Фотоелектричні масиви ПОСИЛАННЯ. Фотоелектричні модулі та масиви

Що таке сонячний модуль? Типи сонячних модулів

Кожен день ми продовжуємо бачити Сонячна енергія Використання сонячної енергії зростає, і майбутнє також має багато хороших речей у цій галузі, якими ми можемо скористатися. Існує дуже багато переваг сонячних модулів, від віддалених систем електропостачання для кабін, дистанційного зондування до багатьох інших, але чи знаєте ви, що таке сонячний модуль??

Що таке сонячний модуль?

Окремий фотоелектричний модуль/панель. це збірка з’єднаних сонячних елементів, які поглинають сонячне світло як джерело енергії для вироблення електроенергії.

Група фотоелектричних модулів (також званих фотоелектричними панелями) з’єднана у великий масив, який називається фотоелектричною батареєю, щоб отримати необхідний струм і напругу.

Коли ви вирішили купити сонячну батарею, вам потрібно знати, що це таке сонячна енергетична система, ви зіткнетеся з трьома типами, і як неспеціалісту стає складно зрозуміти різницю між цими технологіями. Тож давайте коротко розглянемо їх нижче:

Монокристалічні сонячні модулі

Це фотоелектричний модуль сонячні модулі що складаються з монокристалічних сонячних елементів.

Коли сонячне світло падає на монокристалічні сонячні модулі, комірки поглинають енергію і створюють електричне поле за допомогою складного процесу. Таким чином, він складається з напруги та струму, які безпосередньо використовуються для роботи постійного струму.

  • Елементи панелі мають форму піраміди, що забезпечує більшу площу поверхні для збору більшої кількості енергії сонячних променів.
  • Він зменшує відображення і тим самим збільшує поглинання; комірки покриті нітридом кремнію.
  • Термін служби таких панелей. до 25-30 років.
  • Вони корисні тим, що демонструють більш високу термостійкість.
  • Вироблена електроенергія збирається через металеві провідники, надруковані в комірках.

Полікристалічні сонячні модулі

Полікристалічні сонячні модулі. це сонячні модулі, які складаються з декількох кристалів кремнію в одному фотоелементі.

Полікристалічні фотоелектричні панелі займають 50% світового виробництва модулів.

Складаються з декількох фотоелектричних елементів, і кожен елемент містить кристали кремнію, які функціонують як напівпровідниковий пристрій. Коли фотони сонячного світла падають на PN-перехід, вони передають енергію електронам для перетворення в електричний струм.

  • Полікристалічний кремній є найбільш консолідованою та випробуваною фотоелектричною технологією.
  • Ефективність перетворення в умовах розсіяного світла (e.g. у похмурий день) краще, ніж у монокристалічних модулів.
  • Полікристалічні елементи трохи дешевші за монокристалічні.
  • Полікристалічні мають термін служби 25 років.

фотоелектричні, масиви, посилання, модулі

Тонкоплівкові сонячні модулі

Якщо є один продукт, який має можливість отримати вигоду від тарифів на кристалічні кремнієві сонячні модулі, то це тонкоплівкові модулі.

Це хороший варіант для проектів з меншими вимогами до потужності, але з потребами в легкості та портативності. Тонкоплівкові технології досягли максимальної ефективності 20.3%, а найпоширеніший матеріал амоний кремній. 12.5%.

  • Тонкоплівкові панелі мають на 30% меншу вагу, ніж кристалічні, завдяки самому модулю та процесу його встановлення.
  • З ними легко працювати.
  • гнучкіші у порівнянні з традиційними сонячними технологіями.
  • Ви можете швидко отримати ut в тонких пластинах.

фотоелектричні, масиви, посилання, модулі

Ефективність сонячних фотоелектричних панелей

Ефективність сонячних модулів становить від 15% до 20%, з відхиленнями по обидва боки діапазону. Високоякісні сонячні модулі можуть перевищувати 22% ефективності, але більшість фотоелектричних панелей доступні модулі не перевищують 20% ефективності.

В середньому, на сьогоднішній день рейтинг ефективності досягає 22.8%, тоді як більшість модулів мають ККД від 16% до 18%. Сонячні модулі SolarSmiths відомі тим, що є найефективнішою маркою сонячних модулів, доступних на ринку. Наші експерти завжди намагаються бути поруч з вами з вашим планом щодо сонячного модуля, тому зв’яжіться з нами сьогодні і ми допоможемо вам з проектами з максимальною ефективністю.

Фотоелектричні масиви[LINK]

Фотоелектрика.Модуль f90 включає три різні моделі, які називаються “Simple”, “Equivalent One-Diode” і “Sandia”, і вибір буде визначати математичні моделі (і вхідні дані), що використовуються для визначення енергії, виробленої сонячними/електричними перетворювальними панелями. Моделі фотоелектричних масивів EnergyPlus викликаються по черзі на часовому інтервалі системи HVAC разом з іншими компонентами електрогенерації, такими як газові турбіни та дизельні двигуни.

Всі фотоелектричні моделі використовують однакові моделі для прогнозування падаючого сонячного випромінювання, які також використовуються для сонячних теплових розрахунків і описані в розділі Клімат, небо та розрахунки сонячного випромінювання/затінення.

Зауважте, що деяка термінологія, яка використовується для обговорення фотоелектрики, збігається з термінологією, яка використовується для обговорення програм на Фортран. Слово модуль може відноситися до фотоелектричної панелі або до об’єкта програмування на мові Fortran90. Модель може стосуватися виробничої моделі виробника для певного типу фотоелектричних модулів або математичної моделі, що використовується для інженерного аналізу. Масив може означати набір фотоелектричних модулів, з’єднаних разом, або математичну змінну з декількома елементами.

Передбачається, що фотомодулі завжди працюють, коли загальна кількість падаючого сонячного світла більше 0.3 Вт. Якщо падаюче сонячне світло менше 0.3, то модулі не виробляють енергію.

Фотоелектричні масиви управляються центром електричного навантаження. Центр навантаження є “навантаженням” по відношенню до генеруючого обладнання, але є “центром постачання” для решти будівлі. Сонячні батареї повинні бути підключені до об’єктів ElectricLoadCenter:Distribution, які мають тип шини постійного струму.

Проста модель[LINK]

Об’єкт Generator:PV:Simple описує найпростішу модель для прогнозування виробництва фотоелектричної енергії. У цій моделі користувач визначає ефективність, з якою поверхні перетворюють падаюче сонячне випромінювання в електрику. (В інших моделях ця ефективність визначається як частина моделі).) Для визначення падаючого сонячного випромінювання використовується повна геометрична модель сонячного випромінювання, включаючи моделі неба, затінення та відбиття. Модель приймає довільні коефіцієнти перетворення і не вимагає тестування реальних виробничих одиниць для отримання емпіричних коефіцієнтів продуктивності. (Енергія, що виділяється.idd встановлює діапазон ефективності перетворення [0.1], але користувач може змінити значення Energy.idd для розширення цього діапазону за бажанням.)

Математичний опис[LINK]

Номенклатура для простої фотоелектричної моделі

PAsurf factiv GT cell invert
Електрична потужність, вироблена фотоелектрикою [Вт]
Чиста площа поверхні [м 2]
Частка площі поверхні з активними сонячними елементами [ ]
Сумарна сонячна радіація, що падає на фотоелектричний масив [Вт/м 2 ]
Ефективність перетворення модулів [ ] P
Ефективність перетворення постійного струму в змінний [ ]

Корисна електрична потужність, вироблена фотоелектричною поверхнею, розраховується за допомогою:

У правій частині цього рівняння лише GT розраховується EnergyPlus, а решта. користувацькі дані. Рівні потужності вважаються постійними протягом періоду часу, щоб досягти виробництва енергії.

Існує два режими, які можуть бути обрані користувачем, що визначають, як фотоелектрична система з’єднується з поверхнею будівлі. Якщо режим інтеграції вибрано як “DECOUPLED”, то жодних коригувань для врахування енергії, видобутої у вигляді електроенергії, не робиться. Якщо режим інтегрування вибрано як “ІНТЕГРОВАНЕ”, то енергія, видобута у вигляді електрики, вилучається з розрахунків поверхневого теплообміну за допомогою члена стоку. Цей член стоку відстає від попереднього часового інтервалу.

Еквівалентна модель з одним діодом[ПОСИЛАННЯ]

Ця модель прогнозує електричні характеристики фотоелектричної (ФЕ) батареї. Ця модель також відома як модель “TRNSYS PV”.

З математичної точки зору, фотоелектричний модуль EnergyPlus використовує рівняння для емпіричної еквівалентної моделі схеми для прогнозування вольт-амперних характеристик окремого модуля. Ця схема складається з джерела постійного струму, діода та одного або двох резисторів. Сила джерела струму залежить від сонячного випромінювання, а вольтамперна характеристика діода залежить від температури. Результати для одномодульної еквівалентної схеми екстраполюються для прогнозування продуктивності багатомодульного масиву.

Модуль використовує “чотирипараметричну” еквівалентну схему для моделювання кристалічних (як моно-, так і полі) фотомодулів, розроблену в Університеті Вісконсіна в Медісоні [2]. Значення цих параметрів зазвичай неможливо отримати безпосередньо з каталогів виробників. Однак фотоелектричний модуль автоматично розрахує їх на основі загальнодоступних даних. Фотомодуль також включає в себе додатковий модифікатор кореляції кута падіння, який дозволяє розрахувати, як відбивна здатність поверхні фотомодуля змінюється в залежності від кута падіння сонячного випромінювання.

Модуль визначає фотоелектричний струм як функцію напруги навантаження. Інші ВИХОДИ включають струм і напругу в точці максимальної потужності вздовж кривої IV, напругу холостого ходу, струм короткого замикання, а також електричне навантаження, що задовольняється і не задовольняється.

Загальна номенклатура для фотоелектричної моделі

 C   normal GT GT, пучок GT,diff GT,gnd GT,NOCT GT,реф IIL IL,ref Io Io,реф Isc Isc,ref Імп Imp,ref IAMKNPNSNs PPmax QRs Rш Tc Tc, NOCT Tc,ref UL VVmp Vmp,ref Voc Voc,ref
Нахил фотоелектричної батареї [градуси]
Емпіричний параметр підбору PV-кривої
Ширина забороненої зони напівпровідника [еВ]
Ефективність перетворення модуля
Температурний коефіцієнт струму короткого замикання [А/К]
Температурний коефіцієнт напруги холостого ходу [В/К]
Кут падіння сонячного випромінювання [градуси]
Добуток пропускання-поглинання модуля
Добуток пропускання-поглинання модуля при нормальному падінні
Сумарна радіація, що падає на фотоелектричний масив
Променева складова падаючого випромінювання
Дифузна складова падаючого випромінювання
Відбита від землі складова падаючої радіації
Падаюче випромінювання в умовах NOCT
Падаюче випромінювання при референтних умовах
Струм
Фотострум модуля
Фотострум модуля при референтних умовах
Зворотний струм насичення діода
Зворотний струм насичення діода при еталонних умовах
Струм короткого замикання
Струм короткого замикання при еталонних умовах
Струм в точці максимальної потужності на IV кривій
Струм в точці максимальної потужності на кривій IV, еталонні умови
Безрозмірний модифікатор кута падіння
Постійна Больцмана [Дж/К]
Кількість паралельно з’єднаних модулів у масиві
Кількість послідовно з’єднаних модулів в масиві
Кількість окремих комірок в модулі
Вихідна потужність ФЕМ
Вихідна потужність ФЕМ в точці максимальної потужності на IV кривій
Постійна заряду електронів
Послідовний опір модуля []
Опір шунтування модуля []
Температура модуля [K]
Температура модуля в умовах NOCT [K] [К]
Температура модуля при референтних умовах [K]
Коефіцієнт теплових втрат масиву
Напруга
Напруга в точці максимальної потужності на кривій IV
Напруга в точці максимальної потужності вздовж кривої IV, еталонні умови
Напруга холостого ходу
Напруга холостого ходу при еталонних умовах [В]

Загальна номенклатура для фотоелектричної моделі

Розділ 1: Чотирипараметрична модель[ПОСИЛАННЯ]

Чотирипараметрична модель еквівалентної схеми була розроблена в основному Таунсендом [1989] і деталізована Даффі та Бекманом [1991]. Модель була вперше включена в компонент пакета для моделювання TRNSYS Екштейном [1990]. Модуль EnergyPlus використовує модель Екштейна для кристалічних фотоелектричних модулів, використовуючи її щоразу, коли нахил IV короткого замикання встановлюється на нуль або позитивне значення, як модифіковано Уллебергом [2000]. Чотирипараметрична модель припускає, що нахил кривої IV дорівнює нулю в умовах короткого замикання:

Це є розумним наближенням для кристалічних модулів. “Чотири параметри” в моделі. це IL,ref, Io,ref,  та Rs. Це емпіричні значення, які не можуть бути визначені безпосередньо шляхом фізичного вимірювання. Модель EnergyPlus розраховує ці значення з каталожних даних виробників, як обговорюється в наступному розділі про розрахунок цих параметрів

Еквівалентна схема з чотирма параметрами показана на наступному рисунку:

Еквівалентна схема в чотирипараметричній моделі

V. це напруга на навантаженні, а I. струм, що протікає через навантаження і фотоелектричний перетворювач.

Визначення продуктивності в робочих умовах

IV характеристики фотоелектричного перетворювача змінюються як при інсоляції, так і при температурі. Фотоелектрична модель використовує ці умови навколишнього середовища разом з чотирма модульними константами IL,ref, Io,ref,  та Rs для генерації кривої IV на кожному часовому кроці.

Рівняння струму-напруги схеми, показаної на попередньому рисунку, має наступний вигляд:

Rs та . константи. Фотострум IL лінійно залежить від падаючого випромінювання:

Еталонна інсоляція Gref майже завжди визначається як 1000 Вт/м2. Зворотний струм насичення діода Io залежить від температури:

Рівняння дає струм неявно як функцію напруги. Після того, як Io та IL знайдені з рівнянь. 3 і 4, для розрахунку фотоструму використовується метод Ньютона. Крім того, ітераційний пошук знаходить струм (Imp)~~ і напругу (Vmp) в точці максимальної потужності вздовж кривої IV.

Розрахунок IL,ref, Io,ref,  та Rs

Специфікація Idf для фотоелектричної моделі включає декілька значень, які повинні бути зчитані з каталогів фотоелектричних модулів виробників. Значення виробників використовуються для визначення еквівалентних схемних характеристик IL,ref, Io,ref,  та Rs. Ці характеристики визначають еквівалентну схему, яка використовується для знаходження продуктивності ФЕ на кожному часовому кроці, як описано раніше. У цьому розділі описано алгебру та алгоритми розрахунку, що використовуються для визначення чотирьох еквівалентних характеристик схеми.

Три з цих значень, IL,ref, Io,ref, , можуть бути ізольовані алгебраїчно. Перший крок. підставити струм і напругу в рівняння. в режимі холостого ходу, короткого замикання та максимальної потужності:

У кожному випадку член “-1” можна опустити для спрощення алгебри. Це наближення мало впливає на праву частину рівнянь, оскільки величина Iois дуже мала, як правило, порядку 10.6 A. Деяка перестановка дає наступні три вирази, які ізолюють IL,ref, Io,ref, :

На цьому етапі необхідне додаткове рівняння для визначення останнього невідомого параметра. Беручи аналітичну похідну напруги по відношенню до температури при еталонному розімкнутому стані, отримуємо четверте рівняння. Це аналітичне значення узгоджується з температурним коефіцієнтом холостого ходу, специфікацією з каталогу:

“Модель TRNSYS PV” використовує процедуру ітеративного пошуку в цих чотирьох рівняннях для розрахунку еквівалентних характеристик схеми. Першим кроком є встановлення верхньої та нижньої меж для параметра послідовного опору Rs: фізичні обмеження вимагають, щоб значення Rs~~ лежало між 0 та таким значенням, що  = Ns. Початкове значення Rs знаходиться посередині між цими межами.  та Io,ref знаходять з рівняння. і Eq, поки Eq. дає тривіальний розв’язок для IL,ref. Потім модель використовує Eq. для порівняння аналітичного та каталожного значень для voc. Коли всі інші змінні залишаються незмінними, аналітичне значення для voc монотонно зростає зі збільшенням послідовного опору (Townsend 1989). Якщо аналітичний коефіцієнт напруги менший за каталожне значення, нижня межа для Rs скидається до поточного передбачуваного значення. Аналогічно, верхня межа встановлюється на поточне значення, якщо розраховане voc занадто велике. Після скидання верхньої або нижньої межі для Rs, нове вгадане значення знаходять шляхом усереднення меж. Ця процедура повторюється до тих пір, поки Rs та  не зійдуться. Зауважте, що для IL,ref, Io,ref,  та Rs вважаються сталими і обчислюються лише при першому виклику в симуляції. Крім того, користувач може ввести відомий послідовний опір, ввівши позитивне значення в IDF. У цьому випадку ітераційну процедуру, описану вище, пропускають і використовують рівняння. а знаходять IL,ref, Io,ref та  безпосередньо із заданого значення Rs.

Розділ 2: Робоча температура модуля[ПОСИЛАННЯ]

Фотоелектрична модель використовує один з п’яти методів для визначення даних про температуру фотоелемента. Температура комірки фотоелектричного модуля важлива, оскільки чим вища температура панелі, тим нижча її електрична потужність. Метод розрахунку температури комірки обирається користувачем у файлі EnergyPlus IDF за допомогою вибору параметрів у записі IDD під назвою “Інтеграція та режим температури комірки”.

Якщо значенням цього параметра є “Decoupled NOCT Conditions”, то температура комірки ФЕ моделюється з використанням методу Даффі та Бекмана (Duffie and Beckman, 1991) для оцінки температури комірки. Це базується на стандартних вимірюваннях NOCT (номінальної робочої температури комірки) для обчислення температури модуля Tc на кожному часовому кроці. Температура NOCT (Tc,NOCT). це робоча температура модуля при швидкості вітру 1 м/с, відсутності електричного навантаження, певній заданій інсоляції та температурі навколишнього середовища [Beckman and Duffie, 1991]. Значення інсоляції GT,NOCT~~ та температури навколишнього середовища Ta,NOCT зазвичай становлять 800 Вт/м2 та 20ºC. c. це умовна ефективність модуля, яка змінюється в залежності від умов навколишнього середовища. . константа, визначена користувачем.

Якщо користувач вказує режим “Decoupled Ulleberg Dynamic” для розрахунку температури комірки, то використовується метод, розроблений Уллебергом:

Іншими словами, температура комірки є функцією температури приватної комірки та теплоємності матеріалу фотоелектричного модуля.

Якщо користувач вказує для цього параметра “Integrated Surface Outside Face”, то для температури комірки використовується температура, отримана в результаті моделювання поверхонь EnergyPlus. Також енергія, що експортується з поверхні у вигляді електроенергії, стає поглиначем при моделюванні внутрішнього джерела для поверхні теплопередачі.

Якщо користувач вказує для цього параметра “Інтегрований транспіраційний колектор”, то для температури комірки використовується результат температури для незасклених поверхонь транспіраційного колектора. Також енергія, що експортується з поверхні колектора у вигляді електроенергії, амортизується з використанням терму джерела в температурному моделюванні колектора.

Якщо користувач вказує для цього параметра “Інтегрована зовнішня вентильована порожнина”, то значення температури для зовнішньої порожнини використовується для температури комірки. Крім того, енергія, що експортується з поверхні перегородки у вигляді електрики, амортизується за допомогою терму джерела в температурному моделюванні перегородки.

Фотоелектричні модулі Розділ 3: Модулі з декількома масивами[ПОСИЛАННЯ]

Електричні розрахунки, розглянуті в попередніх розділах, стосуються лише одного модуля. Компонент EnergyPlus PV можна використовувати для моделювання масивів з будь-якою кількістю модулів. IDF визначає кількість послідовно з’єднаних модулів (NS) і паралельно з’єднаних модулів (NP) для всього масиву. Загальна кількість модулів у масиві є добутком NS та NP. При моделюванні лише одного модуля, як NS, так і NP встановлюються на 1. Значення для одного модуля для всіх струмів і напруг, розглянутих у Розділі 1, множаться на NP або NS, щоб знайти значення для всього масиву. Цей підхід нехтує втратами на неузгодженість між модулями.

З наведеними вище рівняннями і припущенням, що панелі працюють в точці максимальної потужності, це прямий розрахунок для визначення виробництва електроенергії постійного струму. Продуктивність масиву однакових модулів вважається лінійною з кількістю послідовно і паралельно з’єднаних модулів. Коефіцієнт корисної дії інвертора застосовується лінійно для виведення виробництва енергії. Потужність інвертора формує межу для виробництва енергії від фотоелектричного генератора. “Навантаження” передається фотоелектричному масиву, що діє як генератор, і різні тривіальні розрахунки порівнюють фотоелектричне виробництво з цим навантаженням. Якщо фотоелектричний масив пов’язаний з поверхнею, яка пов’язана з зоною, то якщо зона має будь-які мультиплікатори, пов’язані з нею, виробництво електроенергії буде відповідно помножено.

Посилання[LINK]

Даффі, Джон А. і Вільям А. Бекман. 1991. Сонячна енергетика теплових процесів. Нью-Йорк: John Wiley Sons, Inc.

Екштайн, Юрген Гельмут. 1990. Детальне моделювання фотоелектричних компонентів. M. S. Дисертація. Лабораторія сонячної енергії, Університет Вісконсіна, Медісон: 1990 р.

Ulleberg, Øystein. Бібліотека компонентів HYDROGEMS для посібника користувача TRNSYS 15, Інститут енергетичних технологій, К’єллер, Норвегія

Модель фотоелектричної продуктивності Sandia[LINK]

Третя модель, доступна в EnergyPlus для прогнозування електроенергії, що генерується фотоелектрикою, називається моделлю Sandia. Ця модель заснована на роботі, виконаній в Sandia National Lab, Альбукерке, Нью-Мексико Девідом Кінгом. за допомогою багатьох інших. Модель складається з ряду емпіричних залежностей з коефіцієнтами, які отримані в результаті фактичних випробувань. Після того, як коефіцієнти для конкретного модуля доступні, використання рівнянь моделі для розрахунку п’яти вибраних точок на кривій “струм-напруга” є простим завданням.

Реалізація в EnergyPlus також базується на роботі, виконаній Грегом Баркером (2003) для Національної лабораторії відновлюваної енергетики, який реалізував модель Sandia у FORTRAN77 як користувацький тип (Type101) для комп’ютерної програми TRNSYS.

Існує декілька кліматичних та сонячних орієнтацій, які враховуються в моделі та управляються в інших частинах EnergyPlus, включаючи: падаючий сонячний промінь, падаюче розсіяне сонячне випромінювання, кут падіння сонячного променя, зенітний кут сонця, зовнішня суха лампа, швидкість вітру та висота над рівнем моря.

Математичний опис[ПОСИЛАННЯ]

У цьому розділі представлено математичний опис моделі Sandia з проекту звіту King et, al. (2003). Ядро моделі прогнозує продуктивність одного фотомодуля. Наступна номенклатура та рівняння підсумовують модель Sandia.

Номенклатура для моделі Sandia PV

Isc Imp Ix Ixx Voc Vmp Pmp fdNs Np kqTc δ(Tc)Ee Eb Ediff C0. C1 C2. C3 C4. C5 C6. C7 nAMaAOIf1(AMa)f2(AOI)a0, a1, a2, a3, a4 b0, b1, b2, b3, b4,b5,b6 До Isco Impo Vmpo Voco Ixo Ixxo αIsc αImp βVoc(Ee)βVoco mβVoco βVmp(Ee)βVmpo mβVmpo Tm Ta EWSabTc Eo ΔT
Струм короткого замикання (А)
Струм в точці максимальної потужності (А)
Струм при модулі V = 0.5 Voc, визначає 4-ту точку на кривій I-V
Струм на модулі V = 0.5 (Voc Vmp), визначає 5-ту точку на кривій I-V
Напруга холостого ходу (В)
Напруга в точці максимальної потужності (В)
Потужність в точці максимальної потужності (Вт)
Частка дифузного випромінювання, що використовується модулем
Кількість послідовно з’єднаних комірок у ланцюжку комірок модуля
Кількість паралельно з’єднаних фотоелементів в модулі
Постійна Больцмана, 1.38066E-23 (Дж/к)
Елементарний заряд, 1.60218E-19 (кулонівський)
Температура комірки всередині модуля (°C)
“Теплова напруга” на комірку при температурі Tc, приблизно 1 вольт для типового 26-коміркового кристалічного кремнієвого модуля
“Ефективне” сонячне випромінювання
Пучкове сонячне випромінювання
Дифузне сонячне випромінювання
Емпіричні коефіцієнти, що пов’язують Imp з Ee. C0 C1= 1 (обидва безрозмірні)
Емпіричні коефіцієнти, що пов’язують Vmp з Ee (C2 безрозмірний, C3 дорівнює 1/V)
Емпіричні коефіцієнти, що пов’язують Ix з Ee, C4 C5 = 1 (обидва безрозмірні)
Емпіричні коефіцієнти, що пов’язують Ixx з Ee,C6 C7 = 1 (обидва безрозмірні)
Емпірично визначений “діодний фактор” для окремих елементів
Абсолютна температура повітря Mas
Кут падіння сонячних променів (градуси) від нормалі
Емпірична поліноміальна функція, що використовується для зв’язку струму короткого замикання з сонячним спектром через повітряну масу
Емпірична поліноміальна функція, що використовується для зв’язку струму короткого замикання з кутом падіння сонячних променів
Емпіричні коефіцієнти для полінома f1(AMa)
Емпіричні коефіцієнти для полінома f1(AOI)
Температура еталонного елемента для номіналу, зазвичай фіксована на рівні 25°C
Струм короткого замикання при еталонних умовах
Максимальний струм точки потужності при референсних умовах
Напруга при максимальній потужності при еталонних умовах
Напруга холостого ходу при еталонних умовах
Струм при V = 0.5 Voc і при еталонних умовах
Струм при V = 0.5 (Vmp Voc) та при еталонних умовах
Нормований температурний коефіцієнт для Isc (1/°C)
Нормований температурний коефіцієнт для Imp (1/°C)
Температурний коефіцієнт для напруги холостого ходу модуля як функція Ee
Температурний коефіцієнт для напруги холостого ходу модуля при еталонних умовах
Коефіцієнт залежності коефіцієнта холостого ходу-напруга-температура від освітленості, часто дорівнює нулю (В/°C)
Температурний коефіцієнт для напруги максимальної потужності модуля як функція Ee
Температурний коефіцієнт для максимальної напруги модуля при еталонних умовах
Коефіцієнт залежності коефіцієнта максимальної потужності-напруги-температури від освітленості, часто дорівнює нулю (В/°C)
Температура фотомодуля на тильній поверхні (°C)
Температура зовнішнього повітря за сухим термометром (°C)
Сонячне випромінювання, що падає на поверхню модуля (Вт/м2)
Швидкість вітру на стандартній 10-метровій висоті (м/с)
Емпіричний коефіцієнт, що пов’язує температуру модуля при слабкому вітрі та високому сонячному випромінюванні
Емпіричний коефіцієнт, що пов’язує зниження температури модуля зі збільшенням швидкості вітру
Температура сонячного елемента всередині модуля (°C)
Еталонне сонячне випромінювання (1000 Вт/м2 )
Різниця температур між Tc і Tmat Eo (°C),

Номенклатура для моделі Sandia PV

Напруга та розмір фотоелектричних модулів: Що потрібно знати

фотоелектричні, масиви, посилання, модулі

5 січня 2022 року

Якщо ви сподіваєтеся спроектувати власну фотоелектричну систему для використання чистої, відновлюваної енергії, є велика ймовірність, що ви відчуваєте себе трохи розгубленими. Фотоелектричні панелі. це один з найкращих способів вийти з мережі або забезпечити свій будинок електроенергією в разі надзвичайної ситуації. Проблема полягає в тому, щоб спроектувати свою систему. Раптом вам знадобиться знати такі речі, як “напруга масиву” та “фотоелектрична напруга”, щоб зрозуміти, скільки панелей вам слід встановити.

Хоча вивчення всіх тонкощів і нюансів напруги фотоелектричних масивів може бути складним на перший погляд, результати варті зусиль. Ви станете на крок ближче до енергетичної незалежності та насолоджуватиметеся невеликою безпекою під час майбутніх відключень електроенергії. Або ви можете обладнати будинок на колесах сонячними панелями і взяти трохи зеленої енергії в дорогу.

Що таке фотоелектричні панелі?

Як правило, фотовольтаїка (PV) відноситься до систем фотоелектричної генерації, які використовують сонячні елементи для перетворення сонячного випромінювання в електрику. Наприклад, сонячну панель можна назвати фотоелектричними панелями.

Що таке сонячна батарея?

Як правило, сонячна батарея. це сукупність декількох фотоелектричних панелей, які виробляють електроенергію, сонячна батарея зазвичай складається з масивних груп сонячних панелей, тим не менш, вона може бути використана для визначення майже будь-якого типу групи сонячних панелей для будь-якого сценарію, сьогодні ми поговоримо про все, що вам потрібно знати про напругу та розмір фотоелектричної батареї, ви також можете дізнатися, як підключити сонячні панелі послідовно та паралельно тут.

Що таке напруга масиву?

При створенні фотоелектричного масиву вам потрібно знати кілька важливих цифр. Ці цифри. це максимальна вхідна напруга інвертора та напруга фотоелектричної панелі. Напруга фотоелектричної панелі. це сумарна напруга всіх послідовно з’єднаних модулів. Чим більше модулів з’єднано послідовно, тим вища напруга масиву.

Це важливо, тому що чим більше модулів у вас є, тим більше енергії ви можете генерувати. Чим більша потужність, тим більше ви можете зберігати або використовувати для автономного живлення. Однак ваша генерація електроенергії обмежена максимальною вхідною напругою вашого інвертора. Якщо ви не знаєте напругу вашої фотоелектричної системи і збільшите розмір фотоелектричної системи, ви ризикуєте перевантажити інвертор.

Якщо ви перевантажите інвертор, є ймовірність, що виникнуть проблеми, і в результаті ваша електрична система зазнає пошкоджень. Навіть гірше, пошкодження, спричинені перевантаженим інвертором, можуть потенційно призвести до електричної пожежі. Незважаючи ні на що, пошкоджений фотоелектричний масив не годиться, тому розумно почати з масиву відповідного розміру.

Спосіб підключення модулів впливає на напругу фотоелектричного масиву. Модулі можна з’єднувати послідовно, паралельно або комбіновано.

При послідовному з’єднанні, додавши напругу кожного модуля, ви отримаєте загальну напругу масиву. Однак при паралельному з’єднанні напруга. це просто напруга одного модуля.

Майте на увазі, що паралельно з’єднані модулі все одно впливатимуть на загальний струм масиву. Зазвичай рекомендується з’єднувати модулі послідовно, щоб максимізувати вихідну потужність.

Розташування модулів буде залежати від того, яку потужність ви хочете отримати, скільки місця у вас є, і де ви встановлюєте модулі. За допомогою правильно зібраного фотоелектричного масиву, що максимізує напругу фотоелектричного масиву, ви можете зменшити свою залежність від електромережі, створити систему резервного живлення від акумулятора або повністю вийти з мережі.

При створенні масиву дуже важливо, щоб модулі були однорідними. Після того, як ви вибрали модуль, дотримуйтесь виробника цього модуля. Не змішуйте виробників, навіть якщо потужність і напруга однакові. Хоча це може бути спокусливо, особливо якщо здається, що це заощадить вам трохи грошей, ви, швидше за все, втратите дорогоцінну ефективність.

Система, яка не є максимально ефективною. це марнотратство, тому отримуйте максимальну вигоду, дотримуючись одного виробника.

фотоелектричні, масиви, посилання, модулі

Що таке фотоелектрична напруга?

Фотоелектрична напруга. це енергія, що виробляється одним фотоелементом. Кожен фотоелемент створює напругу у відкритому контурі, яку зазвичай називають VOC. За стандартних умов тестування фотоелемент виробляє близько 0.5 або 0.6 вольт, незалежно від того, наскільки великою чи маленькою є фотоелемент.

Майте на увазі, що фотоелектрична напруга відрізняється від сонячної теплової енергії. Хоча ці два терміни легко сплутати або об’єднати, вони відносяться до енергії, що генерується за допомогою різних процесів.

Сонячна теплова енергія виробляється за допомогою сонячних теплових панелей, які використовують сонячне світло для нагрівання рідких середовищ, таких як олія, вода або повітря. Натомість фотоелектричні модулі покладаються на фотоелектричний ефект для отримання енергії. Фотоелектричний ефект описує процес генерації напруги, коли матеріал, що несе заряд, піддається впливу світла, що викликає збудження електронів.

Напругу в розімкнутому контурі можна визначити за допомогою мультиметра або вольтметра, коли модуль не знаходиться під навантаженням. Ви також можете знайти цей номер на технічному паспорті модуля. Зберігайте це число на випадок, якщо вам знадобиться розрахувати розмір фотоелектричного масиву, який ви плануєте побудувати.

Так само, як і звичайний змінний струм, ви можете використовувати фотоелектричну напругу для живлення всього, що завгодно. За допомогою акумуляторної батареї та підключеної до електромережі системи ви можете створити дуже ефективну систему резервного живлення на випадок відключення електроенергії або надзвичайних ситуацій. Все, що вам потрібно зробити. це переключитися на ваші акумуляторні батареї, коли ви не в мережі.

З деякими сонячними панелями для автофургонів ви можете легко насолоджуватися кемпінгом з електроживленням. З достатньо великим банком батарей ви можете назавжди залишитися без електрики.

Як розрахувати фотоелектричну напругу?

Розрахунок фотоелектричної напруги дуже важливий при визначенні розміру вашої фотоелектричної системи. Причина, по якій це так важливо, полягає в тому, що напруга має зворотну залежність від температури навколишнього середовища.

Коли у вашому регіоні стає холодніше, ваша послідовність панелей вироблятиме більшу напругу. Коли на вулиці спекотно, напруга, що виробляється вашими панелями, знизиться. Якщо ви помилково зберете систему, яка перевищує максимальну вхідну напругу вашого інвертора, ви можете пошкодити електрику та спричинити пожежу.

Ось чому ми починаємо з визначення максимальної напруги модуля Voc_max, максимальної напруги модуля, з поправкою на найнижчу очікувану температуру навколишнього середовища на місці встановлення. Щоб знайти модуль Voc_max, вам потрібно підставити кілька деталей у наступну формулу:

Модуль Voc_max = Voc x [1 (Tmin. T_STC) x (Tk_Voc/100)]

Почнемо з VOC. VOC. це номінальна напруга відкритого струму для ваших модулів, яку можна знайти у їхній специфікації. Найнижча очікувана температура навколишнього середовища. Tmin. Невелике дослідження клімату вашої місцевості повинно виявити, що. Далі йде T_STC. Це температура за стандартних умов тестування, яка завжди дорівнює 25°C.

Нарешті, Tk_Voc. це температурний коефіцієнт напруги холостого ходу модуля. Зазвичай цей параметр подається у вигляді %/°C у технічному паспорті модуля, і він завжди виражається від’ємним числом.

фотоелектричні, масиви, посилання, модулі

Отримавши максимальну напругу модуля, все, що вам потрібно. це максимальна вхідна напруга для вашого інвертора. Зазвичай його можна знайти в технічному паспорті інвертора. Звідси, розділивши максимальну вхідну напругу вашого інвертора на Module Voc_max, ви отримаєте максимальний розмір рядка для вашого масиву. Отримане число покаже вам, наскільки великим може бути розмір вашої сонячної батареї.

Як розрахувати напругу сонячної батареї?

Визначення напруги сонячної батареї повністю залежить від дизайну вашої системи. Ви можете з’єднати модулі послідовно або паралельно, причому послідовне з’єднання є найбільш поширеним. Якщо ви з’єднуєте модулі послідовно, додайте напругу кожного модуля. Це дуже просто. У цьому випадку напруга вашої сонячної батареї. це завжди сумарна напруга всіх ваших панелей.

Паралельне з’єднання модулів настільки ж просте, але зовсім інше. При паралельному з’єднанні вам потрібно скласти силу струму кожної панелі, оскільки сила струму. це єдине, що змінюється. У цьому випадку напруга сонячної батареї. це завжди напруга окремої панелі, незалежно від того, скільки панелей ви підключили.

Розрахунок напруги сонячної батареї має вирішальне значення, якщо ви проектуєте систему самостійно. Це пов’язано з тим, що занадто велика кількість панелей у серії може перевищити максимальну вхідну напругу вашого інвертора, а це, як правило, погана ідея.

Оскільки інвертор є однією з найважливіших частин вашої фотоелектричної системи, ви не можете дозволити собі пошкодити його. Без цього ви не зможете перетворити енергію, вироблену фотоелектричним масивом, у придатний для використання змінний струм.

Станьте енергонезалежними вже сьогодні

Після того, як ви визначилися з цифрами, ви можете сміливо переходити до проектування власної фотоелектричної системи. Тепер все, що вам потрібно зробити, це вирішити, чи хочете ви встановити його наземно або на даху. Після цього залишиться лише підключити її до існуючої електромережі.

Якщо щось з цього змушує вас відчувати невпевненість у своїх можливостях встановлення, не хвилюйтеся. Більшість електриків зможуть допомогти вам з установкою фотоелектричних модулів. Однак, якщо ви хочете дізнатися більше або розширити можливості вашої фотоелектричної системи, ми тут для вас.

Перегляньте всі наші навчальні відео, ресурси та статті на такі теми, як мережевий облік, щоб дізнатися, що насправді може зробити для вас сонячна батарея. Повністю відключіться від електромережі за допомогою мініатюрної домашньої сонячної системи. Додайте до своєї системи акумуляторні батареї для зберігання енергії, щоб використовувати менше енергії з мережі або залишатися у мережі під час відключень електроенергії. Ви навіть можете використовувати портативний сонячний генератор для живлення пристроїв під час походів або подорожей.

Перегляньте наші інші статті на цю тему, щоб дізнатися більше:

Розуміння втрат фотоелектричної системи, частина 1: Втрати на паспортній табличці, невідповідність та втрати LID

Існує багато факторів, які впливають на виробництво енергії сонячною установкою. Вони варіюються від характеристик самих модулів до способу проектування та встановлення системи (нахил, орієнтація, конфігурація струн і т.д.).). Фактори навколишнього середовища, такі як тінь, забруднення та сніг, також відіграють певну роль.

Точна оцінка того, скільки енергії буде виробляти ваша фотоелектрична система, має важливе значення для забезпечення відповідності системи потребам вашого клієнта. Але без чіткого розуміння факторів, які можуть знизити продуктивність системи, отримати точну оцінку може бути складно. навіть за допомогою програмних додатків, які моделюють продуктивність системи.

Про цю серію

У цій серії ми надамо огляд різних причин втрат виробництва енергії в сонячних фотоелектричних системах. У кожній статті ми пояснимо конкретні типи втрат в системі, спираючись на налаштування моделювання продуктивності Aurora, і обговоримо, чому вони впливають на продуктивність системи.

Для користувачів Aurora ця серія статей надасть поради щодо підвищення точності моделювання продуктивності, поділившись науково обґрунтованими рекомендаціями щодо того, які значення слід вводити в налаштуваннях моделювання для різних типів втрат. Хоча Aurora надає значення за замовчуванням для цих полів, які підходять для більшості випадків використання, в цій серії також будуть розглянуті випадки, в яких ви можете використовувати інші значення в залежності від специфіки вашого проекту. (Короткий огляд системних втрат і способів налаштування параметрів вашого облікового запису в Aurora див. у довідковому центрі Aurora). )

Цей посібник з вибору кращих значень втрат допоможе вам дати своїм клієнтам найбільш точну оцінку того, скільки їх система буде виробляти і скільки вони можуть заощадити, перейшовши на сонячну енергію.

Що таке втрати фотоелектричної системи?

Системні втрати відносяться до ефектів, які моделюючі системи не моделюють явно; ці лінійні коефіцієнти втрат застосовуються як відсоткове зменшення розрахункової потужності системи, розрахованої моделюючою системою. (Для цілей цієї статті ми припускаємо, що моделювання виконується за допомогою Aurora Simulation Engine; однак PVWatts також буде використовувати ці налаштування, якщо їх вибрати).)

Загальні втрати постійного струму: заводська табличка, неузгодженість та деградація, спричинена світлом

У сьогоднішній статті ми розглянемо три найпоширеніші типи втрат постійного струму: втрати на паспортній табличці, неузгодженість та деградація, спричинена світлом.

Що таке втрати постійного струму?

Під втратами постійного струму ми маємо на увазі фактори, які зменшують кількість енергії постійного струму (DC), що виробляється сонячними панелями до того, як ця енергія буде перетворена інвертором в змінний струм (AC) для використання в побуті та в електромережі.

Всі ці значення застосовуються як фіксований відсоток втрат на стороні постійного струму в системі, що означає, що вихід фотоелектричних модулів буде зменшений на ці відсоткові значення.

Aurora allows admins to customize the default system losses for their organization. This makes it possible to ensure your default system losses accurately reflect the characteristics of your designs.

Втрати номіналу на паспортній табличці модуля

0% for modern modules Lower Tolerance Pmax,STC / Pmax,STC for conservative production estimate

Втрата номінальної потужності модуля враховує різницю між заявленою потужністю модуля з паспортної таблички та його фактичною продуктивністю за стандартних умов випробувань (1000 Вт/м2 і 25 o C). Більшість сучасних модулів мають специфікації, які точно відображають роботу модуля при STC, тому значення за замовчуванням для цієї втрати становить 0%.

Деякі старіші модулі, особливо коли деякі виробники не “розбивали” модулі на 5 або 10 Вт, можуть потребувати невеликих втрат у цьому полі. (Біннінг означає групування модулів на основі їхньої номінальної потужності, оскільки виробничий процес призводить до незначних відмінностей між модулями).

Крім того, якщо модуль має діапазон похибки номінальної потужності, наприклад, “250 Вт /- 2.5 Вт”, ви можете ввести 1% втрат (2.5/250), щоб гарантувати, що ваша симуляція дає консервативну оцінку виробництва електроенергії.

Сьогодні більшість сонячних модулів працюють відповідно до своїх паспортних даних за стандартних умов тестування; однак, в минулому іноді спостерігалися невеликі розбіжності між даними, зазначеними в технічному паспорті модуля, і його фактичними характеристиками.

Втрати при розбіжності

Suggested Values: 2% for most modules and systems with long strings 1% for modules that have tight wattage tolerances 0% is automatically used on modules with DC optimizers or microinverters

Втрати від невідповідності. це втрати, спричинені незначними відмінностями в електричних характеристиках встановлених модулів, що виражаються у вигляді фіксованого відсотка зниження вихідної потужності системи на постійному струмі.

Ці втрати будуть вищими для систем, які мають ширший діапазон похибок на номінальній потужності. Галузеві дослідження показали, що значення неузгодженості варіюються від 0.Від 01% до 3%, залежно від налаштувань системи та довжини рядків. Aurora використовує значення за замовчуванням 2%, що базується на минулому галузевому консенсусі.

Слід зазначити, що в деяких інструментах моделювання фотоелектричних систем втрати від неузгодженості включають різницю в довжині струн, затінення хмарами та крайові ефекти, на додаток до електричних характеристик модулів.

Як Aurora обробляє ситуації невідповідності

Система моделювання Aurora розраховує різницю в довжині струн відповідно до схеми розташування фотомодулів, тому користувачеві не потрібно оцінювати втрати від неоднакової довжини струн.

Aurora також встановлює невідповідність між модулями до 0%, якщо використовуються оптимізатори постійного струму або мікроінвертори. Це пов’язано з тим, що силова електроніка на рівні модуля забезпечує максимальне відстеження точок потужності для кожного модуля, до якого вона підключена.

Деякі інсталятори використовують комбінацію модулів з трекером точки максимальної потужності на рівні модуля і без нього. Наприклад, модулі на затіненій частині будинку можуть мати оптимізатор, а на незатіненій. ні; в цьому випадку модулі з MPPT будуть оцінюватися з 0% втрат на неузгодженість, в той час як інші модулі будуть використовувати наданий відсоток втрат.

Втрати неузгодженості відносяться до втрат, що виникають внаслідок незначних відмінностей в електричних характеристиках різних сонячних модулів.

Світло-індукована деградація

Рекомендовані значення: 1.5% для більшості кристалічних сонячних модулів 0.5% для більшості мультикристалічних сонячних модулів 0% для модулів n-типу, включаючи SunPower. для отримання додаткової інформації зверніться до виробника

Світлоіндукована деградація (LID). маловідоме явище, яке впливає на великий сегмент ринку кристалічних кремнієвих фотоелементів. Коротше кажучи, це деградація, яка відбувається в сонячному елементі протягом перших кількох днів після встановлення в результаті впливу сонячного світла. Це може призвести до втрат 0.5%. 1.5%.

Важливо, що LID впливає на деякі типи модулів, але не на інші. Щоб зрозуміти причини виникнення LID і чому певні типи модулів піддаються впливу, необхідно спочатку зрозуміти два фактори, які відрізняють сонячні елементи: їх кристалічна структура (монокристалічна або мультикристалічна) і електричні властивості (P-тип або N-тип).

Кристалічна структура сонячної батареї

Кристалічна структура. це відмінності в будові сонячного елемента, зумовлені способом його виробництва:

  • Монокристалічні. сонячні елементи, які вирощуються за допомогою процесу (процес Чохральського), що створює однорідну кристалічну структуру, яка нарізається для виготовлення сонячних елементів. Вони, як правило, мають кращі електричні властивості. Вони також мають дещо вищу концентрацію кисню, що важливо для LID.
  • Мультикристалічні. сонячні елементи, які виробляються за допомогою певної форми осадження з газової фази, яка вирощує кремній на підкладці. Вони матимуть багато кристалічних ділянок, які проявляються у вигляді різних відбиваючих країв у сонячному елементі. Вони менш ефективні у виробництві електроенергії порівняно з монокристалічними елементами еквівалентного розміру, але їх виробництво дешевше і швидше. Вони також мають менший вміст кисню в матеріалі.

Електричні властивості кремнієвих пластин

Електричні властивості. це властивості кремнієвих пластин (з яких складається сонячна батарея), які необхідні для створення різниці потенціалів в елементі під впливом сонячного світла:

  • P-типу: кремнієва пластина p-типу містить контрольовану кількість домішок, так званих легуючих елементів, які легше приймають електрони і дозволяють фотомодулю створювати різницю потенціалів для вироблення енергії під дією сонячного світла. Більшість елементів p-типу використовують бор як легуючий елемент, тоді як деякі інші. галій. Бор відіграє важливу роль у LID.
  • N-типу: ці кремнієві пластини містять домішки, які мають протилежний ефект; вони випускають, а не приймають електрони. Кремнієві пластини N-типу не схильні до LID.

LID зазвичай викликається утворенням борно-кисневих сполук в кремнієвих пластинах, з яких складається сонячний елемент. Це означає, що монокристалічні сонячні елементи p-типу з бором будуть демонструвати найбільший LID, а мультикристалічні елементи p-типу також будуть демонструвати LID, але в меншій мірі через меншу концентрацію кисню. Процес LID зазвичай не враховується при лабораторному тестуванні модулів, тому він не буде включений в специфікацію фотомодуля. Aurora використовує значення за замовчуванням 1.5% втрат.

Деякі виробники використовують кремній n-типу. зокрема, SunPower майже у всіх своїх модулях, а LG. в деяких своїх нових моделях. який не підлягає LID, оскільки в його складі відсутній бор. У цьому випадку втрати LID повинні бути встановлені на 0% замість значення за замовчуванням.

Ironically, some solar panels experience degradation when first exposed to sunlight, which can reduce system losses. This is referred to as light-induced degradation.

Чому втрати фотоелектричних систем мають значення для продажу сонячної енергії

Розуміючи ці втрати в системі. втрати на табличці, невідповідність та деградація, спричинена світлом. і рекомендований відсоток втрат, який слід застосовувати для кожного з них у різних сценаріях, ви можете переконатися, що ваші оцінки продуктивності системи є точними. Ваші клієнти будуть задоволені, коли встановлена ними система вироблятиме обіцяну енергію!

У наступних частинах цієї серії ми розглянемо інші типи втрат системи, такі як нахил/орієнтація, електропроводка, перетворення постійного струму в змінний та інші.

Про нашу серію статей про втрати в фотоелектричних системах

Ця стаття є частиною серії статей Aurora про втрати в фотоелектричних системах. Кожна стаття пояснює конкретні типи системних втрат, спираючись на налаштування моделювання продуктивності Aurora, і обговорює, чому вони впливають на продуктивність системи.

Щоб отримати всю цю інформацію в одному зручному пакеті, завантажте Повний посібник з втрат фотоелектричних систем.

Залишити відповідь