Монтаж сонячних електростанцій

          Монтаж сонячних батарей (фотомодулів) 

 Сонячна батарея  — побутовий термін, який використовується в розмовній мові або ненауковій пресі. Зазвичай під терміном «сонячна батарея» мається на увазі кілька об'єднаних фотоелектричних перетворювачів (фотоелементів) — напівпровідникних пристроїв, що прямо перетворюють сонячну енергію на постійний електричний струм.
На відміну від сонячних колекторів, які виробляють нагрівання матеріалу-теплуносника, сонячна батарея виробляє безпосередньо електрику. Однак для виробництва електрики із сонячної енергії використовуються й сонячні колектори: зібрану теплову енергію можна використовувати й для вироблення електрики.

 Деякі реалізовані об'єкти можна подивитися за посиланням

  На сьогодні заведено розрізняти три основні види сонячних батарей:

фотоелектричні перетворювачі (ФЕП), геліоелектростанції (ГЕЕС), сонячні колектори (СК).

Кожен із зазначених різновидів досить перспективний і має рівні з іншими шанси на розвитку та впровадження в повсякденне життя кожного з нас.
1. Фотоелектричні перетворювачі (ФЕП) — напівпровідникові пристрої, що прямо перетворюють сонячну енергію на електрику. Безперечна кількість об'єднаних між собою ФЕП називаються сонячною батареєю.
Перетворення енергії на ФЕП ґрунтується на фотовольтачному ефекті, який виникає в неоднорідних напівпровідникових структурах під час впливу на них сонячного випромінювання.
Значення мають і оптичні властивості ФЕП, причому найважливішим чинником є фотопровідність. Вона зумовлена явищами внутрішнього фотоефекту в напівпровідниках у разі опромінення їхнім сонячним світлом.
2. Геліоелектростанції (ГЕЭС) - сонячні установки, що використовують висококонцентроване сонячне випромінювання як енергію для приведення в дію теплових та інших машин (парової, газотурбінної, термоелектричної та ін.).
3. Сонячні колектори (СК) — нагрівальні низькотемпературні пристрої, що використовуються для автономного гарячого водопостачання житлових і виробничих об'єктів.
Ці пристрої сьогодні є найпоширенішим типом сонячних перетворювачів. Робота пристрою здійснюється за температури від ста до двохсот градусів.
Треба сказати, що головна перевага використання теплового сонячного перетворювача полягає в забезпеченні високого ККД.

- Монтаж фотомодулів необхідно робити так, щоб відстань між вершиною будь-якого кута та плоскістю,  яка проходить через вершини трьох інших кутів, не перебільшувало 5 мм.

- Монтаж фотомодулів передбачає, що між ним і площиною, на яку він монтується, необхідно залишати проміжок не менш ніж 10 см. Це дасть змогу повітрю вільно циркулювати, що призведе до додаткового охолодження модуля та поліпшення його характеристик. Виконуючи монтаж фотомодулів, необхідно пам'ятати, що підвищення температури погіршує характеристики модуля та знижує його довговічність.

- Між модулями необхідно залишати проміжок 5 мм. Цей проміжок дає змогу рамам модулів розширюватися під час перепадів температури.

- Для отримання максимальної ефективності роботи модуля кут нахилу необхідно вибирати таким, щоб максимально ефективно використовувати сонячне випромінювання, найчастіше кут дорівнює 45 градусів.

- Монтаж фотомодулів треба виконувати з мінімальним затемненням. Затемнення частини модуля може підвищити температуру тієї частини та зменшити термін експлуатації модуля, а також погіршити характеристики модуля.

- Не рекомендується робити монтаж фотомодулів у вертикальному положенні (коли розподільна коробка спрямована догори) у будь-яких системах, зокрема й у системах автоматичного відстеження сонця.

- Не допускається монтаж фотомодулів над крайкою даху, щоб уникнути виникнення гомілки, вага якої може перевищити кордон 20 кг і пошкодити конструкцію модуля.

Електричне під'єднання ФСМ:

Електричне під'єднання сонячних батарей має бути виготовлене відповідно до вимог міжнародного стандарту ІEC 364 або відповідно  іншому аналогу національного стандарту. Електричний монтаж фотомодулів виконується лише після закріплення ФСМ на конструкції, що монтується.   Модулі забезпечені кабелями зі з'єднувачами для послідовного з'єднання між собою. Для під'єднання до інших пристроїв (інвертору, контролера заряду тощо), а також для паралельного з'єднання модулів використовуйте лише спеціальні кабелі та з'єднувачі, призначені для цього монтажу. Переконайтеся в цілісності кабелів і з'єднувачів, наявність яких передбачає монтаж фотомодулів.

У нормальних умовах модуль може виробляти струм із вищою напругою і струмом, ніж це зазначено для стандартних умов вимірювань. Тому всі електричні компоненти системи (кабель, запобіжники тощо) мають володіти номіналом на 25% більшим, ніж максимальний номінал системи. Не перевищуйте максимальний вольтаж системи, який вказаний у характеристиках модуля.

Параметри модуля під час тестування визначаються за стандартними умовами (щільність потужності світла 1000 Вт/м2, температура модуля 25С, повітряна маса АМ-1,5). У процесі роботи модулі можуть видавати інші електрофізичні характеристики, ніж це було зазначено в паспорті. Відбиття від снігу або води може підвищити освітленість і збільшити струм, який генерується модулем, і, як наслідок, потужність. Зниження температури може істотно підняти напругу модуля.

ФСМ не мають режимів ВМИК. або ВІТЛ. Вони можуть деактивуватися лише через їхнє вимкнення від мережі та повного затінення. Це означає, що їх потрібно вимкнути від загальної електромережі та прибрати з-під сонячних променів (перевернути або накрити його лицьовий бік щільним непрозорим матеріалом).

Для захисту від перевищення допустимої напруги системи, у монтаж фотомодулей необхідно ввімкнути під'єднання запобіжників або автоматичних вимикачів відповідного номіналу до послідовно з'єднаних модулів. У разі паралельного з'єднання модулів  запобіжник (максимальний захід захисту від перевищення напруги) під'єднує до кожного паралельного ланцюга модулів.

Під дією сонячного освітлення фотоелектричні модулі виробляють постійний електричний струм. Навіть одиничний модуль за достатнього освітлення виробляє небезпечний для здоров'я і життя рівень електричного струму. У разі послідовного з'єднання модулів зростає небезпека електрошоку, оскільки збільшується сумарна напруга.

У разі паралельного з'єднання модулів, коли збільшується сумарний струм, зростає небезпека опіків унаслідок ураження електрострумом. Струм і напилення змінюються зі зміною інтенсивності випромінювання. Якщо виконуєте монтаж фотомодулів на сонці, то використовуйте ізолювальні інструменти та гумові рукавички.

Обслуговування модуля:

Сонячні модулі мають проводити щомісячне профілактичне обслуговування, під час якого необхідно:

-пізнати, щоб усі кріплення й електричні з'єднання були міцними, і на них немає пилу або бруду. Пил або бруд потрібно регулярно очищати з лицьової поверхні модуля через протирання тканиною змоченою водою.

- Затінення частини модуля листової, піском, брудом, снігом тощо призводить до перегрівання окремих пластин і зниження потужності модуля. сторонні частинки, яким потрапили на модуль, мають регулярно прибирати його поверхню. Необхідно уникати систематичного затінення одних і тих самих пластин модуля, інакше це може призвести до зламання модуля.

Типи сонячних батарей по матеріалу та способу виготовлення
 
В Україні найкорисніші чотири типи сонячних батарей:
Монокристалічні -  створені на основі монокристалу кремнію, вирощеного з розплавленого полікристалічного кремнію, розпиленого та відполірованого. Середня продуктивність таких батарей становить до 19% від встановленої потужності. Тобто, встановивши систему номінальною потужністю 1 кВт, Ви фактично отримуєте за годину 190 ват електричної енергії. Середня площа займана 1 кВт системою на базі монокристалічних панелей становить 7 м2. Сфера застосування найбільш різноманітна, від мінікотеджів і туристичних комплектів, закінчуючи мегаватними станціями. Найчастіше застосовується в проєктах зі встановленою потужністю до 10 кВт.

Полікристалічні - виробляються на основі полікристалічного кремнію, отриманого методом спрямованої кристалізації та розпиленого на пластини. Середня продуктивність таких батарей становить до 16% від встановленої потужності. Тобто встановивши систему номінальною потужністю 1 кВт, фактично отримуємо за годину 160 ват електричної енергії. Середня площа займана 1 кВт системою на базі полікристалічних панелей становить 8,3 м2. Основне застосування полікристалічних панелей — це коли необхідні окремі елементи потужністю понад 200 ватів.
Аморфний кремній. Сонячні батареї з аморфного кремнію виготовляються через нанесення тонкого шару кремнію на підкладку з іншого матеріалу. Середня продуктивність таких батарей становить до 9% від встановленої потужності. Тобто встановивши систему номінальною потужністю 1 кВт, фактична продуктивність  за годину всього 90 ват електричної енергії. Середня площа займана 1 кВт системою на базі аморфних панелей становить  6,7 м2. Основне застосування — туристичні набори малої потужності.

Тонкоплені фотовольтажні модулі (Thin Film Technology) є найбільш продуктивними сонячними батареями з доступних в Україні — їх ККД наближений до 25% показника. Виготовляються такі батареї за передовою американською технологією всього на декількох заводах у світі. Основне призначення цих модулів — це генерація енергії в промислових обсягах. Завдяки високому вольтажу та низькому амперажу ці модулі має сенс встановлювати на об'єктах, де сумарна встановлена потужність має перевищувати 10 кВт. Фактична продуктивність 10 кВт системи на годину становить 2,5 кВт електричної енергії. Головна перевага цих панелей — це вироблення енергії за розсіяного сонячного світла та в похмуру погоду. Обмеженням є площа, яку вони займають — для порівняння 10 кВт встановленої потужності займе 183 м2.

Серед усіх перерахованих вище продуктів треба виділити два типи сонячних панелей:

Монокристалічні панелі — ідеально підходять для кліматичних умов України. Для проєктів off-grid генерації із застосуванням акумуляторних батарей, у разі якщо встановлена потужність не має перевищувати 10 кВт — це найрозумніший вибір і з точки зору ефективності та з погляду ціни.
Тонкоплені фотовольтажні модулі (Thin Film Technology) ідеально підходять для off-grid і on-grid систем за встановлених потужностей понад 10 кВт.
 

Технічні характеристики сонячних батарей
 
Як і будь-який технічний пристрій, сонячна батарея має свої експлуатаційні та технічні характеристики, які відрізняються для різних моделей, різних виробників, але з досить невеликим тертям.
За площі сонячної батареї приблизно 0,2 м2 потужність модуля становить приблизно 10 Вт. Напруга за максимального навантаження — приблизно 25 В. Струм короткого замикання становить приблизно 500 мкА. Вага такого модуля приблизно 2 кг. Типова ККД сонячної батареї — від 14 до 18%. Термін експлуатації такої пластини не менш ніж 25 років.
 
Переваги під час використання сонячних батарей

1. Невисоке джерело енергії.
2. Необмежений термін експлуатації.
3. Найекологічніший спосіб отримання електрики.
4. Можна використовувати паралельно до муніципальних мереж.
5. Мінімальне обслуговування.
6. Розвиток нових технологій дає змогу покращувати отримання та зберігання електроенергії.
7. Сонячні батареї можна встановлювати в будь-яке місце та на будь-яку площину, де є сонячне світло, не порушуючи конструкцію місця встановлення.
8. Незалежність від технічних неполадок енергопостачальної організації.