CC BY
18
УДК 621.383
Жабаева В.А. студент магистратуры 2 курса Аэрокосмический институт Оренбургский государственный университет
Россия, г. Оренбург
Научный руководитель: Русяев А.С., кандидат технических наук
доцент
ВЫБОР СОЛНЕЧНЫХ ПАНЕЛЕЙ
Аннотация: в данной статье дано определение солнечных панелей, описаны критерии их выбора, рассмотрен метод расчета необходимого числа солнечных панелей и описаны способы их подключения.
Ключевые слова: солнечные панели, выбор солнечных панелей, расчет солнечных панелей, фотоэлектрические системы.
Zhabaeva V.A. graduate student 2 course Aerospace Institute Orenburg State University Russia, Orenburg
Scientific adviser: Rusyaev A .S., Candidate of Technical Sciences
associate professor
SELECTION OF SOLAR PANELS
Annotation: this article defines solar panels, describes the criteria for their selection, considers a methodfor calculating the required number of solar panels, and describes how to connect them.
Keywords: solar panels, selection of solar panels, calculation of solar panels, photovoltaic systems.
Солнечная панель представляет собой объединение фотоэлектрических преобразователей, преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток.
Одна солнечная панель, как правило, содержит число элементов кратное 12, например: 12, 24, 36, 48, 60 или 72 солнечных элемента. Номинальная мощность одной такой солнечной панели обычно лежит в пределах от 30 до 350 ватт. Соответственно вес и размер панели тем больше, чем больше ее номинальная мощность. Если перед вами стоит выбор между одной большой панелью и несколькими маленькими, то лучше взять одну
большую — более эффективно используется общая площадь и будет меньше внешних соединений, соответственно, будет выше надёжность.
В настоящее время почти все промышленно изготовленные солнечные панели большой мощности имеют номинальное напряжение 12В или 24В. При данном выборе лучше взять 24-вольтовые панели, так как рабочие токи у них вдвое меньше по сравнению с 12-вольтовыми, имеющими такую же мощностью.
Сегодня наиболее часто предлагаются фотоэлементы изготовленные из монокристаллического или поликристаллического кремния. Монокристаллический кремний, как правило, имеет КПД в районе 16-18%, а поликристаллический — 12-14%, но он несколько дешевле. Однако в готовых панелях цена за ватт получается почти одинаковой, и монокристаллический кремний может оказаться даже выгодней. По таким параметрам, как скорость деградации и долговечность, разницы между монокристаллическим и поликристаллическим кремнием практически нет. В связи с этим выбор в пользу монокристаллического кремния очевиден — при равной мощности панели изготовленные из него компактнее. Кроме того, часто при снижении освещённости монокристаллический кремний обеспечивает номинальное напряжение дольше, чем поликристаллический, а это позволяет получать энергию даже в пасмурную погоду и в лёгких сумерках.
Существуют и довольно дешёвые панели изготовленные из аморфного кремния, напылённого на подложку, в том числе и гибкую. Однако аморфный кремний имеет очень низкий КПД (6-10%) и небольшой сроком службы из-за быстрой деградации, поэтому его стоит использовать лишь в каких-то особых случаях.
Если предполагается использовать проектируемую систему круглогодично, расчёт необходимо производить по месяцам с наихудшими параметрами по солнечной инсоляции. КПД солнечных батарей для расчётов надо принимать не выше 14%, так как часть излучения отразится от поверхности стекла закрывающего элементы, часть излучения погасится в толщине стекла, т.к. не вся поверхность солнечной батареи закрыта кремниевыми пластинами. Кроме этого существуют элементы, имеющие обрезанные углы, что также будет уменьшать полезную площадь. Некоторые изготовители приводят примерную выработку энергии в месяц при разных уровнях солнечного излучения.
Теперь, чтобы определить количество солнечных батарей, необходимо разделить желаемую потребность в энергии на возможную выработку энергии одной батареей в те месяцы, когда будет использоваться фотоэлектрическая система.
Например, установка будет эксплуатироваться круглый год, потребность в энергии 100 кВт час/месяц, одна батарея из выбранных вами
произведёт в декабре, месяце с наименьшим значением инсоляции, не более 2 кВт-час энергии, соответственно, необходимо 100 : 2 = 50 батарей. При тех же условиях, но неизвестной производительности батареи, а известной её площади 0,7 м2, определяем, что за месяц будет произведено примерно 20*0,7*0,12 (КПД) = 1,68 кВт-час энергии, при инсоляции в декабре равной примерно 20 кВт-час/м2. Для определения количества солнечных батарей необходимо разделить желаемое количество энергии на выработку одной батареи, соответственно получаем 100 : 1,68 =59,5 шт., округляем в большую сторону до 60 шт.
Подключить солнечные панели можно тремя основными способами.
1) Последовательное соединение солнечных панелей
При таком соединении минусовая клемма первой панели соединяется с плюсовой клеммой второй, минусовая второй с клеммой третьей и так далее.
При последовательном соединении нескольких панелей, напряжение всех панелей будет складываться. Ток системы будет равен току панели с минимальным током.
Рисунок 1 - Последовательное соединение солнечных панелей
2) Параллельное соединение солнечных панелей В данном случае панели соединяются при помощи специальных Y -коннекторов. У таких коннекторов имеется два входа и один выход. К входам подключаются клеммы одинакового знака.
При таком соединении напряжение на выходе каждой панели будет равны между собой и равны напряжению на выходе из системы панелей. Ток от всех панелей будет складываться. Такое соединение позволяет, не поднимая напряжения увеличить ток от панелей.
иных = 12В иных = 12В Цвых = 12В ивых=12В
1тр=5,42 1тр=5,42 !тр=5,42 1тр=5,42
Уос=22,48 Уос=22,48 Уос=22,48 Уос=22,48
□ □□□ □ □□□ □ □□□ □□□□
□ □□□ □ □□□ □ □□□ □ □□□
□ □□□ □ □□□ □ □□□ □□□□
□□□а □ □□□ □ □□□ □□□□
□□□□ □ □□□ □ □□□ □□□□
□□□□ □ □□□ □ □□□ □□□□
□□□□ □ □□□ □ □□□ □□□□
□□□□ сюсга □ □□□ □□□□
□□□□ □□□□ □ □□□ □□□□
|1_II I "I _I
ивых=12В
|тр = 5,42А 4=21,68А
Уос=22.48В
Рисунок 2 - Параллельное соединение солнечных панелей
3) Последовательно-параллельное соединение солнечных панелей
Последний тип соединения объединяет в себе два предыдущих. Применяя данную схему соединения панелей, мы можем регулировать напряжение и ток на выходе из системы нескольких панелей, что позволит подобрать наиболее оптимальный режим работы всей солнечной электростанции.
В случае такого подключения соединенные последовательно цепочки панелей объединяют параллельно.
ивых =12В ивых = 12В ивых = 12В ивых = 12В
1тр=5,42 1тр=5,42 1тр=5,42 1тр=5,42
Уос=22,48 Уос=22,48 Уос=22,48 Уос=22,48
□□□□ □□□□ □□□□ □□□□
□□□□ □□□□ □□□□ □□□□
□□□□ □□□□ □□□□ □□□□
□□□□ □□□□ □□□□ □□□□
□□□□ □□□□ □□□□ □□□□
□□□□ □□□□ □□□□ □□□□
□□□□ □□□□ □□□□ □□□□
□□□□ □□□□ □□□□ □□□□
□□□□ □□□□ □□□□ □□□□
ивых=12В*2=24В 1 = 5,42 А* 2=10,84 А Уос=22,48В*2=44,96В
Рисунок 3 - Последовательно-параллельное соединение солнечных панелей Использованные источники:
1. Как подключить Солнечные Панели (Схемы соединения) [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://oporasolar.ru/a171460-kak-podklyuchit-solnechnye.html - (дата обращения: 22.06.2020).
2. Подбор и расчет системы автономного электроснабжения [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.power.eltehno.ru/pages/2223.html (дата обращения: 22.06.2020).
3. Солнечная электростанция своими руками. Подбор компонентов. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.solarroof.ru/theory/28/105/ - (дата обращения: 22.06.2020).
4. Солнечные батареи, их характеристика. [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://elektrovesti.net/electricity/354_solnechnye -batarei-ikh-kharakteristika / - (дата обращения: 22.06.2020).
