Работая в сфере продажи оборудования для СЭС уже не первый год, часто сталкиваемся с неправильным подходом потенциальных покупателей и уже осуществивших покупку оборудования к принципу работы СЭС и эффективности выработки в течении календарного года. Зачастую люди применяют шаблон «СЭС = дизель-генератор», работает на расчётную мощность круглый год без сезонных изменений выработки, вследствие чего в процессе эксплуатации возникают обращения на «неправильную работу оборудования» с последующими выкладками физики процесса и эмоциями. Поэтому в данной статье мы бы хотели осветить тему эффективности выработки СЭС в разрезе календарного года. Наша СЭС находится в Одессе и приводимые нами рабочие показатели и тенденции в работе реальны для юга Украины (выработка в других  регионах будет несколько меньше). Для специалистов и любителей «докопаться до истины» эта статья не откроет ничего нового, но для большинства заинтересованных в покупке собственной СЭС надеемся, что статья станет полезной и прояснит малоосвещаемые многими продавцами моменты.

 

 

Каждый из нас замечал на личном опыте, что в течении года Солнце «светит» по разному – летом его много, на улице жарко и можно загорать целыми днями на пляже; в первой половине осени Солнце ещё радует своим светом, но уже почти нереально загорать на пляже; а в ноябре-декабре часто дни полностью пасмурные, совсем нежарко на улице и загар можно получить или в солярии, или путешествуя в тёплые страны. Это прямой пример сезонных колебаний солнечной активности, которые в конечном итоге влияют на выработку СЭС - ежедневную, сезонную и годовую.

 

На эффективность выработки солнечной батареи, и в конечном счёте всей СЭС, влияет множество факторов, наиболее значимыми из которых являются интенсивность солнечного света и температура фотоэлемента. Попробуем внести ясность по ним.

 

Температура фотоэлемента. Работа кремниевого фотоэлемента аналогична работе p-n перехода в полупроводниковых приборах. Работа p-n перехода достаточно полно освещена в Интернете и любой желающий может самостоятельно ознакомиться с ней. По аналогии с полупроводниковыми приборами на основе кремния для фотоэлемента характерны процессы работы:

1)      при повышении температуры рабочие характеристики снижаются, а именно снижается выдаваемое фотоэлементом напряжение;

2)      при понижении температуры рабочие характеристики улучшаются – напряжение на фотоэлементе повышается.

Оценку работы фотоэлементов в лабораториях производят при температуре фотоэлемента (не путать с температурой воздуха вокруг солнечной батареи!) +25ºС. Мы специально обращаем ваше внимание, что не стоит равнять температуру воздуха вокруг солнечной батареи с температурой фотоэлемента, и вот почему. При попадании солнечного света на фотоэлемент происходит его нагрев. Фотоэлемент заключён под стекло (фактически некий аналог термопечки), что не способствует эффективному отводу тепла, и при отсутствии какой-либо системы принудительного отвода тепла нагревается выше температуры окружающего воздуха. Летом, когда температура воздуха днём часто превышает +30ºС, температура фотоэлемента может составить в среднем +60ºС, а в особо жаркие дни и выше! Зимой наоборот, низкая температура воздуха способствует отводу тепла от фотоэлемента, и его температура часто даже до +20ºС не дотягивает. Оценить температуру фотоэлемента может любой желающий с помощью тепловизора. Для оценки зависимости выдаваемого фотоэлементом напряжения производители обычно указывают коэффициенты падения напряжения и мощности в зависимости от нагрева. Также производители указывают допустимый диапазон температур эксплуатации. Например, для солнечных батарей Perlight PLM-260P-60M он составляет от -40ºС до +85ºС. Также в последнее время многие производители занимаются проблемой отвода тепла от фотоэлементов с целью и из этого процесса извлечь выгоду. В результате в продаже появляются такие комбо устройства, как совмещение солнечной батареи с солнечным коллектором и пользователь помимо электричества получает ещё и горячую воду для отопления или использования в быту.

 

Интенсивность солнечного света, который достигает поверхности солнечной батареи, меняется в зависимости от времени суток, года, местоположения, метеоусловий. Для оценки количества приходящей энергии за выбранный промежуток времени был введен показатель иррадиация (в других источниках его упоминают как инсоляция, а также солнечная радиация). Чаще всего оценивают иррадиацию за день. Измеряется иррадиация в Вт*ч/м²*день. Если бы вы расположили солнечную батарею в космосе на орбите Земли, то интенсивность солнечного излучения составила бы 1353 Вт/м². Это значение называется солнечной постоянной. При прохождении через атмосферу Земли солнечный свет ослабляется (инфракрасное излучение - в основном парами воды, ультрафиолетовое излучение - озоном и атмосферной пылью). Для оценки влияния атмосферы на интенсивность солнечного излучения на поверхности Земли был введён показатель «воздушной массы» или АМ. Показатель АМ определяется как секанс угла между Солнцем и горизонтом. Многочисленные исследования учёных показали, что средняя интенсивность солнечного излучения на Земле составляет 1000 Вт/м² и примерно совпадает с интенсивностью излучения при показателе АМ=1,5 (Солнце под углом 45º к горизонту). Ввиду этого, производители чаще всего параметры солнечных батарей приводят для показателя АМ=1,5 и интенсивности солнечного излучения 1000 Вт/м². Также для упрощения расчётов по оценке приходящей солнечной энергии был введён оценочный показатель «пиковые часы» солнечного сияния с с интенсивностью 1000 Вт/м². В переводе на понятный язык это означает, что за 1 пиковый час на площадь 1 м² должно прийти 1 кВт солнечной энергии. В Интернете на разных ресурсах можно найти карты с указанием интенсивности солнечного излучения как в Вт*ч/м², так и в пико-часах. Для того чтобы понять, сколько солнечного излучения за день приходит на солнечную панель площадью 1 м² в вашем регионе, если на карте указано, например, значение 5 пико-часов, надо 5 ч * 1000 Вт/м² = 5000 Вт/м² в сутки. Но важно понимать, что показатель пиковых часов совсем не означает, что ваша солнечная батарея будет работать только 5 часов в сутки и выдавать чётко 1 кВт каждый час! 5 кВт в сутки - это общая суммарная мощность, вырабатываемая солнечной батарей за один ясный и безоблачный солнечный день, а сама выработка в течение светового дня будет неравномерной – с утра и до обеда она нарастает до определённого максимума, после обеда она постепенно снижается и полностью прекращается с заходом Солнца.

 

 

Связано это с изменением положения Солнца над горизонтом в течение дня, которое в свою очередь влияет степень прохождения энергии Солнца через атмосферу и приходящую на поверхность фотоэлементов батареи солнечную энергию.

 

 

«Каплю дёгтя» к выработке СЭС часто добавляет погода. Если день ясный и безоблачный, то СЭС сможет выдать максимально возможный в этот день результат, но если небо затянуто облаками, появился туман, идёт дождь или снег – выработка резко падает (на графике заметно резкое падение выработки из-за дождя),  а в период с ноября по февраль возможны дни когда за целый день выработка составила 0 Вт! Влияние погоды иллюстрируем графиками выработки нашей СЭС.

 

В отсутствие выработки в зимний период многие не верят – ведь даже в пасмурный день на улице визуально достаточно светло, а, значит, какая-то часть солнечного света всё же пробилась к поверхности Земли и что-то должно вырабатываться? В этом случае «демон кроется в деталях»…Любой фотоэлемент обладает нижним порогом освещённости, при котором начинается его работа. Для кремниевых фотоэлементов этот порог составляет 150-200 Вт/м², что чаще всего и соответствует естественной освещённости на улице в пасмурный зимний день. Поэтому солнечный свет достигает поверхности солнечной батареи, но его «силы» недостаточно для запуска процесса выработки электричества фотоэлементами! По аналогичной причине невозможна выработка электричества и при яркой Луне ночью.

 

Также процессу выработки помешают обледенение и покрытием слоем снега солнечных батарей. Для борьбы с этими проблемами солнечные батареи рекомендуется устанавливать под углом к горизонту, чтобы в последующие солнечные дни происходил процесс самостоятельного освобождения от снега или наледи (на наклонной поверхности снег или наледь постепенно таят и опускаются вниз, освобождая постепенно всю поверхность солнечной батареи).  

 

Аналогично, из-за изменения в течение года наибольшего угла возвышения Солнца над горизонтом и сезонных режимов погоды в регионе, циклически меняется и выработка солнечными батареями помесячно и сезонно.

 

 

Также выработка солнечных батарей в один и тот же сезон в разные года может отличаться по причине изменений в активности Солнца. Для иллюстрации проведены графики выработки СЭС в феврале, мае, августе, октябре и декабре в 2016-м, 2017-м и 2018-м годах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из всего вышеизложенного можно сделать следующие выводы по практическому использованию любой СЭС:

На стороне солнечной энергетики также стоит фактор экологичности СЭС, по сравнению с иными способами генерации электроэнергии – никаких невозобновляемых ресурсов (нефть, газ, уголь, древесина) не требуется, никакие вредные выбросы в атмосферу не производятся! Эксплуатируя СЭС, вы сохраняете ресурсы планеты!  

 

Также СЭС могут быть хорошим резервным и альтернативным источником питания в дачный и аграрный сезон (и даже заменой дизель-генератору!). При работе СЭС бесшумна, следить за своевременным подливом топлива не надо!