кремниевых устройств. Это более низкое падение напряжения позволяет экономить по одной полноценной фотоэлектрической ячейке в каждой последовательной ветви солнечной батареи, поэтому массив становится более эффективным, поскольку в блокирующем диоде расходуется меньше энергии. Большинство производителей включают блокирующие диоды в свои фотоэлектрические модули, что упрощает конструкцию.
Создайте собственный фотоэлектрический массив
Количество получаемой солнечной радиации и ежедневный энергетический спрос являются двумя определяющими факторами при проектировании фотоэлектрической панели и солнечных энергетических систем. Фотоэлектрическая батарея должна быть размерирована с учетом нагрузки и учитывать потери системы, а затенение любой части солнечной батареи значительно снизит мощность всей системы.
Если солнечные панели электрически соединены последовательно, ток будет одинаковым в каждой панели, и если панели частично затенёны, они не могут производить одинаковое количество тока. Также затеняемые фотоэлектрические панели будут рассеивать энергию и отходы в виде тепла, а не генерировать их, а использование обходных диодов поможет предотвратить такие проблемы, обеспечивая альтернативный ток тока.
Блокирующие диоды не требуются в полностью последовательно подключённой системе, но должны использоваться для предотвращения обратного тока от батарей обратно к батарее ночью или при низком солнечном излучении. В любом проектировании необходимо учитывать и другие климатические условия, помимо солнечного света.
Поскольку выходное напряжение кремниевой солнечной батареи связано с температурой, проектировщик должен учитывать преобладающие суточные температуры, как экстремальные (высокие и низкие), так и сезонные колебания. Кроме того, при проектировании конструкции крепления необходимо учитывать дождь и снег. Нагрузка на ветер особенно важна при установках на вершинах гор.
В нашем следующем учебном материале по «Солнечной энергии» мы рассмотрим, как можно использовать полупроводниковые фотоэлектрические батареи и солнечные панели в составе автономной фотоэлектрической системы для генерации электроэнергии для внесетевых приложений.
Если фотоэлектрические солнечные панели состоят из отдельных фотоэлектрических элементов, соединённых вместе, то тоСолнечная фотоэлектрическая батарея, также известный просто какСолнечная батарея— это система, состоящая из группы солнечных панелей, соединённых вместе.
Таким образом, фотоэлектрическая батарея представляет собой несколько солнечных панелей, электрически соединённых друг с другом, образуя гораздо большую фотоэлектрическую установку (PV-систему), называемую массивой, и в целом чем больше общая площадь массива, тем больше солнечной энергии она производит.
Полноценная фотоэлектрическая система использует фотоэлектрическую решетку в качестве основного источника для генерации источника питания. Количество солнечной энергии, производимого одной фотоэлектрической панелью или модулем, недостаточно для общего использования.
Большинство производителей выпускают стандартную фотоэлектрическую панель с выходным напряжением 12V или 24V. Соединяя множество одиночных фотоэлектрических панелей последовательно (для повышения напряжения) и параллельно (для большего тока), фотоэлектрическая решетка обеспечивает желаемую выходную мощность.
Фотоэлектрическая солнечная батарея
Фотоэлектрические элементы и панели преобразуют солнечную энергию в электричество постоянного тока (DC). Соединение солнечных панелей в одной фотоэлектрической панели такое же, как у фотоэлектрических элементов в одной панели.
Панели в массиве могут быть электрически соединены последовательно, параллельно или смесью этих двух, но обычно выбирается последовательное соединение для увеличения выходного напряжения. Например, когда две солнечные панели подключены последовательно, их напряжение удваивается, а ток остаётся прежним.
Размер фотоэлектрического массива может состоять из нескольких отдельных фотоэлектрических модулей или панелей, соединённых вместе в городской среде и установленных на крыше, или может состоять из сотен фотоэлектрических панелей, соединённых в одном поле для обеспечения электроэнергией всего города или района. Гибкость модульной фотоэлектрической панели (PV система) позволяет проектировщикам создавать солнечные энергетические системы, способные удовлетворять широкий спектр электрических потребностей, независимо от их размеров или размеров.
Важно отметить, что фотоэлектрические панели или модули разных производителей не следует смешивать в одном массиве, даже если их мощность, напряжение или ток номинально схожи. Это связано с тем, что различия в характеристичных кривых I-V солнечного элемента, а также в их спектральной реакции, вероятно, приводят к дополнительным потерям на несоответствие внутри массива, что снижает её общую эффективность.
Электрические характеристики фотоэлектрической решетки
Электрические характеристики фотоэлектрической решетки суммированы в связи между выходным током и напряжением. Количество и интенсивность солнечной инсоляции (солнечной иррадиации) определяют количество выходного тока (I), а рабочая температура солнечных элементов влияет на выходное напряжение (V) фотоэлектрической батареи. Кривые фотоэлектрических панелей (I-V), которые суммируют связь между током и напряжением, приводятся производителями и приводятся следующим образом:
Параметры солнечных батарей
VOC = напряжение в замкнутой цепи:– Это максимальное напряжение, которое массив обеспечивает, когда клеммы не подключены к какой-либо нагрузке (при условии разомкнутости цепи). Это значение значительно выше, чем Vmax, который связан с работой PV массива, фиксированной нагрузкой. Это значение зависит от количества фотоэлектрических панелей, соединённых последовательно.
ISC = ток короткого замыкания– Максимальный ток, который обеспечивает фотоэлектрический массив при коротком замыкании выходных разъёмов (условие короткого замыкания). Это значение значительно выше, чем в Imax, который относится к обычному току в рабочей цепи.
Pmax = максимальная мощность– Это относится к точке, когда мощность, подаваемая массивой, подключённой к нагрузке (батареи, инверторы), достигла максимального значения, где Pmax = Imax x Vmax. Максимальная мощность фотоэлектрического массива измеряется в Ваттах (Вт) или пиковых Ваттах (Вт).
FF = коэффициент заполнения –Коэффициент заполнения — это соотношение между максимальной мощностью, которую массив может обеспечить при нормальных условиях работы, и произведением напряжения в замкнутом цепи на ток короткого замыкания (Voc x Isc). Это значение коэффициента заполнения даёт представление о качестве массива, и чем ближе коэффициент заполнения к 1 (единица), Тем больше мощности может дать массив. Типичные значения составляют от 0,7 до 0,8.
% eff = процент эффективности –Эффективность фотоэлектрической батареи — это отношение между максимальной электрической мощностью, которую может выработать массив, и величиной солнечного излучения, попадающего на панель. Эффективность типичной солнечной батареи обычно низкая — около 10–12%, в зависимости от типа используемых элементов (монокристаллических, поликристаллических, аморфных или тонкоплённых).
Кривые характеристик фотоэлектрических I-V предоставляют необходимую информацию для конфигурирования систем, способных работать максимально близко к максимальной максимальной точке мощности. Пиковая мощность измеряется так, как фотоэлектрический модуль вырабатывает максимальное количество мощности при воздействии солнечного излучения, эквивалентное 1000 ватт на квадратный метр, 1000 Вт/м² или 1 кВт/м2. Рассмотрим схему ниже.
Соединения фотоэлектрических решеток
Этот простой фотоэлектрический массив выше состоит из четырёх фотоэлектрических модулей, как показано, образующих две параллельные ветви, в которых две фотоэлектрические панели электрически соединены друг с другом для создания последовательной цепи. Выходное напряжение от массива, таким образом, будет равно последовательному соединению фотоэлектрических панелей, и в нашем приведённом выше примере это рассчитывается так: Vout = 12V + 12V = 24 Вольт.
Выходной ток будет равен сумме токов параллельных ветвей. Если предположить, что каждая фотоэлектрическая панель производит 3,75 ампер при полном солнце, общий ток (IT) будет равен: IT = 3,75A + 3,75A = 7,5 ампер. Тогда максимальную мощность фотоэлектрической решетки при полном солнце можно вычислить следующим образом: Pout = V x I = 24 x 7,5 = 180W.
Фотоэлектрический массив достигает максимума 180 ватт при полном солнце, поскольку максимальная мощность каждой панели или модуля составляет 45 ватт (12V x 3,75A). Однако из-за разных уровней солнечного излучения, температурного эффекта, электрических потерь и т.д. реальная максимальная выходная мощность обычно значительно меньше рассчитанных 180 ватт. Тогда мы можем представить характеристики наших фотоэлектрических массив как бы.
Характеристики фотоэлектрического решителя
Обходные диоды в фотоэлектрических решётках
Фотоэлектрические элементы и диоды — это полупроводниковые устройства, изготовленные из кремниевого материала типа P-типа и кремниевого материала N-типа, сплавленных вместе. В отличие от фотоэлектрических элементов, которые генерируют напряжение при воздействии света, диоды с PN-переходом действуют как твердотельные односторонние электрические клапаны, пропускающие электрический ток только в одном направлении.
Преимущество этого в том, что диоды могут блокировать поток электрического тока от других частей электрической солнечной цепи. При использовании в фотоэлектрических солнечных батареях такие кремниевые диоды обычно называют блокирующими диодами.
В предыдущем учебнике по фотоэлектрическим панелям мы видели, что «обходные диоды» используются параллельно с одной или несколькими фотоэлектрическими солнечными элементами, чтобы предотвратить перегрев тока от хороших, хорошо подверженных солнечному свету фотоэлектрических элементов и выгоранию слабых или частично затенённых фотоэлектрических элементов, обеспечивая ток вокруг неисправной ячейки. Блокирующие диоды используются иначе, чем обходные диоды.
Обходные диоды обычно соединяются «параллельно» с фотоэлектрической ячейкой или щитом для шунтирования тока вокруг них, тогда как блокирующие диоды соединяются «последовательно» с фотоэлектрическими панелями, чтобы предотвратить возврат тока обратно. Блокирующие диоды, таким образом, отличаются от обходных, хотя в большинстве случаев диод физически одинаков, но они устанавливаются иначе и выполняют разные функции. Рассмотрим нашу фотоэлектрическую солнечную батарею ниже.
Диоды в фотоэлектрических решётках
Как мы уже говорили, диоды — это устройства, позволяющие току течь только в одном направлении. Диоды, окрашенные в зелёный цвет, — это знакомые обходные диоды, по одному параллельно каждой фотоэлектрической панели, чтобы обеспечить путь с низким сопротивлением вокруг панели. Однако два диода, окрашенные в красный цвет, называются «блокирующими диодами» — по одному последовательно с каждой ветвью серии. Эти блокирующие диоды гарантируют, что электрический ток выходит только из последовательного массива к внешней нагрузке, контроллеру или батареям.
Причина этого заключается в том, чтобы предотвратить течение тока, генерируемого другими параллельно подключёнными фотоэлектрическими панелями в том же массиве, обратно через более слабую (затенённую) сеть, а также чтобы полностью заряженные батареи не разряжались или не разряжались обратно через фотоэлектрический массив ночью. Поэтому, когда несколько фотоэлектрических панелей соединены параллельно, в каждой параллельной ветви следует использовать блокирующие диоды.
В целом, блокирующие диоды используются в фотоэлектрических массивах, когда есть две или более параллельных ветвей или если есть вероятность, что часть массива частично затеняется днём по мере движения солнца по небу. Размер и тип используемого блокирующего диода зависят от типа фотоэлектрической решетки. Для солнечных энергетических батарей доступны два типа диодов: кремниевой диод с PN-переходом и барьерный диод Шоттки. Оба варианта доступны с широким диапазоном текущих номиналов.
Барьерный диод Шоттки имеет гораздо меньший прямой перепад напряжения — около 0,4 вольта, в отличие от PN-диодов с падением 0,7 вольта у кремниевых устройств. Это более низкое падение напряжения позволяет экономить по одной полноценной фотоэлектрической ячейке в каждой последовательной ветви солнечной батареи, поэтому массив становится более эффективным, поскольку в блокирующем диоде расходуется меньше энергии. Большинство производителей включают блокирующие диоды в свои фотоэлектрические модули, что упрощает конструкцию.
Создайте собственный фотоэлектрический массив
Количество получаемой солнечной радиации и ежедневный энергетический спрос являются двумя определяющими факторами при проектировании фотоэлектрической панели и солнечных энергетических систем. Фотоэлектрическая батарея должна быть размерирована с учетом нагрузки и учитывать потери системы, а затенение любой части солнечной батареи значительно снизит мощность всей системы.
Если солнечные панели электрически соединены последовательно, ток будет одинаковым в каждой панели, и если панели частично затенёны, они не могут производить одинаковое количество тока. Также затеняемые фотоэлектрические панели будут рассеивать энергию и отходы в виде тепла, а не генерировать их, а использование обходных диодов поможет предотвратить такие проблемы, обеспечивая альтернативный ток тока.
Блокирующие диоды не требуются в полностью последовательно подключённой системе, но должны использоваться для предотвращения обратного тока от батарей обратно к батарее ночью или при низком солнечном излучении. В любом проектировании необходимо учитывать и другие климатические условия, помимо солнечного света.
Поскольку выходное напряжение кремниевой солнечной батареи связано с температурой, проектировщик должен учитывать преобладающие суточные температуры, как экстремальные (высокие и низкие), так и сезонные колебания. Кроме того, при проектировании конструкции крепления необходимо учитывать дождь и снег. Нагрузка на ветер особенно важна при установках на вершинах гор.
В нашем следующем учебном материале по «Солнечной энергии» мы рассмотрим, как можно использовать полупроводниковые фотоэлектрические батареи и солнечные панели в составе автономной фотоэлектрической системы для генерации электроэнергии для внесетевых приложений.