Солнечная электростанция: устройство, компоненты

Наиболее типичная солнечная электростанция состоит из 4-х основных компонентов:

1. Солнечная панель
2. Контроллер заряда
3. Аккумулятор
4. Инвертор

Ниже приведён схематический рисунок солнечной электростанции с указанием того, как соединяются между собой все компоненты системы.

Соединительное и защитное оборудование пока во внимание не принимаем, они них мы расскажем в отдельной статье.
Теперь подробнее рассмотрим каждый из компонентов солнечной электростанции.

1. Солнечные панели

Солнечные панели или еще их называют солнечными батареями – это, наверное, самый ключевой компонент солнечной электростанции. Основная задача солнечных панелей – это преобразование солнечной энергии в электрическую.

Номинальная мощность

Сама солнечная панель состоит из ячеек кристаллического  кремния, ещё эти ячейки называют солнечными элементами.  Количеством таких солнечных элементов определяется номинальная мощность солнечной панели. Количество солнечных элементов в солнечной панели иногда бывает указано в названии, например,  Delta BST 450-72HC – это солнечная панель мощностью 450Вт, которая состоит из 72 ячеек HalfCut

Так, солнечные панели бывают мощность 100Вт, 150Вт, 200Вт, 250Вт, 300Вт. Есть и другие номиналы, но это самые популярные.  Так вот, солнечная панель мощностью 300Вт, здесь 300Вт – это максимальная мощность, которую может выдать солнечная панель.  В идеальном случае, за один час выработка такой солнечной панели составит 300Вт*ч.

Выработка электроэнергии

Выработка электроэнергии солнечной панелью сильно зависит от внешних факторов. По факту, купить солнечную станцию и заявленную номинальную мощность панель может обеспечить только в идеальных условиях, летом, когда солнце в зените и когда солнечные лучи падают на поверхность солнечной панели под прямым углом. Также выработка электроэнергии зависит от интенсивности самого солнечного излучения. В России пик интенсивности солнечного излучения приходится на июнь-июль. При неблагоприятных погодных условия, например, облачность, дождь или просто пасмурная погода, выработка электроэнергии снижается. Меньше солнца – меньше выработка.

Для примера, ниже показан график выработки электроэнергии четырьмя поликристаллическими солнечными панелями мощностью по 250Вт. Видно, что пик выработки приходится на период май-июль, в эти месяцы в сутки будет сгенерировано до 5кВт*час энергии. Минимум приходится на период ноябрь-январь. В зимние месяцы выработка вообще может снижаться в 10-15 раз по сравнению с летним периодом. Если на солнечные панели ляжет слой снега, то выработка будет вообще нулевой.

Помимо мощности, солнечные панели еще отличаются номинальным рабочим напряжением. Бывает только 2 варианта номинального напряжения, 12 вольт и 24 вольта. Понять какое номинальное напряжение можно опять же по названию: Восток ФСМ 150-12 M10 – это монокристаллическая солнечная панель мощностью 150Вт с номинальный напряжением 12В выполненная по технологии M10, а Delta BST 360-24M PERC– это монокристаллическая панель мощностью 360Вт с номинальный напряжением 24В выполненная по технологии PERC. Либо можно воспользоваться правилом мощности:

• до 200Вт – 12 вольт
• от 200Вт (включительно) – 24 вольта

Номинальное напряжение солнечных панелей необходимо знать для правильного подбора остальных компонентов системы.

Монокристалл, поликристалл

Как было написано выше, ячейки солнечной панели изготовлены из кристаллического кремния, только сам кремний тоже бывает разного типа:

• Монокристаллический кремний. Наивысшая эффективность (КПД), стоят немного дороже.
• Поликристаллический поликристаллический.  Эффективность меньше (обычно на 1-2%) чем у монокристалла, но стоят дешевле.

Есть мнение, что поликристаллические солнечные панели лучше подходят для климата с частной пасмурно или облачной погодой, якобы они лучше поглощаю рассеянный свет, но явно это не замечено. Если такой эффект есть, то он совсем незначительный.

Соединение солнечных панелей

Для увеличения мощности солнечные панели соединяют в массив, например, 4 солнечные панели номинальной мощностью 250Вт могут выдать суммарную мощность 1кВт. При этом, солнечные панели можно соединить между собой 3 различными способами:

• Параллельное соединение. При этом типе соединения номинальное напряжение 4-х соединённых солнечных панелей останется 24 вольта, ток увеличится в 4 раза.
• Последовательное соединение. Здесь наоборот, номинальное напряжение увеличится в 4 раза и составит 96 вольт, а значение тока останется на уровне, соответствующей одной панели.
• Параллельно-последовательное соединение. Если параллельно соединить две пары последовательное соединённых солнечных панелей до номинальное напряжение составит 48 вольт, а ток увеличится в 2 раза.

Какой тип соединения нужно использовать в том или ином случае, главным образом зависит от периферийного оборудования, а именно контроллера заряда, инвертора и планируемого количества аккумуляторов.