Svarkin-spb.ru

Новое поколение солнечных батарей: гибридные панели

Обзор солнечных батарей на отечественном рынке

Все большую популярность приобретают солнечные батареи. Большой сегмент потребителей переходит к автономному электроснабжению не столько из-за желания сэкономить, сколько по причине обеспечения электропитанием в районах, где есть перебои с электроснабжением или такового нет вовсе.

Широко используется генерация солнечной энергии для дачных домиков в летнее время. Они характеризуются низкой мощностью потребления и сезонностью работы солнечных батарей. Более редкие случаи — полная электрификация дома альтернативными источниками. Но построение систем генерации солнечной энергии для разных условий эксплуатации принципиально одинаково. Итак, рассмотрим этот вопрос обстоятельно и по порядку.

Типы солнечных батарей

Иному обывателю и невдомек, что количество разновидностей солнечных батарей уже приближается к десятку. Чтобы как-то структурировать в сознании все многообразие светоприемников, разделим их на 2 класса: кремниевые и пленочные.

Кремниевые солнечные батареи

Широко представлены на рынке монокристаллическими и поликристаллическими панелями. Также к этой группе отнесем аморфные кремниевые панели и гибридные солнечные ячейки. Как понятно из названия класса, изготавливаются эти светоприемники из кремния и кремневодорода. Распространение солнечных модулей на основе кремния обусловлено их высокой удельной энергоэффективностью, но достаточно сложный технологический процесс изготовления делает их недешевыми.

Монокристальные солнечные панели — это квадраты черного цвета со скошенными углами. На данный момент у таких панелей самый высокий КПД — до 22%. Все светочувствительные ячейки монокристаллической панели ориентированы в одном направлении, с одной стороны этим объясняется относительно высокий КПД, с другой стороны панель должна быть всегда обращена к солнцу для получения максимальной энергоотдачи. При рассеянном свете, например, в пасмурную погоду, на рассвете и закате, электрические параметры генерации электроэнергии совсем не впечатляют.

Другой тип солнечных панелей: поликристаллические — имеют более низкий КПД по сравнению с монокристаллами (порядка 12–18%), но благодаря разнонаправленности кристаллов кремния в панели достигается лучшая энергоэффективность в рассеянном свете. Поликристаллические панели можно узнать по правильной квадратной форме пластин темно-синего цвета с морозным рисунком.

Аморфные солнечные батареи

Аморфные кремниевые панели (или, как их обозначают, а-Si) — самые низкопроизводительные в линейке кремниевых приемников солнечной энергии. Их КПД находится на отметке в 5–6%. Но их применение может быть оправдано. И вот почему:

во-первых, степень поглощения светового потока у этих панелей в 20 раз выше, чем у других кремниевых конкурентов;

во-вторых, хаотичная ориентированность светочувствительных ячеек повышает эффективность a-Si в пасмурную погоду.

Гибридные преобразователи светового потока — это объединение аморфного кремния с микрокристаллами. Такие панели схожи по свойствам с поликристаллическими элементами, с той лишь оговоркой, что их производительность в рассеянном свете гораздо выше. Также кроме ультрафиолетового спектра гибридные панели могут преобразовывать в электричество излучение инфракрасного диапазона.

Пленочные солнечные батареи

Достаточно новая разработка в сфере солнечных батарей.

К пленочным отнесем элементы на основе теллурида кадмия (CdTe), диселенида меди-индия (CIS), диселенида меди-индия-галлия (CIGS) и полимерные. Полимерные панели — это наиболее перспективное направление развития пленочных технологий, так как производители обещают их низкую стоимость, правда и КПД всего 6%.

Так, ток короткого замыкания — это ток, который возникает при замыкании цепи солнечной батареи (напряжение батареи при этом равно нулю). Напряжение холостого хода, наоборот, параметр разомкнутой цепи (ток при этом равен нулю). Эти два режима не являются рабочими. Номинальный рабочий режим показан желтой точкой на пересечении пунктирных линий. В этой точке максимальный рабочий ток и напряжение. Самое эффективное использование солнечной батареи соответствует этой рабочей точке.

На российском рынке в большинстве своем представлены моно- и поликристаллические панели в большом ассортименте. Как и следовало ожидать, большинство из них — китайского производства. Но ведь это и неудивительно: Китай — лидер в производстве и продаже систем генерации солнечной энергии. Кроме того, на рынке присутствуют немецкие (Calixo, SCHOTT) и японские (SHARP) солнечные батареи.

Россия может «похвастаться» и своими производителями солнечных панелей. В Новочебоксарске находится завод «Хевел», который специализируется на производстве тонкопленочных гибридных панелей. В Краснодаре на заводе «Сатурн» изготавливают солнечные батареи на основе арсенида галлия, продукция ориентирована, в основном, на космическую промышленность. Два завода, которые наиболее ориентированы на производство бытовых модулей, расположены в Зеленограде («Телеком-СТВ») и Рязани («Рязанский завод металлокерамических приборов», РЗМКП).

Читать еще:  Механическое устранение изнутри

Ассортимент рязанских солнечных батарей ограничен двумя основными типами:

RZMP-130-Т — имеет выходное напряжение 15,9–17,5 В, диапазон мощностей 105–145 Вт;

RZMP-220-Т — имеет выходное напряжение 27,7– 29,1 В, диапазон мощностей 200–240 Вт.

«Телеком-СТВ» предлагает гораздо большее количество артикулов своей продукции: моно- и поликристаллические модули, монокристаллические модули с повышенной эффективностью, гибкие и специализированные солнечные батареи. Выходное напряжение модулей адаптировано как для низковольтных систем (17–18,5 В), так и высоковольтных (34–38 В). При этом цена этих солнечных батарей в полтора раза ниже рязанских. Например, рязанская RZMP-130-Т мощностью 120 Вт обойдется покупателю в 16100 рублей, а зеленоградскую ТСМ-120А мощностью 123 Вт можно приобрести за 9658 рублей. При этом вес и габариты зеленоградских панелей меньше рязанских. Единственное, что говорит в пользу рязанских солнечных батарей — это подробная информация об изделии.

«Хевел» – единственный завод в России, который начал изготавливать панели на основе аморфного кремния с вкраплениями микрокристаллов по микроморфной технологии. Учитывая, что на значительной части территории России большой процент пасмурных дней в году, панели «Хевел» имеют большой потенциал в борьбе за рынок с моно- и поликристаллами. Прямым конкурентом «Хевел» являются тонкопленочные гибридные панели тайваньского производителя Green Energy Technology.

Производитель Наименование Технология производства Пиковое напряжение, В Пиковый ток, А Пиковая мощность, Вт Габариты, мм Ориентировочная цена на российском рынке, руб.
«Телеком-СТВ», Зеленоград ТСМ-100А поликристалл 17 5,6 96 1050х665х43 8429
РЗМП, Рязань RZMP-130-T поликристалл 15,9 6,65 105 1490х670х36 14600
«Хевел», Новочебоксарск HEVEL P7 микроморфная 56,6 2,21 125 1300х1100х24 10000
Green Energy Technology, Тайвань GET-115AT2 аморфный кремний 93,9 1,22 115 1300х1100х20* 7000
Chinaland Solar Energy, Китай CNH100-36M монокристалл 19,3 5,18 100 1200х540х30 6350
* — без алюминиевой рамки

В конечном итоге потребителю самому решать, какие панели ему выбрать. В качестве рекомендации хочется отметить, что для автономного электроснабжения дома можно порекомендовать поликристаллические модели солнечных батарей. Да, монокристаллические панели более эффективны, но не стоит забывать, что это довольно условно.

Максимальная мощность монокристаллических элементов будет достигнута лишь в солнечный день с использованием систем поворота светочувствительных элементов. Поэтому данные панели в большей степени подойдут жителям южной полосы России, где количество солнечных дней максимально. В остальных же регионах при проектировании систем автономного электроснабжения имеет смысл обратить свое внимание на сравнительно новые панели, произведенные по микроморфной технологии, которые способны преобразовывать в электричество не только солнечный ультрафиолет, но и инфракрасное излучение. Это их достоинство может с лихвой покрыть недостаток низкого КПД.

ISH 2019 Новинки солнечной энергетики

Отдельного обзора заслуживают новинки солнечной энергетики, представленные на выставке ISH 2019. Напомним, выставка состоялась во Франкфурте с 11 по 15 марта и собрала все самое передовые технологии рынка климатической техники и энергосбережения.

Мы уже писали об интересных новинках и тенденциях выставки, предлагаем ознакомится: Общие впечатления и фотообзор наиболее интересных экспозиций ISH 2019.

Фотоэлектрические системы

Всеобщая популярность фотоэлектрических систем так же отразилась и на участниках рынка тепло водоснабжения, вентиляции и энергосбережения. Все больше компаний HWAC индустрии добавляют и расширяют ассортимент солнечных панелей и сопутствующего оборудования. Компании лидеры рынка, такие как Viessmann, Vaillant, Nibe, Kermi и др. рассматривают это направление как часть общей концепции энергоактивного дома в различных комбинациях с климатическим оборудованием.

Vaillant предлагает на данный момент фотоэлектрические панели из моно- или поликристаллического кремния, бытовые инверторы и модульные аккумуляторы электроэнергии с шагом от 2 до 12 кВт.

Гибридная система Kermi совместно с Fenecon объединяющая в себе систему хранения электроэнергии и тепла

Vieesmann имеет в ассортименте поли и моно кристаллические модули и системы хранения Vitocharge от 3,7 до 13,8 кВт

Солнечные батареи от шведского производителя NIBE могут быть источником энергии для теплового насоса

Гибридные системы

Как и для систем климатизации здания тренд гибридных систем захватывает солнечную энергетику. Вместо того что бы выбирать кому достанется место под солнцем, многие компании предлагают гибридные решения. Солнечные коллекторы PVT объединяют в себе солнечный коллектор для производства тепловой энергии и солнечную панель для генерации электричества.

Гибридный солнечный коллектор PVT от молодого французского бренда Dual Sun с уникальной конструкцией абсорбера

Гибридная солнечная панель от Abora с повышенной производительностью электроэнергии

Читать еще:  Коммерческое МРЭО

Ensol так же представил гибридный солнечный коллектор PVT

Новое покрытие для абсорбера

Компания Alаnod, являющаяся лидером рынка по производству абсорберов для солнечных коллекторов в Европе, презентовала абсорбер с новым покрытием miritherm CONTROL, снижающим температуру при перегреве. Эта функция позволяет снизить риски возникновения стагнации. По словам производителя, ноу-хау должно снизить температуру стагнации плоских коллекторов примерно на 40 ° C.

С 2014 года только у Viessmann была подобная собственная разработка THERMPROTECT, принцип которой был основан на изменении структуры абсорбирующего покрытия при высоких температурах. Это позволяет отражать избытки тепла и предотвращать процесс стагнации в коллекторе.

Основные типы покрытий производимые Alanod

Солнечный коллектор с новым абсорбером от Alanod с функцией защиты от стагнации

Новая конструкция солнечного коллектора для ГВС

Один из Европейских грандов солнечной энергетики, австрийская компания GreenOneTec презентовала абсолютную новинку, солнечный коллектор для нагрева воды SUNPAD. Солнечный коллектор SUNPAD конструктивно объединяет в себе бак аккумулятор и солнечный коллектор.

В основном пространстве коллектора находится 150 литров антикоррозионной жидкости, являющейся накопителем тепла. В этом пространстве проложен змеевик с ребристой поверхностью который отдает тепло воде в проточном режиме.

Солнечный коллектор Sunpad

Принцип действия солнечного коллектора Sunpad

Конструкция солнечного коллектора SunPap

Солнечный коллектор возможно дооснастить ТЭНом мощностью 1 кВт для защиты от замерзания. Этот коллектор сразу может быть оснащён крепежным комплектом для плоской крыши. По замыслу производителя коллектор является простым и доступным решением, не требующим сложной и дорогой системы для покрытия нужд ГВС в небольших объемах.

Поделиться “ISH 2019 Новинки солнечной энергетики”

Новое поколение солнечных батарей: гибридные панели

Гибридный солнечный коллектор

Павел Севела, Бьёрн Олесен

Одна из последних разработок в сфере использования солнечной энергии в инженерных системах зданий – гибридный солнечный коллектор.

Он представляет собой модуль на базе стандартных фотоэлектрических элементов, КПД которых увеличивается за счет поддержания их температуры на оптимальном уровне и отвода теплоты через встроенные в панель трубки с холодоносителем. В сравнении с аналогичным модулем на базе тех же фотоэлектрических элементов увеличение производительности гибридного солнечного коллектора может достигать 14,8 %.

Реальной моделью для изучения характеристик системы стал проект индивидуального жилого дома FOLD, о котором мы рассказывали в летнем номере журнала. Проект был удостоен первого места на конкурсе «Солнечное десятиборье – 2012», выиграв в категории устройств, применяемых в инженерных системах зданий.

The goal purpose of this paper was to inform about the development of the building integrated photo voltaic thermal (PV-T) system and evaluate its performance in compared to PV installation built of same photovoltaic cells. The study was collaboration among the Technical University of Denmark (DTU and Danish company RAcell (end-reference to website). This project was applied and optimized with the coupled house system on FOLD house, built in purpose of international student competition Solar Decathlon Europe 2012 held in Madrid in September 2012. The proposed PVT system was awarded with first price in Solar system integration sub-contest, during the competition SDE 2012.“Highly effective and innovative integration of PV and thermal systems that is not only a machine added to a house, but added value without creating too much attention to that machinery,” said one of the jury members about the PVT system, announcing the winner.

The PV-T is a hybrid system where the significant growth of efficiency of electricity generation is caused by cooling the cells to optimal temperature by system of embedded pipes on the backside of photovoltaic panels. The thermal part removes the heat, cools down the cells and increases its el. production up to 14,8% according to PV system using the same cells in the same weather conditions. New solution was carried out for piping connection between panels.

The house integrated PV-T system was compared with separate Photovoltaic and Thermal systems from energy and economy point of view. For annual usage of the FOLD house in Spain and Denmark was the PV-T system found as a more beneficial in compare to two separate systems.

ТЕЗИСЫ ОДНОГО ИЗ ОСНОВОПОЛАГАЮЩИХ ДОКУМЕНТОВ ПО СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ ЕВРОСОЮЗА (SOLAR THERMAL VISION – 2030) [1–3]

Читать еще:  Штраф за проезд водителем под «кирпич»
  • Здания и сооружения способны покрывать 100 % энергопотребления за счет солнечной энергии. Солнечные системы могут стать основным источником энергии для зданий в будущем.
  • Архитекторы и и нженеры должны найти комплексные решения, сочетающие пространственно-планировочные, конструктивные и инженерные решения, позволяющие создать энергоэффективные строения с возможностью одновременного контроля теплопоступлений от солнечной радиации и максимального использования энергии солнца для энергосистемы здания.
  • Необходимость рационального использования ограждающих конструкций для аккумуляции энергии солнца и преобразования этой энергии в желаемую форму приводит к разработке «активных» строительных конструкций, интегрированных в здание.

Стандартный модуль с полупроводниковыми элементами преобразует солнечную энергию в электричество за счет фотоэлектрического эффекта. При этом его КПД, как правило, не превышает 14 %. Оставшаяся часть энергии теряется, частично расходуясь на нагрев самого элемента, что в свою очередь влечет повышение электрического сопротивления и снижение производительности системы.

В отличие от стандартного модуля, в гибридном солнечном коллекторе (photovoltaic thermal, PV/T) фотоэлектрические элементы (photovoltaic, PV) охлаждаются активной системой отвода теплоты через медные трубки (жидкостный солнечный коллектор), встроенные в тыльную часть панели. При соответствующей конфигурации инженерных систем здания ту часть энергии, которая раньше попросту терялась, попутно снижая производительность основной системы, в случае с гибридным солнечным коллектором можно с пользой утилизировать. Например, использовать отведенную теплоту для нагрева воды в системе горячего водоснабжения.

Такая система гибридного солнечного коллектора была успешно опробована в проекте FOLD.

Разработка и тестирование системы

Система разработана с учетом требований нормативных документов, регулирующих применение солнечных коллекторов и фотоэлектрических модулей в ЕС: IEC 60364–7-712, IEC 60364, IEC 61215, IEC 61727, RD 1699/2011, ISO 9806–1:1994 и DS/ENV 13005.

Перед проектировщиками стояла задача повысить КПД фотоэлектрических элементов за счет активного охлаждения фотоэлектрических модулей. Необходимо было найти простое и надежное решение по соединению трубок в единый модуль.

Теплотехнические испытания. Было проведено компьютерное моделирование с целью определения оптимального варианта расположения трубок с холодоносителем в пространстве панели (рис. 1). Результаты вычислений для панели размером 1 пог. м с 6 и 10 трубками приведены на рис. 2.

Эффективность охлаждения панелей иллюстрирует рис. 2а. Результаты моделирования показали, что лучшим способом охлаждения поверхности панели является вариант расположения 10 трубок на 1 пог. м.

Результаты измерения (на опытном образце) температуры поверхности фотоэлектрического модуля, снятые по длине панели перпендикулярно трубкам, отражены на рис. 2б. Тестирование проводилось при плотности потока солнечного излучения 1 000 Вт/м 2 , температуре наружного воздуха 25 °C и отсутствии ветра. По итогам тестирования в качестве основного рабочего варианта был выбран вариант размещения трубок с холодоносителем через каждые 100 мм.

Опытный образец системы был испытан в натуральных условиях на стенде с уклоном 67,5° строго к югу.

Эффективность получения тепловой энергии (нагрев воды) жидкостным солнечным коллектором была проверена на активной панели (вырабатывается электроэнергия) и на пассивной (фотоэлектрические элементы отключены от сети):

Активная панель преобразовала в теплоту 42 % солнечной энергии, пассивная – 48 % (рис. 3). Разницу в результатах измерения можно объяснить следующим образом. Полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи энергии располагаются на фронтальной части панели.

В активном состоянии они поглощают часть энергии, преобразовывая ее в электроэнергию, при этом жидкостный солнечный коллектор «недополучает» энергию на нагрев воды.

Электрические испытания. В качестве фотоэлектрического преобразователя использованы монокристаллические элементы Sunpower А‑300. Квадратный преобразователь состоит из трех ячеек размером 41 × 125 мм, что снижает риск поломки пластины при изгибе. Маленький размер ячейки также позволяет максимально покрыть поверхность панели на непрямоугольных участках.

Испытание панели и измерение электрических показателей проводились на том же стенде, что и испытания жидкостного солнечного коллектора. Электрические характеристики измерялись с помощью метода «Уганды» (рис. 4).

Эффективность получения электрической энергии в зависимости от плотности потока солнечного излучения и разницы температуры фотоэлектрического модуля и наружного воздуха показана на рис. 5а. Результаты получены при тестировании панели в стандартных для Дании климатических условиях (табл. 1) (рассматривалось два варианта размещения дома FOLD: в Дании (Копенгаген) и Испании (Мадрид)).

ТАБЛ. 1. АКТИВНОЕ И ПАССИВНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОДУЛЯ
(КЛИМАТИЧСКИЕ УСЛОВИЯ ДАНИИ)

Тип охлаждения

КПД, %

Температура фотоэлектрического модуля
Т
модуль, °С

Температура наружного воздуха
Т
возд, °С

Плотность потока солнечного излучения
G
, Вт/м 2

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector