Собираясь приобрести солнечную батарею, обращают внимание на разные характеристики, одной из которых является коэффициент полезного действия. Важно понимать, что от КПД солнечных панелей зависит эффективность устройства, а также его способность функционировать с максимальной отдачей. Именно поэтому многим интересно узнать о том, от чего зависит данный показатель, а также почему данный параметр отличается у разных моделей устройств.
КПД у разных типов солнечных панелей
Отметим, что КПД – это показатель, который характеризует объем энергии от отдельно взятой панели в отношении ко всей мощности светового потока, который на нее попадает. Зная КПД СЭС, можно сразу сориентироваться по мощности батареи, а также ее способности справляться с нагрузкой в виде центрального и дополнительного освещения, работы бытовой техники и прочих электрических приборов.
В основе работы такого устройства лежат фотоэлектрические элементы, которые способны выдавать КПД на уровне 25-30 %, что является на сегодня достаточно высоким показателем. Все изделия, представленные на рынке, отличаются производительностью и мощностью, что зависит от особенностей тонкопленочных панелей, а также специфики кремниевых элементов. Для лучшего понимания того, каков КПД у солнечных батарей, рассмотрим особенности таких панелей с учетом разных модификаций.
КПД монокристаллических солнечных панелей
Панели монокристаллического типа (Mono-Si) производятся из кристаллов кремния, которые имеют высокую степень очистки и выращиваются специальным образом. КПД солнечной батареи такого типа достигает 22 %, что является хорошим показателем. По внешнему виду такие панели темнее, чаще всего выполнены в виде квадратов со срезанным уголком.
КПД поликристаллических солнечных панелей
Поликристаллические панели (Poli-Si) производятся по технологии литья, что снижает их себестоимость. Соответственно, такие изделия по стоимости выходят дешевле, нежели монокристаллические. КПД солнечного элемента здесь составляет порядка 18-19 %, что важно учитывать при использовании. Изделия такого типа можно отличить по характерному синеватому оттенку, они имеют толщину в 300 мкм.
КПД современных солнечных батарей
Можно заметить, что эффективность солнечных панелей во многом определяется особенностями производства. Примечательно, что моно- и поликристаллические панели относятся к первому поколению батарей, которые имеют не очень высокую эффективность.
Улучшенными устройствами являются панели второго поколения, которые также называют тонкопленочными. В отличие от других, толщина таких элементов не более 1-3 мкм, однако КПД у них составляет порядка 15-16 %. Самыми лучшими на сегодня являются перовскитные панели, поскольку КПД современных солнечных батарей такого типа достигает уже 25-26 %.
От чего зависит коэффициент полезного действия
При выборе панели на кремниевых элементах важно помнить, что на потери влияют такие факторы:
- положение рабочей поверхности относительно солнечных лучей;
- физические особенности и характеристики полупроводников;
- законы поглощения и оптического преломления света;
Именно поэтому на фактический КПД солнечных батарей влияет правильность их расположения.
Влияние материала ячеек
Нужно понимать, что на конечную производительность, эффективность солнечных батарей и их характеристики оказывает влияние материал ячеек:
- монокристаллический кремний дает высокий выход энергии (до 24 % в условиях высокой освещенности);
- теллурид кадмия отличается стабильной производительностью при бюджетной стоимости панелей;
- редкоземельный сульфид меди/индия/галлия характеризуется многослойной ячеистой структурой, что приводит к способности поглощать свет на уровне до 40 %.
Как зависит КПД от изменения освещенности (количества света)
На КПД солнечной электростанции влияют не только конструкционные особенности и расположение панелей, но и уровень освещенности в течение всего дня, ведь от этого зависит способность панели поглощать свет. Отметим главные факторы:
- Уровень рассеянности света. Если солнечный свет попадает под сильным углом, это приводит к падению реального КПД, причем особенно это сказывается на панелях монокристаллического типа.
- Степень освещенности. Для всех панелей действует правило: чем больше света падает на панель (чем ярче свет), тем лучше происходит заряд и выше КПД.
- Наличие тени. Хуже всего на тень реагируют панели монокристаллического типа, поскольку в ряде случае они могут частично, а иногда и полностью выходить из строя.
- Атмосферные осадки. Дождь и снег никак не ухудшают КПД солнечных элементов, однако нужно следить за тем, чтобы сильные ливни и град физически не повредили верхний слой.
Влияет ли температура на эффективность?
Эксперты отмечают, что КПД солнечной батареи чувствителен к резким температурным колебаниям и смене циклов. На практике крайне нежелательны перепады для моно- и поликристаллических панелей, однако даже при не слишком высокой температуре (выше +25 °С) такие батареи могут снижать КПД на 15-20 %.
Как рассчитывается КПД солнечной батареи и общий КПД солнечной электростанции
КПД отдельной батареи определяется как отношение выходной электроэнергии, которую батарея генерирует, к входной солнечной энергии. Математически это можно записать так:
КПД = (Выходная энергия / Входная солнечная энергия) * 100%,
где выходная энергия измеряется в ватт-часах (Wh) или киловатт-часах (kWh), а входная солнечная энергия – в ваттах (W) или киловаттах (kW).
Общий КПД солнечной электростанции учитывает эффективность всех компонентов системы, включая солнечные батареи, инверторы, провода, а также другие элементы. Он определяется как отношение выходной электроэнергии солнечной электростанции к общей солнечной энергии, падающей на поверхность панелей.
Выводы
Реально низкий КПД солнечных батарей вынуждает многих конструкторов и инженеров продолжать искать лучшие варианты исполнения панелей. Однако уже сегодня можно говорить о хороших результатах, что позволяет успешно их использовать в качестве эффективных источников энергии.
