Опубліковано: 09.08.2018
Автор: Владислав С.

Дане питання правильно було б розділити на дві частини, оскільки рівень електрогенерації складається з двох чинників – ККД та якості модулів, а також кліматичних умов експлуатації. Насамперед варто розглянути рівень перетворення енергії та значущі характеристики.

Технічна продуктивність сонячних батарей

Панелі, що використовуються в українських домашніх електростанціях, здебільшого полікристалічні. Вони мають ККД від 13 % до 17 %. Для порівняння, у монокристалічних цей показник дорівнює 18–22 %. Величезні втрати викликані тим, що велика частина світла відбивається від кремнієвих пластин або витрачається на нагрівання самої конструкції.

На рівень перетворення світлової енергії впливає також матеріал модулів. Так, у дешевих кадмієвих пластин ККД становить 11 %, у фотоелементів із сумішей солей галію, міді, індію та селену (CIGS) – 15 %, а в аналогів з органічних полімерів – від 5 %.

У 2018 році компанією Solliance спільно з Дослідницьким центром з енергетики Нідерландів була створена та випробувана перша кремнієво-перовскітна панель із показником ефективності 26,3 %. У масове виробництво поки не запущена.

Проте такий показник вважається дуже високим, оскільки донедавна найбільший ККД сягав 18 %. Проте, застосування нових матеріалів і фотогальванічного скла дозволило підвищити цей показник.

«Всепогодні» панелі

У 2017 році китайські вчені створили так звані всепогодні сонячні батареї, що працюють не тільки за будь-якої погоди, але і вночі. Секрет розробки в тому, що скло покрите люмінофором тривалого післясвітіння (LPP), що зберігає інфрачервоний та ультрафіолетовий спектр, невидимий для людського ока. Вночі LPP вивільняє монохроматичне світло, що перетворюється в електроенергію.

Завдяки такій технології панель працює цілодобово.

Ще один напрям для технічного вдосконалення – збереження початкового рівня перетворення (базового ККД) протягом тривалого часу. Річ у тім, що кремнієві фотоелементи деградують і з часом втрачають продуктивність.

Проте цей показник постійно зростає, навіть, з’явилися стійкі до деградації аналоги. Поки це тільки експериментальна технологія, яка ще не встигла довести ефективність на практиці.

Ефективність панелей із «пробігом»

У країнах Європи популярний сервіс покупки дешевих вживаних панелей. Пам’ятайте, якщо ви купите стару модель, швидше за все її номінальна потужність буде нижчою від заявленої. Однак для максимальної продуктивності краще нові батареї. Тим паче з кожною новою серією, завдяки збільшенню ККД зростає номінальна потужність.

Як пори року впливають на ефективність

Крім базового збільшення ККД, рівень генерації батарей зростає з приходом літа. Довгий літній день у порівнянні із зимою в рази збільшує тривалість роботи, а значить і кількість виробленої електрики. Проте, через спеку падає номінальна продуктивність, наприклад, замість заявлених 16 % фактичний ККД буде на рівні 14–15 %.

Взимку ж навпаки, на квадратний метр площі буде падати менше світла, але рівень перетворення енергії зросте до 18–19 %.

На цей показник впливає також нахил. Річ у тім, що взимку сонце знаходиться низько над горизонтом, тому панель необхідно трохи підняти, а влітку – навпаки, опустити. Панелі мають бути повернені до сонця так, щоби промені падали під прямими кутом.

Якщо ви вже читали статтю про встановлення панелей, то знаєте, що немає сенсу розміщувати панелі з інших сторін, крім південної, позаяк рівень генерації буде невисокий.

Найкраще, коли односхилий дах спрямований на південь і площі покрівлі вистачає для розміщення. У двосхилих дахах, розташованих із півночі на південь, корисною буде тільки половина покрівлі.

Наприклад, щоби розмістити 30 панелей загальною площею 48,9м², знадобиться щонайменше 50м². Навіть якщо площа даху складає 150м², але лише 40м² спрямовані на південь, цього буде замало.

Якщо покрівля має достатню площу й повернута на південь, це ще не гарантує стабільну роботу батарей. Якщо в певний час доби на панелі впаде тінь від сусіднього дерева, це суттєво вплине на загальну продуктивність.

Чому часткове затінення гірше, ніж повне

Особливість роботи інверторів така, якщо частина панелей буде в тіні, це негативно вплине на продуктивність усіх модулів, навіть тих, що знаходяться під сонцем. Вони продовжуватимуть працювати, але ефективність знизиться щонайменше на третину.

Від цього не лише падає ефективність, але і страждають самі панелі. Нагріваються кремнієві фотоелементи, збільшується знос струмоведучих частин. Якщо в такому режимі СЕС пропрацює кілька діб, то нічого страшного, а у випадку регулярної часткової затіненості буде знижуватися базовий ККД, ослабнуть контакти між елементами, що може спричинити відмову певних зон батареї.

Щоби не допустити такої проблеми, рівномірно освітлені блоки електростанції варто підключити до окремих МРРТ (трекерів пошуку точки максимальної потужності) клем інвертора, зазвичай у домашніх СЕС рідко використовується більш як два трекери, а малопотужні електростанції здебільшого мають лише один.

Якщо на одній із панелей падає продуктивність, інвертор автоматично підлаштовується під струмові характеристики, що спричиняє втрати на добре освітлених ділянках – діє принцип слабкої ланки. МРРТ трекер змінює параметри інвертора, завдяки чому втрати електрики знижуються.

Якщо на одну з панелей впаде тінь, втрати на інших ділянках можуть сягати 40 %, тоді як МРРТ зменшує цей показник до 2 %.

Для недопущення таких ситуацій, важливо щоб усі панелі були розташовані на одній ділянці під рівним нахилом. Як Ви пам’ятаєте, кут падіння сонячних променів впливає на продуктивність. Батареї мають найвищу ефективність, коли промені падають під прямим кутом. Таке можливо лише на екваторі, у нас же промені падають на землю під середнім нахилом 56–57°. Відповідно, щоби вони падали під прямим кутом на поверхню сонячних панелей, вони мають бути зафіксовані під нахилом 33–34° відносно землі.

Кут падіння сонячних променів змінюється від пори року. Влітку сонце розташоване високо і промені падають під кутом 69°, а взимку воно знижується над горизонтом і нахил складає всього 14°.

Щоби компенсувати нахил даху, застосовується спеціальний каркас, що збільшує чи зменшує кут кріплення фотоелементів. Він виглядає менш естетично, ніж звичайний, але дозволяє зберегти цінні кіловати.

У проектах нових будинків із сонячними батареями нахил даху зазвичай планується ще на етапі будівництва. Якщо у вас старий будинок і площі покрівлі не вистачає для розміщення всієї системи, не зупиняйтеся лише на класичному варіанті.

Як збільшити ККД

Що робити, якщо дах не підходить для сонячних панелей. Можна встановити частину панелей на опору. На відміну від покрівлі, тут нічого не обмежує простір навколо панелі, можна навіть встановити поворотний трекер, що буде автоматично повертати панелі до сонця.

Він обертає панелі на 360°, одночасно змінюючи кут і напрямок. Принцип роботи досить простий: індикатор визначає місце положення сонця, дає сигнал на електромотор, що обертає трекер, і він плавно повертає фотоелементи, щоби промені падали під прямим кутом. Уся система автономна, оскільки працює від самої батареї.

Поворотний трекер збільшує ефективність на 30–40 %, але через високу вартість він використовується здебільшого в промислових електростанціях, а не домашніх.

Встановлення – дуже складний процес, що вимагає спеціальних навичок, тому його краще довірити фахівцям. А ось, як визначитися з каркасом і потужністю сонячних батарей, читайте тут.

Кліматичний чинник продуктивності

Ефективність панелей залежить від інтенсивності світла. Чим краще освітленість, тим більше електрики буде вироблено. Погодні та кліматичні умови – це теж вагомий чинник, що впливає на продуктивність.

Майже всі панелі розраховані на експлуатацію за температурного режиму від -40°C до +80°C, і чим менша температура, тим вищий коефіцієнт перетворення. Стандартною температурою вважається +25°C, саме за неї вимірюється номінальна потужність. З кожним градусом ефективність втрачається або підвищується на 0,41 %.

Наприклад, якщо ви встановили 270-ватну панель, жарким літом при +35° C її потужність складатиме приблизно 257Вт, а взимку при -20°C -298Вт.

У полярних широтах ефективність перетворення більша, ніж на екваторі, завдяки низькій температурі, але через меншу кількість світла загальна продуктивність значно менша. Через це сонячні електростанції дуже популярні в «теплих» країнах.

Фото: Сонячні панелі на британській антарктичній дослідницькій станції «Принцеса Єлизавета»

Фото: Сонячна ферма Топаз, Каліфорнія, США – найпотужніша у світі (1096 МВт)

Фото: Сонячний парк Перове, Крим – найбільша в Європі СЕС (133 МВт)

Ще на продуктивність впливає географічне розташування. У північних широтах влітку довгий день, а взимку – коротка ніч, тому влітку СЕС працює довше і виробляє більше електроенергії. У південній півкулі все з точністю до навпаки.

В Україні, чим південніше розташування, тим більша продуктивність. На карті сонячної інсоляції подана інформація, скільки світлової енергії отримує квадратний метр землі в середньому за рік. Чим далі на південь, тим більше безхмарних днів у році, а значить частіше та довше світить сонце.

На сході Україні рівень інсоляції вищий, ніж на заході. Це можна пояснити географічними особливостями, а саме близькістю західних областей до Балтійського моря, де часто формуються зони низького тиску з опадами.


Щоби дізнатися, де найвигідніше добувати «сонячну» електроенергію, можна поглянути на таблицю середньої річної сонячної електрогенерації на цій сторінці, де ми розраховували окупність сонячної електростанції.

У середньому щороку в певному населеному пункті виробляється однаковий обсяг електроенергії. З травня до серпня сонячні панелі працюють ефективніше, ніж в інші місяці, а з листопада до лютого – навпаки.

Таку закономірність підтверджують діаграми досліджень впливу пори року на середню продуктивність. Для порівняння та аналізу візьмемо кілька регіонів України. У графіках наведено приклад СЕС на 10 кВт.

У деяких областях, наприклад, у Київській, максимальна продуктивність спостерігається лише кілька місяців у році, протягом іншого часу вона поступово знижується до зими чи зростає до літа. У загальному на території України найпродуктивніший час для генерації сонячної енергії з травня до серпня.

Винятком можна вважати – Одеську область і Крим, де зберігається порівняно висока продуктивність протягом усього року, навіть взимку.

Це лише середні результати, передбачити точну кількість вироблених кіловат-годин неможливо, адже є й непередбачувані чинники. Може бути безхмарна тепла зима або дощове літо, відповідно кількість безхмарних днів кожного року буде дещо відрізнятися. Такі явища складно передбачити, проте загалом у нашій країні клімат доволі сприятливий для генерації сонячної електроенергії.

Як зберегти ефективність сонячних батарей

Побутові СЕС здебільшого встановлені на дахах будинків. З часом скляна поверхня може покриватися пилом та опалим листям. І якщо листя час від часу здуває вітер, то пил зазвичай залишається там до першого дощу. Щоби підтримувати високу продуктивність, за панелями потрібно доглядати.