Солнечные батареи SunCharger. (Технические характеристики.)
Солнечные батареи в Интернет магазине ECOTECO
Наконец-то удалось заполучить технические данные на фотоэлементы из которых изготавливаются гибкие солнечные батареи от компании SunCharger.
Немного истории.
Приблизительно 15 лет назад московское объединение «Квант» разработало фотоэлементы на основе аморфного кремния для космоса и военных. Когда началась «перестройка» они сотрудничали с одной из американских компаний. Впрочем, сотрудничество было классическое – мы им отдали технологию производства этих фотоэлементов, а они нам оборудование и какие-то деньги. В дальнейшем пути этих двух компаний разошлись и они начали работать каждая на свою страну.
Больше, насколько мне известно, ни одна компания в мире этих фотоэлементов не выпускает (просто не способны, т.к. не имеют технологии.) Это были и есть очень неплохие фотоэлементы, как мы увидим позже по характеристикам.
Те фотоэлементы, что использует в своих солнечных батареях фирма «SunCharger» производятся той самой американской компанией, которая раньше работала с «Квантом». Поэтому можно считать, что мы используем нашу же отечественную разработку, которая возвращается к нам в виде потребительских изделий.
Увы, сам «Квант» в настоящее время, на конец 2009 года, по моим сведениям, находится на ремонте (уже более двух лет). И фотоэлементов не производит.
Впрочем, использование элементов, произведенных в «штатах» имеет свои преимущества, самое главное из которых – стабильное качество. Т.е. все элементы имеют малый разброс характеристик и тьфу, тьфу, пока не давали отказов по вине производителя.
Все сведения о фотоэлементах, что будут даны далее, базируются на данных самого производителя.
Технические характеристики.
Солнечные батареи SunCharger собираются из ламинатов, внутри которых упакованы несколько фотоэлементов, соединённых последовательно. Обычно такая сборка содержит 4 или 8 фотоэлементов, каждый из которых дает около 1.5В рабочего напряжения. Поэтому лист из 4-х фотоэлементов будет иметь на выходе напряжение 6В (8В без нагрузки) или 12В (16В без нагрузки).
Сам же единичный фотоэлемент представляет собой прямоугольник стальной фольги размерами приблизительно 180х39мм, на который напылены активные слои.
На рисунке ниже, показана пара таких фотоэлементов, спаянных последовательно внутри ламината.
Рис.1. Фотоэлементы.
Выходная характеристика единичного фотоэлемента приведена на графике ниже.
Рис.2. Выходные характеристики единичного фотоэлемента.
Что мы видим на этих графиках? Самое главное, видно, что при стандартных условиях освещения (1000Вт/кв.м, 25гр.С и спектре 1.5) единичный фотоэлемент имеет рабочее напряжение 1.5В и рабочий ток 300мА, т.е. максимальную мощность 0.45Вт.
Это позволяет нам уже по внешнему виду солнечной батареи сразу же узнать её характеристики. Например, смотрим на солнечную батарею, скажем, 8Вт, показанную на Рис.3. Она состоит из двух ламинатов, в каждом из которых по 8 последовательных фотоэлементов. Поэтому рабочее выходное напряжение такой солнечной батареи будет 1.5В*8шт = 12В (или 2В*8шт=16В если без нагрузки). А рабочий выходной ток будет 300мА*2панели = 600мА (или 380мА*2= 760мА при коротком замыкании). Реальная выходная мощность 0.45Вт*16фотоэлементов = 7.2Вт. Напомню, все эти цифры получены для стандартных условий освещения, а это, приблизительно, – «лето, Крым, полдень, ясное небо».
И ещё один момент, в реальности, фотоэлементы имеют выходную мощность чуть выше указанной на графике, именно поэтому солнечная батарея, маркируемая как 8Вт, имеет мощность не 7.2Вт, а около 7.5Вт, а батарея на 15Вт – «честные» 15Вт. Так что, фирма SunCharger указывает характеристики своих солнечных батарей «честно» (в отличие от распространённой практики, когда «путают» рабочие и максимальные характеристики, в результате чего «рекламная» мощность получается в полтора раза больше реальной).
Рис.3. Гибкая солнечная батарея 8Вт.
Второе, что мы можем увидеть из графика на Рис.2, это то, что при уменьшении освещённости пропорционально снижается выходной ток, но выходное напряжение при этом остаётся практически неизменным. Это подтверждается и на практике, когда на слабом солнце ток может упасть, например, в 50…100 раз, а напряжение снизится всего на пару вольт. Т.е. мы можем продолжать заряжать свои аккумуляторы, просто уменьшится скорость их зарядки, но процесс не прекратится. Это очень хорошее свойство данных батарей.
Следующий фактор, который часто беспокоит покупателей солнечных батарей – это как быстро они деградируют. Это опасение не случайно, многие «китайские» аморфные солнечные батареи могут потерять до трети своей мощности в первые же пару лет эксплуатации. Однако, фотоэлементы от «Кванта» практически не меняются со временем. Это прекрасно видно на графике на Рис.4.
Рис.4. Изменение выходной мощности от времени.
Из графика видно, что в течение первых 10 недель лежания на солнце, происходит стабилизация характеристик фотоэлементов и в дальнейшем они практически не меняются. Сам производитель дает гарантию 18 лет на то, что элементы будут работать.
(Главный технолог «Кванта» как-то рассказывал, что у них на крыше уже 14 лет стоят ещё первые модели солнечных батарей на гибких фотоэлементах. Круглогодично. За эти годы их характеристики ухудшились всего на 4%. На вопрос, а сколько же они ещё прослужат, было отвечено, что лет 30…40 не меньше.)
Все характеристики, приведённые на Рис.2, относятся уже к фотоэлементам после стабилизации.
Приятным бонусом для туристов, как для людей, использующих солнечные батареи лишь время от времени, является то, что в отсутствии солнца процесс стабилизации практически не происходит, и, получается, первые несколько лет эксплуатации мощность батареи будет выше номинальной на 5…15%.
Следующим интересным свойством рассматриваемых солнечных фотоэлементов является то, что их коэффициент преобразования энергии света в электричество оказывается выше при малой освещенности, чем при максимальной. График КПД различных типов солнечных фотоэлементов приведён на рисунке ниже.
Рис.5. КПД фотоэлементов различных производителей в зависимости от освещённости.
Здесь
1. BP Solar (mo-Si)
2. Siemens Solar (mo-Si)
3. Kyocera (pc-Si)
4. Shell Solar (pc-Si)
5. Free Energy Europe (a-Si)
6. Солнечные элементы по технологии «Кванта».
7. BP Solar (a-Si)
8. Siemens Solar (CIGS)
Гибкие фотоэлементы, используемые в солнечных батареях SunCharger выделены красным цветом (линия №6).
Замечу, что не стоит пугаться относительно небольших значений КПД фотоэлементов из аморфного кремния – это их общее свойство. Это просто приводит к необходимости иметь площадь солнечной батареи большей, чем если бы использовались фотоэлементы с большим значением КПД. Но на малых мощностях такое увеличение площади не играет большой роли, тем более, что батареи складные.
На графиках приведены значения КПД как для «аморфников», так и для фотоэлементов на кристаллическом кремнии. Среди аморфных элементов продукция «Кванта» уступает лишь элементам от FreeEergyEurope, да и то, лишь при очень ярком солнце. Т.е. фотоэлементы, используемые в солнечных батареях SunCharger являются одними из лучших среди аморфных.
Интересной и полезной особенностью рассматриваемых солнечных батарей, является их нелинейный коэффициент преобразования энергии солнца в электричество, аналог коэффициента полезного действия – КПД. А именно, при снижении освещенности КПД таких фотоэлементов не снижается, а возрастает. Т.е. в реальных условиях эксплуатации, которые могут быть весьма далеки от паспортных, такой фотоэлемент позволяет получить большее количество энергии по сравнению с другими типами (при одинаковой номинальной мощности солнечных батарей, естественно).
Эта особенность – хорошая работа при малой освещенности более подробно отражена на следующих рисунках.
Рис.6.Сравнение выхода энергии от кристаллической и аморфной солнечной батареи при различных температурах.
На Рис.6. сравнивается выходная мощность двух панелей по 5Вт, одна из которых изготовлена из кристаллического кремния (зелёная линия), а вторая – гибкая панель из аморфного кремния по технологии «Кванта» (красная линия).
Площадь между графиками – эта та дополнительная прибавка энергии, которую мы получаем при пользовании гибкими фотоэлементами. И более того, как видно из графиков, эта прибавка будет тем больше, чем больше температура, а на солнце солнечные батареи обычно нагреты очень сильно. Реально эта прибавка доходит до 20%.
Т.е. имея две батареи одинаковой паспортной мощности, мы снимаем с гибкой электричества на 20% больше!
Также, не стоит забывать, что в горах и на севере, где в солнечном спектре повышенное количество ультрафиолета, гибкая солнечная батарея выдает ещё больше тока, а кристаллическая ультрафиолет практически использовать не может.
Напоследок, приведу табличку характеристик некоторых из сборок фотоэлементов, выпускаемых по технологии «Кванта».
Рис. 7. Таблица характеристик фотоэлементов.
В солнечных батареях SunCharger’а на 8Вт, 11Вт и 15Вт используются сборки из восьми последовательных фотоэлементов.
Также, весьма показателен третий фотоэлемент в таблице. Он является фотоэлементом от «Кванта», как по внешнему виду, так и по характеристикам. На Рис.8 его можно разглядеть подробнее.
Рис.8.Единичный фотоэлемент из аморфного кремния.
Подводя итог данной статьи, стоит повториться, что гибкие солнечные батареи от фирмы SunCharger на сегодняшний день являются одними из лучших, что можно найти сегодня на рынке, причём, не только в России, но и в мире. Во многом это определяется качеством используемых фотоэлементов которые:
- легкие,
- гибкие,
- долговечные (не выгорают),
- герметичные,
- дают больше энергии при слабом (реальном) свете, чем другие типы батарей,
- дают больше энергии в горах (частично используя ультрафиолет).
И упоминая все эти характеристики не будем забывать, что это наша отечественная разработка, которая даже сегодня, по прошествии более 15 лет превосходит большинство современных фотоэлементов.
Носов Николай
Солнечные батареи в Интернет магазине ECOTECO
mobipower.ru