Фотоэлектрические элементы предназначены для преобразования лучистой энергии Солнца в электрическую энергию постоянного тока. Простейшая конструкция солнечного элемента (СЭ) — прибора для преобразования энергии солнечного излучения — на основе монокристаллического кремния показана на рис. 2.6. На малой глубине от поверхности кремниевой пластины p-типа сформирован p-n-переход с тонким металлическим контактом. На тыльную сторону пластины нанесен сплошной металлический контакт.

Рис. 2.6. Конструкция солнечного элемента.

Современные солнечные фотоэлектрические батареи выпускаться отдельными небольшим фирмами и малыми предприятиями. Это солнечные генераторы, у которых отсутствует подвижные части. При этом срок службы практически неограничен. Недостатком является относительно высокая стоимость и низкий

КПД.

Модульный тип конструкции позволяет создавать установки с различными уровнями напряжения и практически любой мощности. Как правило, солнечные фотопанели работают совместно с аккумуляторными батареями и поэтому их ступени напряжения должны совпадать — 12, 24, 36 В и т. д. (рис. 2.7).

Выходная мощность солнечной батареи примерно пропорциональна интенсивности солнечного потока. Причем на количество получаемой энергии влияет интенсивность именно от прямых солнечных лучей. Номинальная мощность, указываемая в технических характеристиках, измеряется при стандартных тестовых условия. За основу нормируемого показателя солнечной радиации берется значение в 1000 Вт/м2. Другой фактор, влияющий на мощность — температура ячеек панели. С ростом температуры увеличивается ток, но уменьшается напряжение.

Время, при котором освещенные солнечные батареи начинают эффективно работать находится между 9-00 и 15-00 часами. В остальной период количество получаемой энергии незначительно. Без больших проблем можно эксплуатировать установки, если они будут в утренние и вечерние часы закрываться тенью от деревьев и строений. Время, при котором освещенные солнечные батареи начинают эффективно работать находится между 9-00 и 15-00 часами. В остальной период количество получаемой энергии

незначительно. Произв од ите льно сть

солнечных батарей наивысшая, когда падающие лучи перпендикулярны плоскости панели. В стационарном положении панели необходимо ориентировать на юг. Так как максимальная высота солнца в течении года меняется, то возможно делать сезонную корректировку. Зимний угол установки относительно горизонтали находится как сумма географической широты района плюс 15 градусов. Летний угол, наоборот, есть разность между географической широтой и 15 градусами. Для постоянной эксплуатации нужно выбирать зимний вариант. Таким образом, всесезонный угол установки для г. Симферополя равен: 45 градуса относительно горизонтали.

Трекер (tracker) — рамная поворотная конструкция, которая динамически ориентируется относительно видимого положения Солнца. Использование трекера увеличивает дневную производительность солнечных батарей летом на 25-40%, зимой на 10-15%.

Наиболее известными компаниями производящие солнечные батареи являются: Siemens, Kyocera, Solarex, BP Solar, Квазар (Украина) и Солнечный Ветер (Росиия).

Солнечные модули, наземного применения, в основном изготовлены из силиконовых монокристаллов, обеспечивающих максимальный коэффициент полезного действия ячейки. Панели имеют от 7 до 250 ячеек, что зависит от назначения модуля.

Фотоэлементы помещены в прочный корпус из стеклопластика, который не пропускает влаги и специально рассчитан на эксплуатацию в условиях 100% влажности.

Применимость. Солнечные батареи не содержат движущихся частей и поэтому очень надежны и долговечны. Многие фирмы производители дают 20 лет гарантии при правильной эксплуатации модулей. Они очень просты в установке и, что самое главное, производимая ими электроэнергия абсолютно бесплатна! Батареи идеально подходят для полевых работ, курортных объектов, яхт и любых других мест, где много солнца и отсутствует обычное энергоснабжение. Например, подзарядка аккумуляторов, питание систем охранной сигнализации, судового оборудования и навигационных огней, питание навигационных и телеметрических приборов; подача напряжения на садовые насосы, освещение в саду; питание раций, насосов, сигнализации и другого оборудования на удаленных станциях.

Мощность батарей. Выходная мощность солнечных батарей зависит от множества факторов. Максимальное значение достигается при ясном небе, температуре 25 °С и направлении батарей точно на солнце. Небольшая облачность снижает выходную мощность на 70%, плотная облачность — на 90%. Оптимальный диапазон температур составляет 15-25 °С. При повышении температуры за указанные пределы выходное напряжение снижается. Потери выходной мощности при очень сильной жаре для обычных батарей могут составлять до 25%.

Поскольку положение солнца на небе постоянно меняется в течение года и в течение суток, пытаться направлять батарею точно на солнце не имеет смысла. Оптимальных результатов можно достичь, направив батарею в сторону экватора и наклонив ее на угол, соответствующий широте места. В таблице 3.4 показаны суточные значения мощности в Ачас, производимой 10-ваттной батареей SolarGen в зависимости от региона и времени года. Чтобы рассчитать суточную выходную мощность для других моделей, просто умножьте табличные значения на соотношение пиковых мощностей.

Таблица 2.1 Суточная выходная мощность 10-ваттной батареи SolarGen (Ачас, при 12 В) Регион Сев. Дек.- Март- Июнь- Сент- широта Февр. Май Авг. Нояб. Шотландия о О чо 1 2,5 3 2 Южная Англия о о in 1 3,5 3,5 2 Средиземное море о о 3 4,5 5 3,5 Карибские о-ва о О (N 4,5 6 5 5

Характеристики модулей фирмы SolarGen представлены в таблицах:

Т аблица 2.2. Парам етры модуля Модель SLF5 SLF10 SLF17 SLF25 SLF35 SLF50 Макс. выходная мощность, Вт 5 10 17 25 35 50 Напряжение в открытой цепи, В 21 21 21 21 21 21 Ток при минимальной нагрузке, А 0,31 0,62 1,1 1,6 2,4 3,27 Напряжение при макс. мощности, В 17 17 17 17 17 17 Ток при макс. мощности, А 0,28 0,57 0,97 1,45 2,05 2,95 Длина кабеля, м 1 1 1 1 1,8 1,8 Вес, кг 0,6 1,0 1,6 2,0 3,0 4,0 Толщина панели, мм 4 4 4 4 5 5 Размеры, мм 260 x 232 450 x 232 438 x 395 438 x 550 645 x 535 455 x 990

Т ип ячеек	Силиконовые монокристаллы
Основа	Стеклопластик
Г ерметизация	По системе Tedlar/EVA
Подключение к нагрузке	В комплект входит кабель с цветной оплеткой
Крепление	Имеются четыре монтажных отверстия с прокладками

Параметры модуля MSW-3(12) Максимальная мощность, (Вт) 3 Минимальная мощность, (Вт) 2,5 Ток максимальной мощности, (А) 0,21 Напряжение макс. мощности, (В) 15 Номинальное напряжение, (В) 12 Ток короткого замыкания, (А) 0,24 Напряжение холостого хода, (В) 19 Размеры (длина/ширина/высота), (мм) 213/206/21 Тип псевдоквадрата 1/8 пк 85 мм Число СЭ (размещение) 32(4х8) Вес, (кг) 0,5

Электрические характеристики модулей измерены при условиях: АМ 1,5; 25°С; 1000 Вт/м2

Технические характеристики модуля:

Сопротивление изоляции, МОм, не менее:

в нормальных климатических условиях 10,0 при температуре 70°C 3,0

в конце испытаний на влагостойкость 0,5

Условия эксплуатации модулей:

температура воздуха, oC -45 — +40

Предельные рабочие температуры модуля, oC -50 — +75 относительная влажность воздуха при t=25oC, % до 100 атмосферное давление, кПа 84,0 — 106,7

Модуль сохраняет работоспособность:

• при воздействии вибрационных нагрузок в диапазоне частот от 1 до 35 Гц при ускорении до 0,5 g;

• после воздействия:

о солнечного излучения с интегральной плотностью

светового потока не более 1500 Вт/м, в том числе плотностью потока ультрафиолетовой части спектра (длина 280 — 400 мкм) 68 Вт/м ;

o дождя интенсивностью 5 мм/мин;

o соляного тумана;

о снеговой или гололедно-ветровой нагрузки до 2000 Па.

Срок службы модуля — не менее 20 лет.

Гарантийный срок — 10 лет.

Цена за 1 Вт — 5- 7$ при цене модуля — 21$.