ККД сонячних батарей

ККД, або коефіцієнт корисної дії, є показником ефективності, причому не лише сонячних панелей, але й будь-яких засобів, що перетворюють один тип енергії на інший. У випадку ККД сонячних батарей, це перетворення енергії променів Сонця на електричну енергію. Цілком зрозуміло, що власники СЕС максимально зацікавлені у використанні компонентів, які мають найвищий коефіцієнт корисної дії, щоб мати змогу отримувати великі прибутки.

Як визначається ККД?

В загальному випадку, коефіцієнт корисної дії є співвідношенням між отриманою корисною енергією та загальною спожитою енергією, виражене у відсотках. Для сонячних панелей це, відповідно, буде вироблена електроенергія, поділена на енергію сонячних променів, що потрапляють на панель за нормальних умов, і помножена на 100 відсотків:

ККД = (Е_ел/Е_св)⋅100%

За поліпшення результатів цієї зовсім простої формули постійно б’ються тисячі провідних вчених по всьому світі і, особливо, у дослідницьких лабораторіях головних виробників фотоелектричних товарів. При цьому, станом на середину 2021 року, найкращих результатів у великому серійному виробництві вдалося досягти компанії Trina — 23,03%, що є кращим показником у галузі, доступним звичайним споживачам.

Основні фактори впливу

Купити сонячні панелі з високим ККД бажає кожен, тому для виробників цей показник є теж дуже важливим. Звичайно, дозволяти виробникам підганяти умови експерименту під власні потреби було б не ліпшою ідеєю, тому для визначення ККД було обрано стандартні лабораторні умови (STS), що мають такі основні параметри:

• Температура навколишнього середовища у 25°С;

• Інсоляція на рівні 1000 Вт/м².

Саме за таких умов вимірюється потужність кожної моделі сонячних панелей, їхні основні параметри по струму і напрузі, та, відповідно, ККД. Саме завдяки такій стандартизації, ми маємо змогу об’єктивно порівнювати між собою продукцію різних виробників.

Які висновки можна зробити, поглянувши на стандартні лабораторні умови? Перш за все, про дійсно значний вплив температури на ККД. Погляньте на специфікацію до будь-якої панелі (їх завжди можна знайти на нашому сайті для кожного товару) — там ви обов’язково знайдете такий цікавий параметр, як температурні коефіцієнти. Вони демонструватимуть, як змінюватимуться потужність, напруга та струм, а відповідно, і ефективність, з кожним градусом відхилення від стандартних умов.

Яким може бути ККД?

Наукові розрахунки показують теоретичну можливість отримання ККД сонячної панелі вище за 80%. Чому ж практика так сильно відстає від теорії? Причини дві:

• Технології. Першим комерційним зразкам хоча б відносно масових сонячних панелей ще не виповнилося й 40 років. З одного боку, це досить великий термін, тим більш, що від початкового ККД у менш як 10% до сучасних показників було зроблено величезну роботу. З іншого боку, Постійно з’являються нові технології роботи з сонячними панелями, частина з яких починає використовуватись у масовому виробництві. Тож можна розраховувати на те, що основні прориви ще попереду.

• Матеріали. Для теоретичних розрахунків вартість матеріалів, що використовуються для панелей, не має особливого значення. Що зовсім не можна сказати про реальне виробництво — кремній, що є основою сучасного масового продукту, є відносно дешевим як за собівартістю, так і за технологією обробки, що вже добре відпрацьована та не потребує надто великих змін. В той же час, експериментальні матеріали та їхні поєднання, що вже демонструють досить непогані показники до ККД 50% і вище, мають абсолютно нерентабельну собівартість і надто дорогу технологію виготовлення.

Звичайно, ККД сонячних панелей у масовому виробництві продовжуватиме збільшуватися — достатньо хоча б поглянути на показники нових моделей у 2018, 2019 чи навіть 2020 роках і порівняти з новинками цього року. Можна одразу помітити не тільки поступове покращення показників, але й перехід експериментальних технологій у практичне використання. Тож максимальні показники ще попереду!

Як контролювати та покращувати?

Попри найкращі теоретичні перспективи, практичне застосування інформації про коефіцієнт корисної дії має цікавити значно більше, адже, фактично, є шляхом для примноження прибутків за генерацію. Тож варто виділити основні моменти, що впливатимуть на ККД панелей протягом часу використання:

• Старіння. Зазвичай цей процес називають деградацією сонячних панелей і його сутність полягає у поступовому зменшенні потужності. В середньому по всім виробникам, ця деградація складає від 0,5% до 1% на рік. Такі показники дозволять виробникам обіцяти не менше 25 років експлуатації до виходу на 80% від початкового ККД — визнаний у світі рубіж для працездатності панелей.

• Зовнішні чинники. Навіть сонячні батареї з високим ККД не будуть демонструвати гарних результатів, якщо регулярно перебуватимуть у частковому чи повному затіненні. Тож варто одразу враховувати всі навколишні будівлі, дерева та інші аналогічні об’єкти. Більше того, цілком можливо, що для правильного розміщення панелей з метою збереження їхнього ККД доведеться дещо прорідити навколишню рослинність. В той же час, навіть коли мова йде не про біфаціальні панелі, світле забарвлення оточення також сприятиме певному підвищенню ефективності за рахунок відбитого світла.

• Догляд. Запилені чи вкриті брудом панелі матимуть, очевидно, значно нижчий ККД. Є різні думки відносно того, мити панелі самостійно чи чекати дощу, однак ми рекомендуємо все-таки проводити час від часу “водні процедури” для СЕС, особливо, якщо поруч є джерела постійного забруднення — великі підприємства, орні поля, морське узбережжя, тощо. Звичайно, при цьому варто притримуватись стандартних рекомендацій — тільки м’які щітки, жодних миючих засобів і, бажано, тільки очищена вода. Так ви зможете гарантувати відповідність результату роботи вашої СЕС заявленому рівню ККД батарей, з яких вона зібрана.

Серед засобів контролю коефіцієнта корисної дії в геліосистемах варто окремо виділити ще один, що має для нас значення тільки сезонно — температура. Коли перегріваються сонячні батареї, ККД у них починає знижуватись, про що вже згадувалось вище. Для наших широт ця проблема є актуальною, переважно, тільки у найспекотніші години найгарячіших місяців літа, в той час як у інші сезони, а тим більш взимку, температура є близькою до STS чи нижчою.

Коли ж мова йде про більш південне розташування сонячних електростанцій, проблема перегріву стає актуальною ледь чи не протягом всього року. В таких умовах поступово стає економічно вигідним використання пасивного чи, у разі дійсно значної спеки, активного охолодження, вартість встановлення та використання якого має компенсуватися приростом у генерації.

Ще один цікавий момент, також пов’язаний зі стандартними лабораторними умовами — залежність між рівнем інсоляції та напругою у точці максимальної потужності. Так, при зміні рівня інсоляції змінюватиметься і вольт-амперна характеристика панелі, а з нею і напруга у точці максимальної потужності, що відповідає найвищому доступному рівню ККД. Саме тому обов’язковим елементом всіх сучасних СЕС, що відповідає за отримання найбільшого ККД, є МПП-трекер, котрий зазвичай входить у склад інвертора.

Загалом, у випадку такого продукту, як сонячні панелі, ККД має досить важливе значення. Причому, як можна бачити, не стільки його початковий рівень, скільки методи підтримки й збільшення. В будь-якому разі, якщо орієнтуватись на відносно нові моделі сонячних панелей і притримуватись базових рекомендацій з встановлення та догляду, можна легко отримувати досить пристойний рівень ККД.