Новые архитектуры систем, способы управления и разработки новых приборов, обещают намного более эффективное использование солнечной энергии.
Dan Kinzer
В последнее время в политических 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.
 |
| Рис. 1. Рынок оборудования для солнечных энергетических 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.
 |
| Рис. 2. Преобладающая технологическая основа солнечного элемента – P-N переход в монокристаллическом кремнии. |
Типичная солнечная энергетическая установка
Типичная солнечная энергетическая 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.
 |
| 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.
Окончание следует
