Одна из них – это выработка электрической энергии. При использовании солнечных батарей, энергия солнца напрямую преобразуется в электрическую.
Этот процесс называется фотоэлектрический эффект (сокращенно ФЭ).
Использование солнечного электричества имеет много преимуществ.
Это – чистый, тихий и надёжный источник энергии. Впервые фотоэлектрические батареи были использованы в космосе на спутниках.
Сегодня солнечное электричество широко используется.
В удалённых районах, где нет централизованного электроснабжения, солнечные батареи используются для электроснабжения отдельных домов, для подъёма воды и охлаждения лекарств.
Эти системы зачастую используют аккумуляторные батареи для хранения выработанной днём электроэнергии.
Кроме того, калькуляторы, телекоммуникационные системы, буи и т.д. работают от солнечного электричества.
Другая область применения – это электроснабжение домов, офисов и других зданий, или генерация электричества для сетей централизованного электроснабжения.
Солнечные фотоэлектрические установки могут быть следующих основных типов:
Автономные , в случае если нет подключения к сети.
Солнечные модули генерируют электричество для целей освещения, питания телевизора, радио, насоса, холодильника или ручного инструмента.
Обычно, для хранения энергии используются аккумуляторные батареи.
Соединённые с сетью , если объект подключён к сети централизованного электроснабжения, солнечные батареи могут использоваться для генерации собственного электричества.
Избыток электрической энергии, обычно, продаётся электросетям.
Резервные системы, фотоэлектрическая системы подключается к сетям плохого качества.
В случае отключения сети или недостаточного качества сетевого напряжения, для покрытия нагрузки используется солнечная система
Фотоэлектрические модули
Солнечные панели состоят из солнечных элементов.
Так как один солнечный элемент не производит достаточного количества электроэнергии для большинства применений, солнечные элементы собираются в солнечных модулях для того, чтобы производить больше электричества.
Солнечные панели (также называемые фотоэлектрические или солнечные модули), производятся многих типов и размеров.
Наиболее типичные – это кремниевые фотоэлектрические модули мощностью 40-60 Wp (пиковый ватт, т.е., мощностью максимум в 40-60 Вт, при ярком солнце).
Такой солнечный модуль имеет размер от 0,4 до 0,6 м2.
Однако, широкий типоразмерный ряд солнечных модулей доступен в продаже.
Солнечные панели могут соединяться между собой для того, чтобы получить большую мощность (например, 2 модуля по 50 Wp, соединённых вместе, эквивалентны модулю мощностью 100 Wp).
КПД доступных в продаже модулей варьируется в пределах 5-15%.
Это значит, что 5-15% от количества энергии, падающей на солнечный элемент, будет трансформировано в электричество.
Исследовательские лаборатории во всем мире разрабатывают новые материалы для СЭ с более высоким КПД (до 30%).
Стоимость производства – также очень важна.
Некоторые новые технологии (такие как, например, тонкоплёночные), позволяют производить СЭ в больших масштабах, что значительно снизит стоимость элементов и модулей.
Ориентация солнечных панелей
Солнечный свет проходит свой путь от Солнца до Земли по прямой линии. Когда он достигает атмосферы, часть света преломляется, а часть достигает земли по прямой линии.
Другая часть света поглощается атмосферой. Преломлённый свет – это то, что обычно называется диффузной радиацией, или рассеянным светом.
Та часть солнечного света, которая достигает поверхности земли без рассеяния или поглощения – это прямая радиация. Прямая радиация – наиболее интенсивная.
Солнечные модули производят электричество даже, когда нет прямого солнечного света.
Поэтому, даже при облачной погоде, фотоэлектрическая система будет производить электричество.
Однако, наилучшие условия для генерации электроэнергии будут, при ярком солнце и при ориентации панелей перпендикулярно солнечному свету.
Для местностей северного полушария панели должны быть ориентированы на юг, для стран южного полушария – на север.
На практике, солнечные панели должны быть ориентированы под определённым углом к горизонтальной поверхности.
Около экватора солнечные панели должны располагаться под очень маленьким углом (почти горизонтально), для того, чтобы дождь смывал пыль и грязь с фотоэлектрических модулей.
Небольшие отклонения от этой ориентации не играют существенной роли, потому что, в течение дня, солнце двигается по небу с востока на запад.
Доля производства энергии фотоэлектрической системой, при наклоне 45 градусов, для широты местности 52 градуса северной широты.
запад 78%
юго-запад 94%
юг 97%
юго-восток 94%
восток 78%
Выработка максимальна (100%), когда панели расположены под углом 36 градусов и ориентированы на юг.
Как видно из таблицы, разница между направлениями на юг, юго-восток и юго-запад — незначительна.
Ориентация солнечных
панелей — угол наклона
Солнце двигается по небу с востока на запад. Солнечные панели наиболее эффективно работают, когда они направлены на солнце и их поверхность перпендикулярна солнечным лучам.
Солнечные панели, обычно, располагаются на крыше или поддерживающей конструкции в фиксированном положении и не могут следить за положением солнца в течение дня.
Поэтому, обычно, солнечные панели не находятся под оптимальным углом (90 градусов) в течение всего дня.
Угол между горизонтальной плоскостью и солнечной панелью обычно называют углом наклона.
Вследствие движения Земли вокруг Солнца, имеют место также сезонные вариации.
Зимой солнце не достигает того же угла, как летом. В идеале, солнечные панели должны располагаться летом более горизонтально, чем зимой.
Поэтому, угол наклона для работы летом выбирается меньше, чем для работы зимой.
Если нет возможности менять угол наклона дважды в год, то панели должны располагаться под оптимальным углом, значение которого лежит где-то посередине между оптимальными углами для лета и зимы.
Для каждой широты есть свой оптимальный угол наклона панелей. Только для местностей около экватора солнечные панели должны располагаться горизонтально.
Обычно принимается для весны и осени оптимальный угол наклона, равным значению широты местности.
Для зимы, к этому значению прибавляется 10-15 градусов, а летом — от этого значения отнимается 10-15 градусов.
Поэтому, обычно рекомендуется менять дважды в год угол наклона с «летнего» на «зимний». Если такой возможности нет, то угол наклона выбирается, примерно, равным широте местности.
Небольшие отклонения, до 5 градусов, от этого оптимума, оказывают незначительный эффект на производительность модулей.
Различие в погодных условиях более влияет на выработку электричества.
Для автономных систем оптимальный угол наклона зависит от месячного графика нагрузки, т.е., если в данном месяце потребляется больше энергии, то угол наклона нужно выбирать оптимальным именно для этого месяца.
Пример
Оптимальный угол наклона для широты 52 градуса (северной широты) для соединённых с сетью систем составляет 36градусов. Однако, для автономной системы с примерно равной потребностью в энергии в течение года, оптимальный угол наклона будет составлять около 65-70градусов.
www.stroyby.com
