В последнее время вполитических и экономических кругах всего мира происходят кардинальные изменения в отношении к источникам возобновляемой энергии. Несмотря на период глобального экономического спада, на рынке солнечных энергетических установок в ближайшие несколько лет ожидается ежегодный рост в размере от 30% до 40% (см. рис. 1).

Этот рост затронет как большие мегаваттные центральные электростанции, так и совсем маленькие, расположенные на крышах жилых домов. Эффективность солнечных элементов и силовой электроники постоянно растет. Одновременно на новый качественный уровень поднимаются топология и конструкция новых приборов.
Рынок оборудования для солнечных энергетических установок, как ожидают, будет расти
Рис. 1. Рынок оборудования для солнечных установок, как ожидают, будет расти.

Преобладающей до настоящего времени технологической основой солнечного элемента остается P-N переход в монокристаллическом кремнии (см. рис. 2). Это наиболее доступный материал, обладающий хорошим соотношением цена/качество в самом широком диапазоне применений. Для систем большой мощности могут применяться многопереходные солнечные ячейки. Их КПД достигает 25%, но и цена намного выше. В более дешевых системах используют поликристаллические или пленочные ячейки. Они проигрывают в эффективности, но привлекательны низкой ценой.

Преобладающая технологическая основа солнечного элемента – P-N переход в монокристаллическом кремнии
Рис. 2. Преобладающая технологическая основа солнечного элемента – P-N переход в монокристаллическом кремнии.

Типичная солнечная энергетическая установка

Типичная солнечная установка содержит два силовых каскада (см. рис. 3). Входной конвертер принимает выходное напряжение солнечной панели и поднимает его до уровня, достаточного для подачи на выходной инвертор.

Входным устройством этой системы является массив солнечных элементов, которые могут быть оформлены в виде панели, линейки панелей или комбинации параллельно-последовательно включенных панелей. Каждая панель обычно генерирует напряжение в диапазоне 50…60 В. Соответствующим объединением панелей, получают напряжения, необходимые для нормальной работы конвертеров.

Типичная солнечная энергетическая установка содержит два силовых каскада
Рис. 3. Типичная солнечная энергетическая установка содержит два силовых каскада.

Система также оснащается механизмом слежения за, так называемой, точкой максимальной мощности (Maximum Power Point – MPPT). Для любого солнечного элемента или набора солнечных элементов существует оптимальное выходное напряжение, при котором отдаваемая мощность максимальна. Понизьте напряжение – и ток не возрастает в достаточной степени, чтобы компенсировать потерю мощности. И наоборот, при увеличении напряжения, ток падает слишком быстро. Обычно, применяется вычислительная система, которая перемножает измеренные значения напряжения и тока для определения точки максимальной мощности, и управляет выходным напряжением, оптимизируя его значение.

В последовательной линейке элементов выходной ток определяется самым низким током в цепочке. Если меняется освещенность, или любой из элементов будет частично затенен, все другие элементы будут ограничены по току и не смогут отдавать максимальную мощность. Есть много способов, зависящих от конструкции системы, компенсировать эти потери. В больших центральных электростанциях солнечные панели обычно располагаются на открытом пространстве, где тень отсутствует, и часто даже отслеживают положение солнца, чтобы поддерживать максимальную выходную мощность.

В небольших системах, однако, панели могут быть расположены под различными углами к падающему свету, могут быть частично затенены, или просто иметь различную эффективность. В таких случаях желательно разделить цепочку элементов на группы с тем, чтобы каждая работала в точке максимальной мощности (MPP). Тогда все выходные напряжения могут быть суммированы. Контроллер может фактически ввести ток в более слабые группы, чтобы сбалансировать и оптимизировать выходной ток всей системы в целом.

Добавить комментарий