Солнечная панель - Solar panel

Для солнечных тепловых панелей см. солнечная тепловая энергия.
Солнечные фотоэлектрические модули, установленные на плоской крыше.
Две солнечные панели для горячей воды на крыше
Солнечные фотоэлектрические модули (вверху) и два солнечные панели для горячей воды (внизу) установлен на крышах

Период, термин солнечная панель в разговорной речи используется для фотоэлектрический (PV) модуль.

Фотоэлектрический модуль - это набор фотоэлементов, установленных в каркас для установки. Фотоэлектрические элементы используют Солнечный свет как источник энергии и генерировать постоянный ток электричество. Набор фотоэлектрических модулей называется фотоэлектрической панелью, а система панелей - массивом. Массивы фотоэлектрическая система поставлять солнечное электричество к электрооборудованию.

Наиболее распространенное применение сбора солнечной энергии вне сельского хозяйства - это солнечное водонагревание системы.[1]

Теория и конструкция

Смотрите также: Солнечная батарея
Из солнечная батарея к Фотоэлектрическая система

Фотоэлектрические модули используют световую энергию (фотоны ) от Солнца для выработки электроэнергии через фотоэлектрический эффект. Большинство модулей используют вафля -основан кристаллический кремний клетки или тонкопленочные клетки. Структурная (грузоподъемность ) член модуля может быть либо верхним, либо задним слоем. Клетки необходимо беречь от механических повреждений и влаги. Большинство модулей жесткие, но доступны и полугибкие на основе тонкопленочных ячеек. Ячейки подключаются последовательно друг к другу до требуемого напряжения, а затем параллельно для увеличения силы тока. Мощность модуля - это математическое произведение напряжения и силы тока модуля. Характеристики производства солнечных панелей получены при стандартных условиях, которые не являются реальными условиями эксплуатации, в которых солнечные панели находятся на месте установки. [2]

PV распределительная коробка прикреплен к задней части солнечной панели и функционирует как выходной интерфейс. Внешние соединения для большинства фотоэлектрических модулей Разъемы MC4 для облегчения атмосферостойких подключений к остальной системе. Также можно использовать USB-интерфейс питания.

Электрические соединения модуля выполнены. последовательно для достижения желаемого выходного напряжения или в параллели чтобы обеспечить желаемый ток (в амперах) солнечной панели или фотоэлектрической системы. Проводящие провода, отводящие ток от модулей, имеют размер в соответствии с допустимой нагрузкой и могут содержать серебро, медь или другие немагнитные проводящие переходные металлы. Обход диоды могут быть включены или использованы снаружи в случае частичного затемнения модуля, чтобы максимизировать выход секций модуля, которые все еще освещены.

Некоторые специальные солнечные фотоэлектрические модули включают концентраторы в котором свет фокусируется линзы или зеркала на меньшие ячейки. Это позволяет использовать ячейки с высокой стоимостью на единицу площади (например, арсенид галлия ) экономичным способом.

В солнечных панелях также используются металлические рамы, состоящие из стеллажных компонентов, кронштейнов, отражателей и желобов для лучшей поддержки конструкции панели.[3]

История

Смотрите также: Солнечная батарея § История, и Хронология солнечных батарей

В 1839 году способность некоторых материалов создавать электрический заряд в результате воздействия света была впервые обнаружена Александр-Эдмон Беккерель.[4] Хотя первые солнечные панели были слишком неэффективны даже для простых электрических устройств, они использовались в качестве инструмента для измерения света.[5] Наблюдение Беккереля не повторялось до 1873 г., когда Уиллоуби Смит обнаружил, что заряд может быть вызван попаданием света в селен. После этого открытия Уильям Гриллс Адамс и Ричард Эванс Дэй опубликовали «Действие света на селен» в 1876 году, описывая эксперимент, который они использовали для воспроизведения результатов Смита.[4][6]

В 1881 г. Чарльз Фриттс создал первую коммерческую солнечную панель, о которой Фриттс сообщил как «непрерывную, постоянную и обладающую значительной силой не только при воздействии солнечного света, но и при тусклом рассеянном дневном свете».[7] Однако эти солнечные панели были очень неэффективными, особенно по сравнению с угольными электростанциями. В 1939 г. Рассел Ол создал дизайн солнечных батарей, которые используются во многих современных солнечных батареях. Он запатентовал свой дизайн в 1941 году.[8] В 1954 году эта конструкция была впервые использована Bell Labs создать первые коммерчески жизнеспособные кремний солнечная батарея.[4] В 1957 г. Мохамед М. Аталла разработал процесс кремния пассивация поверхности к термическое окисление в Bell Labs.[9][10] С тех пор процесс пассивации поверхности имеет решающее значение для эффективность солнечных батарей.[11]

Эффективность

Смотрите также: КПД солнечных батарей
Отчетный график рекордных показателей эффективности преобразования энергии солнечных модулей с 1988 г. (Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии )

Каждый модуль оценивается по ОКРУГ КОЛУМБИЯ выходная мощность при стандартных условиях испытаний (STC). Мощность обычно составляет от 100 до 365. Ватты (Вт). В эффективность модуля определяет площадь модуля при одинаковой номинальной мощности - модуль 230 Вт с КПД 8% будет иметь в два раза большую площадь модуля 230 Вт с КПД 16%. Некоторые коммерчески доступные солнечные модули превышают КПД 24%.[12] [13]

В зависимости от конструкции фотоэлектрические модули могут производить электричество из различных частоты света, но обычно не может охватить весь солнечный диапазон (в частности, ультрафиолетовый, инфракрасный и слабый или рассеянный свет). Следовательно, большая часть инцидента Солнечный свет энергия расходуется солнечными модулями, и они могут дать гораздо более высокую эффективность при освещении монохромный свет. Следовательно, другая концепция дизайна состоит в том, чтобы разделить свет на шесть-восемь различных диапазонов длин волн, которые будут давать свет разного цвета, и направить лучи на разные ячейки, настроенные на эти диапазоны.[14] Предполагается, что это позволит повысить эффективность на 50%.

Один солнечный модуль может производить только ограниченное количество энергии; большинство установок содержат несколько модулей, добавляющих напряжение или ток к проводке и фотоэлектрической системе. Фотоэлектрическая система обычно включает в себя набор фотоэлектрических модулей, инвертор, а Аккумуляторная батарея для накопителя энергии, контроллера заряда, соединительной проводки, автоматических выключателей, предохранителей, разъединителей, измерителей напряжения и, по желанию, солнечное отслеживание механизм. Оборудование тщательно выбирается для оптимизации выходной мощности, накопления энергии, уменьшения потерь мощности при передаче энергии и преобразования постоянного тока в переменный.

Ученые из Spectrolab, дочерней компании Боинг, сообщили о развитии многопереходные солнечные элементы с эффективностью более 40%, новый мировой рекорд для солнечных фотоэлектрических элементов.[15] Ученые Spectrolab также предсказывают, что солнечные элементы-концентраторы могут достичь эффективности более 45% или даже 50% в будущем, а теоретическая эффективность составит около 58% в элементах с более чем тремя переходами.

В настоящее время наилучший достигнутый коэффициент преобразования солнечного света (эффективность солнечного модуля) в новых коммерческих продуктах составляет около 21,5%.[16] обычно ниже, чем эффективность их клеток по отдельности. Самые эффективные солнечные модули серийного производства[оспаривается – обсуждать] имеют значения удельной мощности до 175 Вт / м2 (16,22 Вт / фут2).[17]

Исследования Имперский колледж Лондон показал, что эффективность солнечных панелей повышается за счет обработки светопринимающей поверхности полупроводника слоем алюминий наноцилиндры, аналогичные гребни на Лего блоки. В разбросанный свет затем проходит более длинный путь в полупроводнике, поглощая больше фотонов для преобразования в ток. Хотя эти наноцилиндры использовались ранее (алюминию предшествовали золото и серебро ) рассеяние света происходило в ближней инфракрасной области, а видимый свет сильно поглощался. Было обнаружено, что алюминий поглощает ультрафиолетовую часть спектра, в то время как видимая и ближняя инфракрасная части спектра, как было обнаружено, рассеиваются поверхностью алюминия. Это, как утверждают исследования, может значительно снизить стоимость и повысить эффективность, поскольку алюминия больше и дешевле, чем золота и серебра. Исследование также отметило, что увеличение тока делает более тонкие пленочные солнечные панели технически осуществимыми без «снижения эффективности преобразования энергии, что снижает потребление материалов».[18]

  • Эффективность солнечной панели можно рассчитать по значению MPP (максимальной точки мощности) солнечных панелей.
  • Солнечные инверторы преобразовать мощность постоянного тока в AC власть, выполняя процесс отслеживания точки максимальной мощности (MPPT): солнечный инвертор производит выборку выходной мощности (ВАХ) солнечного элемента и прикладывает соответствующее сопротивление (нагрузку) к солнечным элементам для получения максимальной мощности.
  • MPP (точка максимальной мощности) солнечной панели состоит из напряжения MPP (V mpp) и тока MPP (I mpp): это мощность солнечной панели, и чем выше значение, тем выше MPP.

Микроинвертированные солнечные панели подключены к параллельно, который производит больше продукции, чем обычные панели, подключенные к серии, при этом выход серии определяется панелью с наименьшими показателями. Это известно как «эффект рождественского света». Микроинверторы работают независимо, позволяя каждой панели обеспечивать максимально возможную мощность при заданном количестве солнечного света.[19]

Технологии

Основные статьи: Кристаллический кремний и Тонкопленочный солнечный элемент
Доля рынка фотоэлектрических технологий с 1990 г.

Большинство солнечных модулей в настоящее время производятся из кристаллического кремния (c-Si). солнечные батареи сделано из мультикристаллический и монокристаллический кремний. В 2013 году на кристаллический кремний приходилось более 90 процентов мирового производства фотоэлектрических элементов, в то время как остальная часть общего рынка состоит из тонкопленочные технологии с помощью теллурид кадмия, CIGS и аморфный кремний[20]

Возникновение, третье поколение солнечные технологии используют современные тонкопленочные элементы. Они производят относительно высокоэффективное преобразование при низкой стоимости по сравнению с другими солнечными технологиями. А также дорогие, высокоэффективные и компактные прямоугольные многопереходные (MJ) клетки предпочтительно используются в солнечные батареи на космических кораблях, поскольку они предлагают самый высокий коэффициент генерируемой мощности на килограмм, поднятый в космос. MJ-клетки составные полупроводники и сделан из арсенид галлия (GaAs) и другие полупроводниковые материалы. Еще одна развивающаяся фотоэлектрическая технология с использованием MJ-ячеек - это концентратор фотовольтаики (CPV).

Тонкая пленка

В жестком тонкопленочные модули, ячейка и модуль производятся на одной производственной линии. Клетка создана на стекле субстрат или суперстрат, и электрические соединения создаются на месте, так называемая «монолитная интеграция». Подложка или суперстрак покрывается герметиком спереди или сзади. простынь, обычно еще один лист стекла. Основные сотовые технологии в этой категории: CdTe, или же как и я, или же тандем a-Si + uc-Si, или же CIGS (или вариант). Аморфный кремний имеет коэффициент преобразования солнечного света 6–12%.

Гибкие тонкопленочные ячейки и модули создаются на одной производственной линии путем нанесения фотоактивный слой и другие необходимые слои на гибкая подложка. Если субстрат изолятор (например. полиэстер или же полиимид фильм) тогда монолитный может использоваться интеграция. Если это проводник, необходимо использовать другой способ электрического подключения. Ячейки собираются в модули с помощью ламинирование их к прозрачному бесцветному фторполимер на лицевой стороне (обычно ETFE или же FEP ) и полимер, подходящий для приклеивания к окончательной подложке с другой стороны.

Умные солнечные модули

Основные статьи: Умный модуль и Солнечный микроинвертор

Несколько компаний начали встраивать электронику в фотоэлектрические модули. Это позволяет выполнять MPPT для каждого модуля в отдельности и измерять рабочие характеристики для мониторинга и обнаружения неисправностей на уровне модуля. Некоторые из этих решений используют оптимизаторы мощности, технология преобразователя постоянного тока в постоянный, разработанная для максимизации сбора энергии от солнечных фотоэлектрических систем. Примерно с 2010 года такая электроника может также компенсировать эффекты затенения, когда тень, падающая на секцию модуля, приводит к падению электрического выхода одной или нескольких цепочек ячеек в модуле до нуля, но не имеет выхода весь модуль упадёт до нуля.

Производительность и деградация

Фактическая выходная мощность в вольтах, амперах и мощности солнечного модуля мощностью 100 Вт в августе. Jpg

Производительность модуля обычно оценивается в стандартных условиях испытаний (STC): сияние из 1000 Вт / м2, солнечная спектр из ЯВЛЯЮСЬ 1.5 и температура модуля 25 ° C. Фактическое выходное напряжение и ток модуля изменяется по мере изменения условий освещения, температуры и нагрузки, поэтому никогда не бывает одного определенного напряжения, тока или мощности, при которых работает модуль. Производительность варьируется в зависимости от времени суток, солнечной инсоляции, направления и наклона модулей, облачности, затенения, уровня заряда, температуры, географического положения и дня в году. Колебания напряжения и тока можно регистрировать с помощью мультиметра или регистратора данных.

Для оптимальной работы солнечная панель должна состоять из одинаковых модулей, ориентированных в одном направлении, перпендикулярном прямым солнечным лучам. Путь солнца меняется в зависимости от широты и дня года, его можно изучить с помощью солнечных часов или солнечной карты и отследить с помощью солнечного трекера. Различия в напряжении или токе модулей могут повлиять на общую производительность панели. Обходные диоды используются для обхода сломанных или затемненных панелей для оптимизации выхода.

Электрические характеристики включают номинальную мощность (PМАКСИМУМ, измеряется в W ), холостое напряжение (VOC), ток короткого замыкания (ЯSC, измеряется в амперы ), максимальное напряжение питания (ВMPP), максимальный ток мощности (IMPP), Пиковая мощность, (ватт-пик, Втп) и КПД модуля (%).

Номинальное напряжение[21] - это категория, позволяющая пользователям узнать, будут ли две единицы оборудования работать вместе. Например, солнечная панель на 14 В совместима с аккумулятором на 14 В.

Напряжение холостого хода или ВOC это максимальное напряжение, которое модуль может выдавать, когда он не подключен к электрической цепи или системе. VOC можно измерить с помощью вольтметр непосредственно на клеммах подсвечиваемого модуля или на его отключенном кабеле.

Пиковая мощность, Втп, - максимальная мощность при стандартных условиях тестирования (а не максимально возможная мощность). Типичные модули размером примерно 1 на 2 метра (3 фута 7 футов) будут иметь мощность от 75 Вт до 350 Вт в зависимости от их эффективности. Во время тестирования тестовые модули группируются в соответствии с их результатами, и типичный производитель может оценивать свои модули с шагом 5 Вт или оценивать их как +/- 3%, +/- 5%, + 3 / -0% или + 5 / -0%.[22][23][24]

Способность солнечных модулей выдерживать повреждения дождем, град, сильная снеговая нагрузка и циклы жары и холода зависят от производителя, хотя большинство солнечных панелей на рынке США внесены в списки UL, что означает, что они прошли испытания на устойчивость к граду.[25] Много кристаллический кремний производители модулей предлагают ограниченная гарантия что гарантирует производство электроэнергии в течение 10 лет при 90% номинальной мощности и 25 лет при 80%.[26]

Возможная индуцированная деградация (также называемый PID) - это потенциальное снижение производительности кристаллических фотоэлектрических модулей, вызванное так называемыми паразитными токами.[27] Этот эффект может вызвать потерю мощности до 30%.[28]

Самая большая проблема для фотоэлектрический технология называется покупной ценой за ватт произведенной электроэнергии. Новые материалы и технологии производства продолжают улучшать соотношение цены и мощности. Проблема заключается в огромной энергии активации, которую необходимо преодолеть, чтобы фотон возбудил электрон в целях сбора. Достижения в фотоэлектрических технологиях привели к процессу «легирования» кремниевой подложки для снижения энергии активации, что сделало панель более эффективной в преобразовании фотонов в извлекаемые электроны.[29]

Химические вещества, такие как бор (p-тип) применяются в кристалле полупроводника для создания донорных и акцепторных уровней энергии, существенно более близких к валентной и проводящей зоне.[30] При этом добавление примеси бора позволяет снизить энергию активации в двадцать раз с 1,12 эВ до 0,05 эВ. Поскольку разность потенциалов (EB) настолько низок, что бор может термически ионизироваться при комнатной температуре. Это позволяет использовать свободные носители энергии в зоне проводимости и валентной зоне, тем самым обеспечивая большее преобразование фотонов в электроны.

Обслуживание

Эффективность преобразования солнечных панелей, обычно составляющая 20%, снижается из-за пыли, грязи, пыльцы и других частиц, которые накапливаются на солнечной панели. «Грязная солнечная панель может снизить ее мощность до 30% в местах с высоким содержанием пыли / пыльцы или в пустынных районах», - говорит Симус Карран, доцент физики Хьюстонского университета и директор Института наноэнергетики, специализирующегося на проектирование, инжиниринг и сборка наноструктур.[31]

Плата за чистку солнечных панелей часто не является хорошей инвестицией; исследователи обнаружили, что панели, которые не подвергались очистке и не подвергались дождю в течение 145 дней во время летней засухи в Калифорнии, потеряли лишь 7,4% своей эффективности. В целом, для типичной жилой солнечной системы мощностью 5 кВт мытье панелей в середине лета приведет к увеличению производства электроэнергии всего на 20 долларов до окончания летней засухи - примерно через 2 ½ месяца. Для более крупных коммерческих крышных систем финансовые потери больше, но их редко бывает достаточно, чтобы окупить расходы на мытье панелей. В среднем панели теряли немногим менее 0,05% своей общей эффективности за день.[32] Также может быть профессиональные опасности при установке солнечных панелей и техническое обслуживание. Но птичьи гнезда и другой мусор, который может застрять под ними, могут вызвать нарушение работы системы и потенциально возгорание, если есть какие-либо неплотные соединения или просто со временем ухудшатся.[33] Пожарные обучают тушению пожаров в домах с помощью солнечных батарей.[34]

Переработка отходов

Большинство частей солнечного модуля могут быть переработаны, включая до 95% определенных полупроводниковых материалов или стекла, а также большое количество черных и цветных металлов.[35] Некоторые частные компании и некоммерческие организации в настоящее время занимаются приемкой и переработкой отработанных модулей.[36]

Возможности переработки зависят от типа технологии, используемой в модулях:

  • Модули на основе кремния: алюминиевые рамы и распределительные коробки демонтируются вручную в начале процесса. Затем модуль измельчается в мельнице и разделяются на различные фракции - стекло, пластик и металлы.[37] Можно вернуть более 80% входящего веса.[38] Этот процесс может выполняться переработчиками плоского стекла, поскольку морфология и состав фотоэлектрического модуля аналогичны тем плоским стеклам, которые используются в строительстве и автомобильной промышленности. Восстановленное стекло, например, легко применяется в производстве пеностекла и стеклянных изоляционных материалов.
  • Модули на несиликоновой основе: для них требуются особые технологии переработки, такие как использование химических ванн для разделения различных полупроводниковых материалов.[39] За теллурид кадмия модулей, процесс рециркуляции начинается с дробления модуля и последующего разделения различных фракций. Этот процесс рециркуляции предназначен для восстановления до 90% стекла и 95% содержащихся полупроводниковых материалов.[40] Некоторые предприятия по вторичной переработке в промышленных масштабах были созданы в последние годы частными компаниями.[41] Для отражателя с плоской алюминиевой пластиной: модность отражателей возросла за счет изготовления их с использованием тонкого слоя (от 0,016 мм до 0,024 мм) алюминиевого покрытия, присутствующего внутри непереработанных пластиковых пищевых упаковок.[42]

С 2010 года ежегодно проводится европейская конференция, на которую собираются производители, переработчики и исследователи, чтобы посмотреть на будущее переработки фотоэлектрических модулей.[43][44] Законодательство ЕС требует, чтобы производители обеспечивали надлежащую переработку своих солнечных панелей. Аналогичное законодательство действует в Япония, Индия, и Австралия.[45]

Производство

Смотрите также: Список фотоэлектрических компаний

Производство фотоэлектрических систем следовало классическому кривая обучения Эффект со значительным сокращением затрат происходит наряду с большим повышением эффективности и объемов производства.[46]

Производитель лучших модулейОтгрузки в 2019 г. (ГВт )[47]
Джинко Солар14.2
JA Solar10.3
Трина Солар9.7
LONGi Solar9.0
Canadian Solar8.5
Ячейки Hanwha Q7.3
Risen Energy7.0
First Solar5.5
Система GCL4.8
Shunfeng Photovoltaic4.0

В 2019 году 114,9 ГВт по данным Международного энергетического агентства (МЭА), было завершено строительство солнечных фотоэлектрических систем.

Благодаря росту количества установок фотоэлектрических систем более чем на 100% в годовом исчислении производители фотоэлектрических модулей резко увеличили поставки солнечных модулей в 2019 году. Они активно наращивали свои мощности и превращали себя в гигаваттные мощности. ГВт игроков.[48] По данным Pulse Solar, пять из десяти ведущих производителей фотоэлектрических модулей в 2019 году продемонстрировали рост производства солнечных панелей как минимум на 25% по сравнению с 2019 годом.[49]

В основе производства солнечных панелей лежит использование кремниевых элементов.[50] Эти кремниевые элементы обычно имеют КПД 10-20%.[51] при преобразовании солнечного света в электричество, причем более новые модели производства в настоящее время превышают 22%.[52]Чтобы солнечные панели стали более эффективными, исследователи во всем мире пытались разработать новые технологии, которые позволили бы солнечным панелям более эффективно превращать солнечный свет в энергию.[53]

В 2018 году в четверку крупнейших мировых производителей солнечных модулей по объему отгруженной мощности в течение календарного 2018 года входили Jinko Solar, JA Solar, Трина Солар, Longi Solar, и Canadian Solar.[54]

Цена

Смотрите также: Сетевой паритет
Закон Свонсона заявляет, что с каждым удвоением производства панелей стоимость панелей снижалась на 20 процентов.[55]

Цена на солнечную электроэнергию продолжает падать, так что во многих странах она стала дешевле обычной. ископаемое топливо электричество от электросеть с 2012 года явление, известное как сеточная четность.[56]

Информация о средних ценах делится на три ценовые категории: покупатели небольших партий (модули всех размеров в диапазоне киловатт ежегодно), покупатели среднего уровня (обычно до 10 человек). MWp ежегодно) и покупателей в большом количестве (не требующие пояснений и с доступом к самым низким ценам). В долгосрочной перспективе очевидно систематическое снижение цен на ячейки и модули. Например, в 2012 году было подсчитано, что количественная стоимость ватта составляла около 0,60 доллара США, что в 250 раз ниже, чем стоимость в 1970 году, составлявшая 150 долларов США.[57][58] Исследование, проведенное в 2015 году, показывает, что цена / кВтч снижается на 10% в год с 1980 года, и прогнозируется, что солнечная энергия может составлять 20% от общего потребления электроэнергии к 2030 году, тогда как Международное энергетическое агентство прогнозирует 16% к 2050 году.[59]

Реальные затраты на производство энергии во многом зависят от местных погодных условий. В такой облачной стране, как Великобритания, стоимость произведенного кВтч выше, чем в более солнечных странах, таких как Испания.

Краткосрочные нормализованные сравнения затрат, демонстрирующие ценность различных технологий производства электроэнергии[60]
Долгосрочные нормализованные сравнения затрат, демонстрирующие ценность различных технологий производства электроэнергии[61]

По данным Управления энергетической информации США, ожидается, что цены за мегаватт-час сблизятся и достигнут паритета с традиционными источниками производства энергии в период 2020–2030 годов. Согласно EIA, паритет может быть достигнут без необходимости поддержки субсидий и может быть достигнут с помощью механизмов органического рынка, а именно снижения производственных цен и технического прогресса.

Следуя за RMI, Баланс системы (BoS) элементов, это немодульная стоимость не-микроинвертор солнечные модули (как проводка, преобразователи, стеллажи и различные компоненты) составляют около половины общих затрат на установку.

Для коммерческих солнечных электростанций, где электроэнергия продается в сеть передачи электроэнергии, стоимость солнечная энергия необходимо будет соответствовать оптовой цене на электроэнергию. Эту точку иногда называют «паритетом оптовой сети» или «паритетом сборных шин».[56]

Некоторые фотоэлектрические системы, такие как установки на крыше, могут подавать питание напрямую потребителю электроэнергии. В этих случаях установка может быть конкурентоспособной, если себестоимость продукции соответствует цене, по которой пользователь платит за свое потребление электроэнергии. Эта ситуация иногда называется «паритетом розничной сети», «паритетом розеток» или «динамическим паритетом сети».[62] Исследования, проведенные ООН-Энергия в 2012 году предполагает, что районы солнечных стран с высокими ценами на электроэнергию, такие как Италия, Испания и Австралия, а также районы, использующие дизельные генераторы, достигли паритета розничных сетей.[56]

Монтаж и отслеживание

Основные статьи: Фотоэлектрическая система крепления и Солнечный трекер
Солнечные модули на солнечных трекерах
Рабочие устанавливают солнечные панели на крышах жилых домов

Наземные фотоэлектрические системы, как правило, имеют большие размеры для коммунального обслуживания. солнечные электростанции. Их солнечные модули удерживаются на стойках или рамах, прикрепленных к наземным монтажным опорам.[63][64] К опорам для наземного монтажа относятся:

  • Опоры для столбов, которые вбиваются прямо в землю или заделываются в бетон.
  • Крепления к фундаменту, такие как бетонные плиты или заливные опоры
  • Опоры с балластом, такие как бетонные или стальные основания, которые используют вес для фиксации системы солнечных модулей и не требуют проникновения в землю. Этот тип системы крепления хорошо подходит для участков, где земляные работы невозможны, например, закрытых свалок, и упрощает вывод из эксплуатации или перемещение систем солнечных модулей.

Установленные на крыше солнечные энергосистемы состоят из солнечных модулей, удерживаемых на стойках или рамах, прикрепленных к монтажным опорам на крыше.[65] К опорам для крепления на крышу относятся:

  • Рельсовые крепления, которые крепятся непосредственно к конструкции крыши и могут использовать дополнительные направляющие для крепления модульных стоек или рам.
  • Опоры с балластом, такие как бетонные или стальные основания, которые используют вес для фиксации панельной системы в нужном положении и не требуют сквозного проникновения. Этот метод монтажа позволяет выводить из эксплуатации или перемещать системы солнечных панелей без отрицательного воздействия на конструкцию крыши.
  • Вся проводка, соединяющая соседние солнечные модули с оборудованием для сбора энергии, должна быть установлена ​​в соответствии с местными электротехническими нормами и должна быть проложена в кабелепроводе, соответствующем климатическим условиям.

Солнечные трекеры увеличить количество энергии, производимой на модуль, за счет механической сложности и увеличения потребности в техническом обслуживании. Они определяют направление Солнца и наклоняют или поворачивают модули по мере необходимости для максимального воздействия света.[66][67] В качестве альтернативы фиксированные стойки удерживают модули неподвижно в течение дня под заданным наклоном (зенитный угол ) и лицом в заданном направлении (азимутальный угол ). Углы наклона, эквивалентные широте установки, являются обычными. Некоторые системы также могут регулировать угол наклона в зависимости от времени года.[68] Точно так же, чтобы максимизировать общий выход энергии, модули часто ориентированы на юг (в северном полушарии) или север (в южном полушарии). С другой стороны, массивы, ориентированные на восток и запад (например, покрывают крышу, обращенную с востока на запад), также могут быть полезны. Даже если такие установки могут не производить максимально возможную общую энергию, их выходная мощность, вероятно, будет более стабильной в течение дня и, возможно, больше во время пикового спроса.[69]

Стандарты

Стандарты, обычно используемые в фотоэлектрических модулях:

  • IEC 61215 (кристаллический кремний производительность), 61646 (тонкая пленка производительность) и 61730 (все модули, безопасность), 61853 (тестирование производительности фотоэлектрических модулей и рейтинг энергопотребления)
  • ISO 9488 Солнечная энергия. Словарь.
  • UL 1703 из Underwriters Laboratories
  • UL 1741 от Underwriters Laboratories
  • UL 2703 от Underwriters Laboratories
  • Знак CE
  • Серия тестеров электробезопасности (EST) (EST-460, EST-22V, EST-22H, EST-110).

Разъемы

Наружные солнечные панели обычно включают Разъемы MC4. Автомобильные солнечные панели могут также включать автомобильная зажигалка и / или USB адаптер. Внутренние панели (включая солнечные фотоэлектрические стекла, тонкие пленки и окна) могут интегрироваться микроинвертор (Солнечные панели переменного тока).

Приложения

Есть много практических применений для использования солнечных панелей или фотоэлектрических элементов. Сначала его можно использовать в сельском хозяйстве в качестве источника энергии для орошения. В здравоохранении солнечные батареи могут использоваться для охлаждения предметов медицинского назначения. Его также можно использовать для инфраструктуры. Фотоэлектрические модули используются в фотоэлектрические системы и включать большой выбор электрических устройств:

Ограничения

Воздействие на электросеть

С увеличением количества фотоэлектрических систем на крышах, поток энергии становится двусторонним. Когда местной генерации больше, чем потребления, электроэнергия экспортируется в сеть. Однако электрические сети традиционно не рассчитаны на двустороннюю передачу энергии. Поэтому могут возникнуть некоторые технические проблемы. Например, в Квинсленде, Австралия, к концу 2017 года более 30% домохозяйств использовали фотоэлектрические панели на крышах. Знаменитый Калифорнийский 2020 год. утиная кривая с 2015 года часто появлялся во многих сообществах. Проблема перенапряжения может возникнуть в результате перетока электроэнергии от фотоэлектрических домов обратно в сеть.[70] Существуют решения для управления проблемой перенапряжения, такие как регулирование коэффициента мощности фотоэлектрического инвертора, новое оборудование для контроля напряжения и энергии на уровне распределителя электроэнергии, перенаправление электрических проводов, управление потреблением и т. Д. Часто существуют ограничения и связанные с расходами к этим решениям.

Когда электрические сети не работают, например, в октябре Отключение электроэнергии в Калифорнии в 2019 году, солнечных панелей часто недостаточно для полного обеспечения энергией дома или другой конструкции, поскольку они предназначены для подачи энергии в сеть, а не непосредственно в дома. [71]

Влияние на управление счетами за электроэнергию и инвестиции в энергию

Не существует серебряной пули в отношении электроэнергии или спроса на энергию и управления счетами, потому что у клиентов (объектов) разные конкретные ситуации, например разные потребности в комфорте / удобстве, разные тарифы на электроэнергию или разные модели использования. Тариф на электроэнергию может включать несколько элементов, таких как ежедневная плата за доступ и учет, плата за электроэнергию (на основе кВтч, МВтч) или плата за пиковое потребление (например, цена за максимальное 30-минутное потребление энергии в месяц). Фотоэлектрические системы являются многообещающим вариантом снижения платы за электроэнергию, когда цена на электроэнергию достаточно высока и постоянно растет, например, в Австралии и Германии. Однако для участков с платой за пиковое потребление фотоэлектрическая энергия может быть менее привлекательной, если пиковые потребности в основном происходят с позднего вечера до раннего вечера, например в жилых районах. В целом, инвестиции в энергетику - это в значительной степени экономичное решение, и лучше принимать инвестиционные решения на основе систематической оценки вариантов улучшения работы, энергоэффективности, производства на месте и хранения энергии.[72][73]

Галерея

  • Солнечное поселение с Корабль Солнца на заднем плане (Фрайбург, Германия)

  • Техники устанавливают фотогальванические модули на крышной стойке

  • Солнечная батарея, состоящая из солнечной панели с 24 солнечными модулями, в сельской местности Монголии

  • Соединители PV MC4: Всепогодные соединители постоянного тока.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Ли, Вэй; Rubin, Tzameret H .; Оньина, Пол А. (2013). «Сравнение политики популяризации солнечных водонагревателей в Китае, Израиле и Австралии: роль правительств в внедрении зеленых инноваций». Устойчивое развитие. 21 (3): 160–70. Дои:10.1002 / sd.1547.
  2. ^ Кифилидин, Осаньинпеджу; Адеволе, Адеринлево; Адетунджи, Олайиде; Эммануэль, Аджисегири (2018). «Оценка производительности монокристаллических фотоэлектрических панелей в Фунаабе, Алабата, штат Огун, Нигерия». Международный журнал инноваций в инженерных исследованиях и технологиях. 5 (2): 8–20.
  3. ^ "Металлические штампованные детали для солнечных панелей | American Industrial". Американский промышленный. Получено 14 марта 2018.
  4. ^ а б c «25 апреля 1954 года: Bell Labs демонстрирует первый практический кремниевый солнечный элемент». Новости APS. Американское физическое общество. 18 (4). Апрель 2009 г.
  5. ^ Кристиан, М. «Краткое изложение истории изобретения солнечной панели». Engergymatters.com. Energymatters.com. Получено 25 января 2019.
  6. ^ Адамс, Уильям Гриллс; Дэй, Р. Э. (1 января 1877 г.). «IX. Действие света на селен». Философские труды Лондонского королевского общества. 167: 313–316. Дои:10.1098 / рстл.1877.0009. ISSN  0261-0523.
  7. ^ Мейерс, Гленн (31 декабря 2014 г.). "Photovoltaic Dreaming 1875-1905: Первые попытки коммерциализации PV". cleantechnica.com. Sustainable Enterprises Media Inc. CleanTechnica. Получено 7 сентября 2018.
  8. ^ Оль, Рассел (27 мая 1941 г.). «Светочувствительное электрическое устройство». Google. Получено 7 сентября 2018.
  9. ^ Черный, Лахлан Э. (2016). Новые взгляды на пассивацию поверхности: понимание границы раздела Si-Al2O3 (PDF). Springer. п. 13. ISBN  9783319325217.
  10. ^ Лойек, Бо (2007). История полупроводниковой техники. Springer Science & Business Media. стр.120 & 321–323. ISBN  9783540342588.
  11. ^ Черный, Лахлан Э. (2016). Новые взгляды на пассивацию поверхности: понимание границы раздела Si-Al2O3 (PDF). Springer. ISBN  9783319325217.
  12. ^ Уланов, Ланс (2 октября 2015 г.). «Илон Маск и SolarCity представляют« самую эффективную в мире »солнечную панель». Mashable. Получено 9 сентября 2018.
  13. ^ да Силва, Уилсон (17 мая 2016 г.). «Достигнута веха в повышении эффективности солнечных элементов». ScienceDaily. Получено 9 сентября 2018. Новая конфигурация солнечных элементов, разработанная инженерами Университета Нового Южного Уэльса, повысила эффективность преобразования солнечного света в электричество до 34,5%, установив новый мировой рекорд по несфокусированному солнечному свету и приблизившись к теоретическим пределам для такого устройства.
  14. ^ Оркатт, Майк. «Управление светом для повышения солнечной эффективности». Обзор технологий MIT. Архивировано из оригинал 20 февраля 2016 г.. Получено 14 марта 2018.
  15. ^ KING, R.R., et al., Appl. Phys. Письма 90 (2007) 183516.
  16. ^ «Модуль SunPower e20». 25 июля 2014 г.
  17. ^ "Фотоэлектрический модуль HIT®" (PDF). Sanyo / Panasonic. Получено 25 ноября 2016.
  18. ^ «Повышение эффективности солнечных батарей». Индус. 24 октября 2013 г.. Получено 24 октября 2013.
  19. ^ "Микроинверторы для жилых солнечных батарей". Получено 10 мая 2017.
  20. ^ Отчет о фотоэлектрических элементах, Fraunhofer ISE, 28 июля 2014 г., страницы 18,19
  21. ^ https://www.altestore.com/blog/2016/04/how-do-i-read-specifications-of-my-solar-panel/#.XsVGYIjYqEs
  22. ^ "Информационный бюллетень REC Alpha Black Series" (PDF).
  23. ^ «Техническое описание TSM PC / PM14» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 29 октября 2013 г.. Получено 4 июн 2012.
  24. ^ "Лист данных LBS Poly 260 275" (PDF). Получено 9 января 2018.
  25. ^ «Влияют ли солнечные батареи на погодные условия? - Информация об энергии». Информационная энергия. Получено 14 марта 2018.
  26. ^ "Брошюра по продажам CTI Solar" (PDF). cti-solar.com. Получено 3 сентября 2010.
  27. ^ «Потенциально индуцированная деградация Solarplaza: борьба с фантомной угрозой». www.solarplaza.com. Получено 4 сентября 2017.
  28. ^ (www.inspire.cz), INSPIRE CZ s.r.o. «Что такое PID? - eicero». eicero.com. Получено 4 сентября 2017.
  29. ^ «Как работают солнечные батареи». Как это работает. Апрель 2000 г.. Получено 9 декабря 2015.
  30. ^ «Склеивание металлов и полупроводников». 2012books.lardbucket.org. Получено 9 декабря 2015.
  31. ^ Кроуфорд, Майк (октябрь 2012 г.). «Самоочищающиеся солнечные панели повышают эффективность». Американское общество инженеров-механиков. КАК Я. Получено 15 сентября 2014.
  32. ^ Патрингенару, Иоана (август 2013 г.). «Чистка солнечных панелей часто не стоит затрат, инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего находят». Центр новостей Калифорнийского университета в Сан-Диего. Центр новостей Калифорнийского университета в Сан-Диего. Получено 31 мая 2015.
  33. ^ https://www.hdbrelectrical.com/solar_cleaning.html
  34. ^ Спектор, Джулиан (2 ноября 2020 г.). "Капитан пожарной охраны обучает сотрудников службы экстренного реагирования грамотному использованию солнечных батарей и батарей". www.greentechmedia.com. В архиве из оригинала 2 ноября 2020 г.
  35. ^ Лиза Крюгер «Обзор программы сбора и переработки модулей First Solar» (PDF). Брукхейвенская национальная лаборатория п. 23. Получено 17 марта 2017.
  36. ^ Вамбах, К. «Схема добровольного возврата и промышленной переработки фотоэлектрических модулей» (PDF). Брукхейвенская национальная лаборатория п. 37. Получено 17 марта 2017.
  37. ^ Синтия, Латунусса (9 октября 2015 г.). «Солнечные панели можно перерабатывать - BetterWorldSolutions - Нидерланды». BetterWorldSolutions - Нидерланды. Получено 29 апреля 2018.
  38. ^ Latunussa, Cynthia E.L .; Арденте, Фульвио; Бленджини, Джан Андреа; Манчини, Лючия (2016). «Оценка жизненного цикла инновационного процесса переработки кристаллических кремниевых фотоэлектрических панелей». Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы. 156: 101–11. Дои:10.1016 / j.solmat.2016.03.020.
  39. ^ Вамбах. 1999. с. 17
  40. ^ Крюгер. 1999. с. 23
  41. ^ Вамбах. 1999. с. 23
  42. ^ Сону, Мишра (21 декабря 2017 г.). «Усовершенствованная методика улавливания излучения с использованием недорогого алюминиевого плоского пластинчатого отражателя и анализ характеристик солнечных фотоэлектрических модулей». 2017 2-я Международная конференция по конвергенции технологий (I2CT). С. 416–420. Дои:10.1109 / I2CT.2017.8226163. ISBN  978-1-5090-4307-1.
  43. ^ «Первый прорыв в переработке солнечных фотоэлектрических модулей, - говорят эксперты». Европейская ассоциация фотоэлектрической промышленности. Архивировано из оригинал 12 мая 2013 г.. Получено 1 января 2011.
  44. ^ «3-я Международная конференция по вторичной переработке фотоэлектрических модулей». PV CYCLE. Архивировано из оригинал 10 декабря 2012 г.. Получено 1 октября 2012.
  45. ^ Стоун, Мэдди (22 августа 2020 г.). «Солнечные батареи начинают умирать, оставляя после себя токсичный мусор». Получено 2 сентября 2020 - через Wired.com.
  46. ^ Харфорд, Тим (11 сентября 2019 г.). «Может ли солнечная энергия встряхнуть энергетический рынок?». Получено 24 октября 2019.
  47. ^ «LONGi: кто они и почему мы их используем». Pulse Solar. 5 августа 2020.
  48. ^ «Отчет о солнечной электростанции».
  49. ^ «LONGi: кто они и почему мы их используем». Pulse Solar. Получено 18 июн 2020.
  50. ^ "Как работают солнечные панели?". Коммерческая солнечная Австралия. 5 сентября 2020.
  51. ^ «Грандиозные задачи делают солнечную энергию экономичной». www.engineeringchallenges.org.
  52. ^ "Пресс-релиз SolarCity". 2 октября 2015 г.. Получено 20 апреля 2017.
  53. ^ Гигес, Нэнси (апрель 2014 г.). «Повышение эффективности солнечных батарей». ASME.org. Получено 9 сентября 2018.
  54. ^ «Топ-10 поставщиков солнечных модулей в 2018 году». PV Tech. Получено 24 октября 2019.
  55. ^ «Закон Суонсона и создание солнечных весов в США, подобных Германии». Greentech Media. 24 ноября 2014 г.
  56. ^ а б c Морган Базилиана; и другие. (17 мая 2012 г.). Пересмотр экономики фотоэлектрической энергии. ООН-Энергия (Отчет). Объединенные Нации. Архивировано из оригинал 16 мая 2016 г.. Получено 20 ноября 2012.
  57. ^ ENF Ltd. (8 января 2013 г.). «В 2012 году количество малых китайских производителей солнечной энергии сократилось | Деловые новости о солнечных батареях | Справочник компаний ENF». Enfsolar.com. Получено 29 августа 2013.
  58. ^ Использование света. Национальный исследовательский совет. 1997. стр. 162. Дои:10.17226/5954. ISBN  978-0-309-05991-6.
  59. ^ Фармер, Дж. Дойн; Лафонд, Франсуа (2016). «Насколько предсказуемо технический прогресс?». Политика исследования. 45 (3): 647–65. arXiv:1502.05274. Дои:10.1016 / j.respol.2015.11.001.
  60. ^ Макдональд, А. Э., Клак, К. Т., Александр, А., Данбар, А., Вильчак, Дж., И Се, Ю. (2016). Будущие конкурентоспособные по стоимости электроэнергетические системы и их влияние на выбросы CO 2 в США. Природа Изменение климата, 6(5), 526.
  61. ^ Макдональд, А. Э., Клак, К. Т., Александр, А., Данбар, А., Вильчак, Дж., И Се, Ю. (2016). Будущие конкурентоспособные по стоимости электроэнергетические системы и их влияние на выбросы CO 2 в США. Природа Изменение климата, 6(5), 526.
  62. ^ «Солнечные фотоэлектрические установки, конкурирующие в энергетическом секторе - на пути к конкурентоспособности» (PDF). EPIA. Архивировано из оригинал (PDF) 26 февраля 2013 г.. Получено 1 августа 2012.
  63. ^ SolarProfessional.com Монтажные фотоэлектрические стеллажи Март 2013 г.
  64. ^ Департамент энергетических ресурсов Массачусетса Наземные солнечные фотоэлектрические системы, Декабрь 2012 г.
  65. ^ «Руководство по проектированию и установке фотоэлектрических систем». ecodiy.org. Получено 26 июля 2011.
  66. ^ Шинглтон, Дж. «Одноосные трекеры - повышенная надежность, долговечность, производительность и снижение затрат» (PDF). Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. Получено 30 декабря 2012.
  67. ^ Мусазаде, Хоссейн; и другие. «Обзор принципов и методов отслеживания солнца для максимального увеличения» (PDF). Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики 13 (2009 г.) 1800–1818 гг.. Эльзевир. Получено 30 декабря 2012.
  68. ^ «Оптимальный наклон солнечных панелей». Лаборатория MACS. Получено 19 октября 2014.
  69. ^ Перри, Кит (28 июля 2014 г.). «Большинство солнечных панелей смотрят в неправильном направлении, - говорят ученые».. Дейли Телеграф. Получено 9 сентября 2018.
  70. ^ Миллер, Венди; Лю, Аарон; Амин, Закария; Вагнер, Андреас (2018). «Качество электроэнергии и домохозяйства с фотоэлектрическими элементами на крышах: изучение данных измерений в точке подключения к потребителю». Устойчивость. 10 (4): 1224. Дои:10.3390 / su10041224.
  71. ^ Мартин, Крис (10 октября 2019 г.). «Калифорнийцы узнают, что солнечные батареи не работают при отключениях электроэнергии». Bloomberg. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Bloomberg LP.
  72. ^ Л. Лю, В. Миллер и Г. Ледвич. (2017) Решения по снижению затрат на электроэнергию объектов. Австралийская программа старения. 39-40. Имеется в наличии: https://www.australianageingagenda.com.au/2017/10/27/solutions-recting-facility-electricity-costs/
  73. ^ Миллер, Венди; Лю, Лэй Аарон; Амин, Закария; Грей, Мэтью (2018). «Вовлечение жильцов в модернизацию жилья с использованием солнечной энергии с нулевым потреблением энергии: тематическое исследование в субтропиках Австралии». Солнечная энергия. 159: 390–404. Bibcode:2018СоЭн..159..390 млн. Дои:10.1016 / j.solener.2017.10.008.