Создан первый функциональный дизельный двигатель
Рудольф Дизель успешно испытал дизельный двигатель внутреннего сгорания нового типа с самовоспламенением топлива от сжатия, и 28 января 1897 года получил первый образец пригодный для серийного производства. Коэффициент полезного действия агрегата оказался почти вдвое выше, чем у двигателей внутреннего сгорания других типов и составил 28%.
В 1824 году Сади Карно формулирует идею цикла Карно, утверждая, что в максимально экономичной тепловой машине нагревать рабочее тело до температуры горения топлива необходимо «изменением объема», то есть быстрым сжатием. В 1890 году Рудольф Дизель предложил свой способ практической реализации этого принципа. Он получил патент на свой двигатель 23 февраля 1892 года, в 1893 году выпустил брошюру. Еще несколько вариантов конструкции были им запатентованы позднее.
После нескольких неудач первый практически применимый образец, названный дизель-мотором, был построен Дизелем к началу 1897 года, и 28 января того же года он был успешно испытан.
Дизель активно занялся продажей лицензий на новый двигатель. Несмотря на высокий КПД и удобство эксплуатации по сравнению с паровой машиной, практическое применение такого двигателя было ограниченным: он был больше и тяжелее паровых машин того времени.
Первые двигатели Дизеля работали на растительных маслах или легких нефтепродуктах. Интересно, что первоначально в качестве идеального топлива он предлагал каменноугольную пыль — Германия при больших запасах угля не имела нефти. Эксперименты же показали невозможность использования угольной пыли в качестве топлива — прежде всего из-за высоких абразивных свойств как самой пыли, так и золы, получающейся при сгорании, также возникали большие проблемы с подачей пыли в цилиндры.
Инженер Экройд Стюарт ранее высказывал похожие идеи и в 1886 году построил действующий двигатель. Он предложил двигатель, в котором воздух втягивался в цилиндр, сжимался, а затем нагнетался в емкость, в которую впрыскивалось топливо. Для запуска двигателя емкость нагревалась лампой снаружи, и после запуска самостоятельная работа поддерживалась без подвода дополнительного тепла.
Экройд Стюарт не рассматривал преимущества работы от высокой степени сжатия, он просто экспериментировал с возможностями исключения из двигателя свечей зажигания, то есть он не обратил внимания на самое большое преимущество — топливную эффективность.
Независимо от Дизеля в 1898 году на Путиловском заводе в Петербурге инженером Густавом Тринклером был построен первый в мире «бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления», то есть дизельный двигатель в его современном виде с форкамерой, который назвали «Тринклер-мотором». При сопоставлении двигателей постройки «Дизель-мотора» и «Тринклер-мотора» русская конструкция, появившаяся на полтора года позднее немецкой и испытанная на год позднее, оказалась гораздо более совершенной и перспективной.
Использование гидравлической системы для нагнетания и впрыска топлива позволило отказаться от отдельного воздушного компрессора и сделало возможным увеличение скорости вращения. Тринклер-моторы не имели воздушного компрессора, а подвод тепла в них был более постепенным и растянутым по времени по сравнению с двигателем Дизеля.
Российская конструкция оказалась надежнее и перспективнее немецкой. Однако под давлением Нобелей и других обладателей лицензий Дизеля работы над двигателем в 1902 году были прекращены.
В 1898 году Эммануил Нобель приобрел лицензию на двигатель внутреннего сгорания Рудольфа Дизеля. Двигатель приспособили для работы на нефти, а не на керосине. С 1899 года Механический завод «Людвиг Нобель» в Петербурге развернул массовое производство дизельных двигателей. В 1900 году на Всемирной выставке в Париже дизельный двигатель получил Гран-при, в скором времени завод Нобеля в Петербурге наладил выпуск двигателей, работавших на сырой нефти.
Этот двигатель получил в Европе название «русский дизель». Русский инженер Аршаулов впервые построил и внедрил топливный насос высокого давления оригинальной конструкции — с приводом от сжимаемого в цилиндре воздуха, работавший с бескомпрессорной форсункой.
В настоящее время для обозначения ДВС с воспламенением от сжатия используется термин «двигатель Дизеля», «дизельный двигатель» или просто «дизель», так как теория Рудольфа Дизеля стала основой для создания современных двигателей этого типа.
В дальнейшем около 20-30 лет такие двигатели широко применялись в стационарных механизмах и силовых установках морских судов, однако существовавшие тогда системы впрыска топлива с воздушными компрессорами не позволяли применять дизельные двигатели в высокооборотных агрегатах.
Небольшая скорость вращения, значительный вес воздушного компрессора, необходимого для работы системы впрыска топлива сделали невозможным применение первых дизельных двигателей на автотранспорте. В 20-е годы XX века немецкий инженер Роберт Бош усовершенствовал встроенный топливный насос высокого давления, устройство, которое широко применяется и в наше время. Он же создал удачную модификацию бескомпрессорной форсунки.
Востребованный в таком виде высокооборотный дизельный двигатель стал пользоваться все большей популярностью как силовой агрегат для вспомогательного и общественного транспорта, однако доводы в пользу карбюраторных двигателей позволяли им пользоваться большим спросом для установки на пассажирских и небольших грузовых автомобилях: с 50-х — 60-х годов XX века дизельный двигатель устанавливается в больших количествах на грузовые автомобили и автофургоны, а в 70-е годы, после резкого роста цен на топливо, на него обращают серьезное внимание мировые производители недорогих малолитражных пассажирских автомобилей.
Петербургские ученые превратили тепло в электричество с сумасшедшим КПД
Новая разработка создана Политехом. Планируется, что она будет внедрена уже к концу года
Петербургские исследователи Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого разработали термоэлектрический генератор нового поколения. Устройство в десятки раз эффективнее любых аналогов. Проект реализован в рамках программы НЦМУ СПбПУ «Передовые цифровые технологии».
Термоэлектрический генератор – устройство, которое переводит тепловую энергию в электрическую. Квантовые процессы позволяют не только получить электричество, но и сократить возможные выбросы в атмосферу, что особенно актуально в условиях борьбы с глобальным потеплением.
Директор НТЦ «Нейропрогнозирование материалов и технологий электронной промышленности» Ольга Квашенкина отметила, что термоэлектрический генератор (ТЭГ) – это устройство по конвертации или переводу тепловой энергии в электрическую. Термоэлектрические эффекты очень давно наблюдаются в научном сообществе, и на их основе создано большое количество устройств.
«Наше устройство отличается, во-первых, своими размерами, оно очень маленькое, во-вторых, КПД, который измеряется в количестве электроэнергии, выработанной на единицу объема рабочего материала, который и переводит тепловую энергию в электричество. Уже сейчас устройства применяются во множестве областей, начиная от больших промышленных ТЭГ, которые обеспечивают электрической энергией предприятия промышленности, до малых ТЭГ, которые используются, например, в элементах Пельтье (это малые нагревательные элементы, которые часто используются в лабораториях или на электронных производствах). Аналогов много, и все соревнуются по КПД», – рассказала Квашенкина.
По ее словам, все дело в уникальной технологии. Рядовому потребителю генератор может быть доступен к концу 2022-го – началу 2023 года. Устройство отличается высоким КПД – для выработки тока, достаточного для зарядки бытовых приборов, хватает нагрева от системы центрального отопления.
«Любая мировая технология требует больших инвестиций в проект.
К сожалению, в нашей стране зачастую невозможно найти такой уровень инвестиций ни от частного бизнеса, ни от государственного сектора. В этом смысле наши ученые-исследователи все технологии выводят малыми средствами, поэтому основным препятствием в масштабировании технологии может стать отсутствие инвестиций. Однако у нас есть уже огромный интерес к этому проекту от иностранных венчурных фондов и заказчиков, поэтому мы уверены в том, что этот проект мы в скорейшее время выведем на мировой уровень», – сказала Квашенкина.
Она добавила, что введение цифровых двойников сильно сокращает время эксперимента. В среднем раньше на разработку материалов требовалось от 10 до 30 лет. Сейчас существует целая научная отрасль «цифровые материалы», которая занимается прогнозированием физических свойств материалов до момента их появления вживую и в каком-то смысле может предсказывать создание новых материалов.
«Мы в этом кластере работаем уже на протяжении трех лет и здесь понимаем, что ускорение разработки цифрового материала (в данном случае это углеродный композит, который используется как рабочий элемент генератора) очень сильно зависело от специалистов по экспертизе в области цифрового моделирования», – заметила Ольга Квашенкина.
Пресс-релиз: NREL создает высокоэффективную солнечную батарею 1-Sun | Новости
18 мая 2022 г. | Связь со СМИ
Солнечная батарея-рекордсмен светится красным под синим свечением. Фото Уэйна Хикса, NREL
Исследователи Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США (NREL) создали солнечный элемент с рекордной эффективностью 39,5% при глобальном освещении в 1 солнце. Это солнечный элемент с самой высокой эффективностью любого типа, измеренный с использованием стандартного 1-солнца. условия.
«Новая ячейка более эффективна и имеет более простую конструкцию, которая может быть полезна для
множество новых приложений, таких как приложения с очень ограниченной площадью или с низким уровнем излучения
космических приложений», — сказал Майлс Штайнер, старший научный сотрудник отдела высокоэффективных технологий NREL.
Подробная информация о разработке изложена в документе «Солнечные элементы с тройным переходом с эффективностью 39,5% наземной и 34,2% космической эффективности». толстыми сверхрешетками с квантовыми ямами», опубликованном в майском номере журнала Джоуль .
Ученые NREL ранее установили рекорд в 2020 году, создав шестипереходный солнечный элемент с эффективностью 39,2% с использованием материалов III-V.
Некоторые из лучших современных солнечных элементов были основаны на инвертированном метаморфическом
многопереходная (IMM) архитектура, изобретенная в NREL. Это недавно улучшенное тройное соединение
Солнечная батарея IMM добавлена в список лучших исследовательских ячеек.
Повышение эффективности последовало за исследованиями солнечных элементов с «квантовой ямой», которые использовать множество очень тонких слоев для изменения свойств солнечных элементов. Ученые разработали солнечный элемент с квантовой ямой с беспрецедентной производительностью и внедрил его в устройство с тремя переходами с разной шириной запрещенной зоны, где каждый переход настроен захватывать и использовать другую часть солнечного спектра.
Вещества III-V, названные так из-за их положения в периодической таблице, охватывают
широкий диапазон энергетических запрещенных зон, что позволяет им нацеливаться на различные части солнечной
спектр.
Верхний переход выполнен из фосфида галлия-индия (GaInP), средний
арсенида галлия (GaAs) с квантовыми ямами и нижней
арсенид галлия-индия (GaInAs). Каждый материал подвергался тщательной оптимизации в течение десятилетий.
исследований.
«Ключевым элементом является то, что хотя GaAs является превосходным материалом и обычно используется в III-V многопереходных ячеек, у него не совсем правильная ширина запрещенной зоны для трехпереходного ячейке, а это означает, что баланс фототоков между тремя ячейками не оптимален». сказал Франс, старший научный сотрудник и дизайнер клеток. «Здесь мы изменили ширину запрещенной зоны сохраняя при этом превосходное качество материала с помощью квантовых ям, что позволяет это устройство и, возможно, другие приложения».
Ученые использовали квантовые ямы в среднем слое, чтобы увеличить ширину запрещенной зоны
Ячейка GaAs и увеличить количество света, которое может поглотить ячейка.
Важно,
они разработали устройства с оптически толстыми квантовыми ямами без значительных потерь напряжения. Они
также научились отжигать верхнюю ячейку GaInP в процессе роста, чтобы
улучшить его производительность и как минимизировать плотность прорастающих дислокаций в несогласованных по решетке
GaInAs, рассмотренные в отдельных публикациях. В целом, эти три материала информируют
новый дизайн ячейки.
Элементы III-V известны своей высокой эффективностью, но производственный процесс
традиционно дорого. До сих пор элементы III-V использовались для питания приложений.
таких как космические спутники, беспилотные летательные аппараты и другие нишевые приложения.
Исследователи из NREL работают над тем, чтобы резко сократить производство
стоимость ячеек III-V и предоставление альтернативных конструкций ячеек, которые сделают эти ячейки
экономичен для различных новых применений.
Новая ячейка III-V также была протестирована на предмет ее эффективности в космических приложениях. особенно для спутников связи, которые питаются от солнечных батарей и для высокая эффективность клеток имеет решающее значение и составила 34,2% для начала жизни. измерение. Существующая конструкция ячейки подходит для сред с низким уровнем радиации, и приложения с более высоким излучением могут быть обеспечены за счет дальнейшего развития ячейки состав.
NREL — основная национальная лаборатория Министерства энергетики США по возобновляемым источникам энергии. исследования и разработки в области энергетики и энергоэффективности. NREL эксплуатируется для энергетики Департамент ООО «Альянс за устойчивую энергетику».
Самые эффективные солнечные панели 2023 года — Обзоры чистой энергии
Обзоры и информация о лучших солнечных панелях, инверторах и батареях от SMA, Fronius, SunPower, SolaX, Q Cells, Trina, Jinko, Selectronic, Tesla Powerwall, ABB.
Плюс гибридные инверторы, размеры аккумуляторов, литий-ионные и свинцово-кислотные аккумуляторы, автономные и сетевые энергосистемы.
Солнечная панель Эффективность — это мера количества солнечного света (излучения), которое падает на поверхность солнечной панели и преобразуется в электричество. Благодаря многочисленным достижениям в области фотоэлектрических технологий за последние годы средний КПД преобразования панелей увеличился с 15 % до более чем 21 %. Этот значительный скачок эффективности привел к тому, что номинальная мощность панели стандартного размера увеличилась с 250 Вт до более чем 400 Вт.
Как подробно объясняется ниже, эффективность солнечной панели определяется двумя основными факторами ; КПД фотогальванических (PV) элементов в зависимости от конструкции элемента и типа кремния, а также общий КПД панели в зависимости от компоновки элемента, конфигурации и размера панели.
C Эффективность ell определяется структурой ячейки и типом используемой подложки, которая обычно представляет собой кремний P- или N-типа. Эффективность ячейки рассчитывается по так называемому коэффициенту заполнения (FF), который представляет собой максимальную эффективность преобразования фотоэлектрической ячейки при оптимальном рабочем напряжении и токе. Обратите внимание, что эффективность ячейки не следует путать с эффективностью панели. Эффективность панели всегда ниже из-за внутренних зазоров ячеек и рамной конструкции, включенной в площадь панели. Подробнее см. ниже.
Панели, построенные с использованием дорогостоящих ячеек IBC, в настоящее время являются наиболее эффективными (21-23%) благодаря подложке из кремния N-типа высокой чистоты и отсутствию потерь от затенения шин. Тем не менее, панели, разработанные с использованием новейших монокристаллических ячеек PERC, N-типа TOPcon и ячеек с усовершенствованным гетеропереходом (HJT), достигли уровней эффективности, значительно превышающих 21%. Сверхвысокоэффективные тандемные перовскитовые элементы все еще находятся в стадии разработки, но ожидается, что они станут коммерчески жизнеспособными в течение следующих нескольких лет. Диаграмма эффективности солнечных элементов , показывающая прогнозируемое повышение эффективности элементов с 2022 по 2025 год. Изображение предоставлено JA Solar. Эффективность панели Эффективность солнечной панели измеряется в стандартных условиях испытаний (STC) при температуре элемента 25 ° C, солнечном излучении 1000 Вт/м2 и массе воздуха 1,5.
Эффективность (%) панели эффективно рассчитывается путем деления максимальной номинальной мощности или Pmax (Вт) в STC на общую площадь панели, измеренную в квадратных метрах.
На общую эффективность панели могут влиять многие факторы, в том числе; температура, уровень освещенности, тип ячейки и взаимосвязь ячеек. Удивительно, но даже цвет защитного листа может повлиять на эффективность. Черный задний лист может выглядеть более эстетично, но он поглощает больше тепла, что приводит к более высокой температуре ячейки, что увеличивает сопротивление, что, в свою очередь, немного снижает общую эффективность преобразования.
Тип, конструкция и конфигурация солнечной батареи влияют на эффективность панели
Панели, построенные с использованием усовершенствованного «встречно-штыревого заднего контакта» или ячеек IBC, являются наиболее эффективными, за ними следуют ячейки с гетеропереходом (HJT), ячейки TOPcon, полуразрезанные и многошинные монокристаллические ячейки PERC, черепичные ячейки и наконец 5 сборная шина) моноэлементы.
60-ячеечные поли- или мультикристаллические панели, как правило, являются наименее эффективными и в равной степени самыми дешевыми панелями.
В последние два года наблюдается всплеск производителей, выпускающих более эффективные солнечные панели на основе высокоэффективных элементов N-типа HJT, TOPcon и IBC. Панели SunPower Maxeon по-прежнему лидируют, но впервые за несколько десятилетий другой производитель, LONGi Solar, достиг уровня эффективности известной серии Maxeon. LONGi Solar является лишь вторым производителем, выпустившим модуль с эффективностью 22,8% на основе уникальной гибридной конструкции ячейки IBC, которая, как ни странно, основана на подложке ячейки P-типа.
Другие ведущие панели включают панели от Canadian Solar, REC и Panasonic с ячейками HJT N-типа. Высокопроизводительные панели от SPIC и Belinus, использующие элементы IBC, также сократили разрыв, а панели нового поколения с полуразрезанными ячейками TOPCon типа N с несколькими шинами (MBB) от Jinko Solar, JA Solar, Jolywood и Qcells помогли увеличить КПД панели выше 22%.
Более эффективные панели, использующие элементы N-типа, выигрывают от более низкой скорости деградации под действием света или LID, которая составляет всего 0,25% потерь мощности в год. При расчете 25-летнего срока службы панели многие из этих высокоэффективных панелей гарантированно будут генерировать 90% или более от первоначальной номинальной емкости, в зависимости от сведений о гарантии производителя.
| # | Сделать | Модель | Мощность | Эффективность |
|---|---|---|---|---|
| 1 | СанПауэр | Максеон 6 | 440 Вт | 22,8 % |
| 2 | Лонги Солнечная | Hi-Mo 6 Ученый | 440 Вт | 22,8 % |
| 3 | Канадская солнечная батарея | CS6R-H-AG | 440 Вт | 22,5 % |
| 4 | РЕК | Альфа Чистый R | 430 Вт | 22,3 % |
| 5 | СПИК | Андромеда 2. 0 | 440 Вт | 22,3 % |
| 6 | Qcells | Q.Tron-G1+ | 400 Вт | 22,3 % |
| 7 | JA Солнечная | Темно-синий 4.0X | 435 Вт | 22,3 % |
| 8 | Панасоник | ЭверВольт H | 410 Вт | 22,2 % |
| 9 | Джинко Солар | Тигр НЕО | 480 Вт | 22,2 % |
| 10 | Джоливуд | Нива Лайт | 400 Вт | 22,0 % |
* Панели бытового размера — от 54 до 66 ячеек (108-HC, 120-HC или 132-HC) и 96/104 форматов ячеек. Не включает коммерческие панели длиной более 2,0 м.
Ниже приведена последняя доступная для скачивания диаграмма Clean Energy Reviews, в которой представлены 20 самых эффективных солнечных панелей на 2023 год. Для сравнения добавлены сведения о технологии фотоэлементов.
* Список самых эффективных солнечных панелей, о которых было объявлено и которые, как ожидается, будут выпущены в больших объемах в течение 2022 г. — только панели размером от 54 до 66 ячеек для жилых помещений — Последнее обновление Январь 2023
Почему эффективность имеет значениеПонятие «эффективность» часто используется, но несколько более эффективная панель не всегда означает панель более высокого качества. Многие люди считают эффективность наиболее важным критерием при выборе солнечной панели, но важнее всего качество изготовления, которое связано с реальными характеристиками, надежностью, обслуживанием производителя и гарантийными условиями. Подробнее о выборе качественных солнечных панелей читайте здесь.
Быстрая окупаемость С точки зрения охраны окружающей среды повышение эффективности обычно означает, что солнечная панель окупает затраченную энергию (энергию, используемую для добычи сырья и производства солнечной панели) за меньшее время.
Согласно подробному анализу жизненного цикла, большинство солнечных панелей на основе кремния уже окупают затраченную энергию в течение двух лет, в зависимости от местоположения. Однако, поскольку эффективность панелей превысила 20%, срок окупаемости во многих местах сократился до менее 1,5 лет. Повышенная эффективность также означает, что солнечная система будет генерировать больше электроэнергии в течение среднего срока службы солнечной панели более 20 лет и быстрее окупать первоначальные затраты, что означает дальнейшее повышение рентабельности инвестиций (ROI).
Эффективность солнечной панели обычно дает хорошее представление о производительности, особенно потому, что многие высокоэффективные панели используют кремниевые элементы N-типа более высокого качества с улучшенным температурным коэффициентом и более низким снижением мощности с течением времени. Некоторые производители, такие как REC, Panasonic и SunPower, даже предлагают гарантии с сохранением выходной мощности на уровне 90 % или выше после 25 лет использования.
Солнечные панели с разной эффективностью — полипанель Trina 250 Вт, монопанели 300 Вт и 310 Вт, полуобрезанные 120 ячеек 315 Вт, мультишина 335 Вт и крайняя справа панель LG Neon R 360 Вт с высокой эффективностью 20,8%.
Площадь против эффективности Эффективность имеет большое значение в размере требуемой площади крыши. Панели с более высоким КПД генерируют больше энергии на квадратный метр и, следовательно, занимают меньшую общую площадь. Это идеально подходит для крыш с ограниченным пространством, а также позволяет устанавливать системы большей мощности на любую крышу. Например, 12-кратно более эффективные солнечные панели мощностью 400 Вт с эффективностью преобразования 21,8% обеспечат примерно на 1200 Вт (1,2 кВт) большую общую солнечную мощность, чем такое же количество панелей аналогичного размера мощностью 300 Вт с более низкой эффективностью 17,5%.
12 панелей по 300 Вт при КПД 17,5% = 3600 Вт
12 панелей по 400 Вт при КПД 21,8% = 4800 Вт
В реальных условиях эффективность работы солнечных панелей зависит от многих внешних факторов. В зависимости от местных условий окружающей среды эти различные факторы могут снизить эффективность панели и общую производительность системы. Основные Факторы, влияющие на эффективность солнечных панелей, перечислены ниже:
Факторы, оказывающие наиболее существенное влияние на эффективность панелей в реальных условиях , включают освещенность, затенение, ориентацию и температуру.
Приведенные выше кривые мощности показывают взаимосвязь между излучением и выходной мощностью панели.
Солнечная радиация
Уровень солнечной радиации , , также называемый солнечной радиацией, измеряется в ваттах на квадратный метр (Вт/м2) и зависит от атмосферных условий, таких как облака и смог, широты и времени года. Среднее солнечное излучение за пределами атмосферы Земли составляет около 1360 Вт/м2, в то время как солнечное излучение на уровне земли, усредненное в течение года, составляет примерно 1000 Вт/м2, поэтому это официальная цифра, используемая в стандартных условиях испытаний (STC). определить КПД и номинальную мощность солнечной панели. Однако солнечное излучение может достигать 1200 Вт/м2 в некоторых местах в середине лета, когда солнце находится прямо над головой. Напротив, солнечное излучение может упасть значительно ниже 500 Вт/м2 в солнечный день зимой или в условиях тумана.
Затенение
Естественно, если панель полностью затенена, выходная мощность будет очень низкой, но частичное затенение также может иметь большое влияние не только на эффективность панели, но и на общую эффективность системы.
Например, небольшое затенение нескольких ячеек на одной панели может снизить выходную мощность на 50% и более, что, в свою очередь, может снизить мощность всей цепочки на аналогичную величину, поскольку большинство панелей соединены последовательно, и затенение одной панели влияет на всю цепочку. . Поэтому очень важно попытаться уменьшить или устранить затенение, если это возможно. К счастью, их дополнительные устройства , известные как оптимизаторы и микроинвертеры, которые могут уменьшить негативное влияние затенения, особенно когда затенено лишь небольшое количество панелей. Использование более коротких цепочек в параллельном соединении также может помочь уменьшить эффект затенения, поскольку затененные панели в одной цепочке не уменьшат выходной ток параллельных незатененных цепочек.
Номинальная мощность солнечной панели, измеренная в ваттах (Вт), рассчитывается при Стандартные условия испытаний (STC) при температуре ячейки 25 ° C и уровне излучения 1000 Вт/м2.
Однако в реальных условиях температура ячейки обычно значительно превышает 25 ° C в зависимости от температуры окружающего воздуха, скорости ветра, времени суток и количества солнечного излучения (Вт/м2). В солнечную погоду внутренняя температура элемента обычно на 20-30°C выше температуры окружающего воздуха, что соответствует примерно 8-15% снижению общей выходной мощности — в зависимости от типа солнечного элемента и его температурного коэффициента. Чтобы обеспечить среднюю реальную оценку производительности солнечных панелей, большинство производителей также указывают номинальную мощность в условиях NOCT или Номинальная рабочая температура ячейки . Производительность NOCT обычно указывается при температуре элемента 45 ° C и более низком уровне солнечного излучения 800 Вт/м2, что пытается приблизиться к средним реальным условиям эксплуатации солнечной панели.
И наоборот, экстремально низкие температуры могут привести к увеличению выработки электроэнергии выше номинала, указанного на паспортной табличке, поскольку напряжение фотоэлемента увеличивается при более низких температурах ниже STC (25°C).
Солнечные панели могут кратковременно превышать номинальную мощность панели (Pmax) в очень холодную погоду. Это часто происходит, когда полный солнечный свет пробивается после периода облачной погоды.
Температурный коэффициент мощности
Температуры ячейки выше или ниже STC уменьшат или увеличат выходную мощность на определенную величину для каждого градуса выше или ниже 25 ° C. Это известно как температурный коэффициент мощности , который измеряется в %/ ° C . Монокристаллические панели имеют средний температурный коэффициент -0,38%/° C, а поликристаллические панели немного выше -0,40%/° C. Монокристаллические элементы IBC имеют гораздо лучший (более низкий) температурный коэффициент около -0,30%/ ° C, в то время как наиболее эффективными элементами при высоких температурах являются элементы HJT (гетеропереход) , которые составляют всего -0,25.
% / ° C.
Сравнение температурных коэффициентов
Температурный коэффициент мощности измеряется в % на ° C — Чем меньше, тем эффективнее
Поликристаллические ячейки — 0,39до 0,43 % / ° C
Монокристаллические клетки — от 0,35 до 0,40 % / ° C
Monocrystalline 888864
MonocryStallin
Монокристаллические элементы HJT — от 0,25 до 0,27 % / ° C
На приведенной ниже диаграмме показана разница в потерях мощности между панелями, использующими различные типы фотоэлементов. Гетеропереход N-типа (HJT) и элементы IBC демонстрируют гораздо более низкие потери мощности при повышенных температурах по сравнению с обычными поли- и монокристаллическими элементами PERC.
Таблица сравнения мощности солнечной панели и температуры для различных типов элементов.
Обратите внимание, что температура элемента (панели) обычно на 20–30 градусов выше температуры окружающего воздуха.
Таблица зависимости мощности от температуры Примечания:
STC = Стандартные условия испытаний — 25 ° C (77 ° F)
NOCT = Номинальная рабочая температура ячейки) Высокая температура ячейки = Типичная температура ячейки в жаркую летнюю погоду — 65 ° C (149 ° F)
(#) Максимальная рабочая температура = Максимальная рабочая температура панели при экстремально высоких температурах, установленных на крыше темного цвета — 85 ° C (185 ° F)
Температура ячейки обычно на 20 ° C выше, чем температура окружающего воздуха, что соответствует снижению выходной мощности на 5-8% при NOCT. Однако температура ячейки может подняться до 85 ° C при установке на крыше темного цвета в очень жаркие 45 ° C, безветренные дни, что обычно считается максимальной рабочей температурой солнечной панели.
Наиболее эффективные солнечные панели на рынке обычно используют монокристаллические кремниевые элементы N-типа (IBC) или другие высокоэффективные варианты N-типа, гетеропереходные (HJT) элементы. Большинство других производителей в настоящее время используют более распространенные моноэлементы PERC P-типа; однако несколько крупных производителей, в том числе JinkoSolar, JA Solar, Longi Solar и Trina Solar, в настоящее время быстро переходят на более эффективные элементы N-типа, используя конструкции элементов HJT или TOPcon.
Efficiency of panels using different cell typesPolycrystalline — 15 to 18%
Monocrystalline — 16.5 to 19%
Polycrystalline PERC — 17 to 19.5%
Монокристаллический PERC — от 17,5 до 20 %
Монокристаллический N-тип — от 19 до 20,5 %
0039
Монокристаллический HJT N-типа — от 20,5 до 22,6 %
Монокристаллический КСГ N-типа — от 20,8 до 22,8 % 23
* Приблизительная сравнительная таблица средней эффективности солнечных фотоэлементов — моно- и поликремниевые типы
Затраты и эффективностьВсе производители производят ряд панелей с различными рейтингами эффективности в зависимости от типа используемого кремния и от того, используют ли они технологии PERC, многошинные шины или другие технологии ячеек.
Очень эффективные панели с ячейками N-типа выше 21%, как правило, намного дороже , поэтому, если стоимость является основным ограничением, он лучше подходит для мест с ограниченным монтажным пространством, в противном случае вы можете заплатить больше за ту же мощность, которую можно было бы получить, используя 1 или 2 дополнительные панели. Тем не менее, высокоэффективные панели, использующие элементы N-типа, почти всегда будут превосходить и служить дольше панелей, использующих элементы P-типа, из-за более низкой скорости деградации, вызванной светом, или LID, поэтому дополнительные затраты обычно оправдывают себя в долгосрочной перспективе.Например, высокоэффективная панель мощностью 400 Вт+ может стоить 350 долларов США и более, в то время как обычная панель мощностью 370 Вт обычно стоит около 185 долларов США. Это соответствует примерно 0,50 доллара за ватт по сравнению с 0,90 доллара за ватт. Хотя в случае с ведущими производителями, такими как Sunpower, Panasonic и REC, более дорогие панели обеспечивают более высокую производительность с более низкой скоростью деградации и, как правило, поставляются с более длительным периодом гарантии производителя или продукта , поэтому часто это разумное вложение.
Размер панели и эффективностьКПД панели рассчитывается путем деления номинальной мощности на общую площадь панели, поэтому наличие панели большего размера не всегда означает более высокую эффективность. Однако более крупные панели с использованием ячеек большего размера увеличивают площадь поверхности ячеек, что повышает общую эффективность.
В большинстве бытовых панелей по-прежнему используются стандартные 6-дюймовые (156 мм) квадратные панели с 60 ячейками, в то время как в коммерческих системах используются панели большего формата с 72 ячейками. Однако, как поясняется ниже, в 2020 году появилась новая отраслевая тенденция к использованию панелей гораздо большего размера, построенных на основе новых ячеек большего размера, которые повысили эффективность панели и увеличили выходную мощность до впечатляющих 600 Вт.
Common Solar panel sizes60 cell panel (120 HC) : Approx width 0.
98m x length 1.65m72 cell panel (144 HC) : Approx width 1.0m x length 2.0m
96/104-ячеечная панель: прибл. ширина 1,05 м x длина 1,60 м
66-секционная панель (132 HC) — прибл. ширина 1,10 м x длина 1,80 м m
HC = полуразрезанные ячейки
Стандартный размер Панель с 60 ячейками (1 м x 1,65 м) с КПД 18–20 % обычно имеет номинальную мощность 300–330 Вт, в то время как панель, использующая ячейки с более высокой эффективностью того же размера, может производить до 370 Вт. Как объяснялось ранее, в наиболее эффективных панелях стандартного размера используются высокопроизводительные ячейки N-типа IBC или ячейки со встречно-штыревыми задними контактами, которые могут достигать эффективности панели до 22,8% и генерировать впечатляющие 39от 0 до 440 Вт.
Популярные модули с половинными или разделенными ячейками имеют удвоенное количество ячеек при примерно одинаковом размере панели.
Новые Элементы большего размера и мощные панели мощностью более 600 Вт Панель с 60 ячейками в формате половинной ячейки удваивается до 120 ячеек, а 72 ячейки в формате половинной ячейки имеют 144 ячейки. Конфигурация ячейки с половинным вырезом немного эффективнее , поскольку напряжение на панели такое же, но ток распределяется между двумя половинами. Из-за более низкого тока панели с половинным вырезом имеют меньшие резистивные потери, что приводит к повышению эффективности и более низкому температурному коэффициенту, что также помогает повысить эффективность работы.Чтобы снизить производственные затраты, повысить эффективность и увеличить мощность, производители солнечных панелей отказались от стандартных 156-миллиметровых (6 дюймов) квадратных ячеек в пользу пластин большего размера. В настоящее время доступно множество различных размеров ячеек, наиболее популярными из которых являются 166 мм, 182 мм и 210 мм. Ячейки большего размера в сочетании с новыми большими форматами панелей позволили производителям разработать чрезвычайно мощные солнечные панели мощностью до 700 Вт .
Ячейки большего размера имеют большую площадь поверхности и в сочетании с новейшими технологиями ячеек, такими как многошинная шина (MBB), TOPcon и мозаичная лента, могут повысить эффективность панели намного выше 22%.Обзор солнечных панелей Longi
За последние пять лет компания LONGi Solar быстро выросла и стала крупнейшей в мире компанией по производству солнечной энергии и производит ряд солнечных панелей для жилых и коммерческих помещений с использованием некоторых из последних инноваций в области фотоэлектрических элементов и новых технологий. .
Обзор солнечных панелей SunPower 2022
SunPower считается ведущим мировым производителем солнечных панелей, и лишь несколько производителей конкурируют на том же уровне производительности и качества.
SunPower также лидирует по эффективности, но действительно ли дополнительные затраты того стоят? Мы изучаем линейку панелей SunPower и смотрим, соответствуют ли они рекламе.Обзор солнечных панелей REC
REC является ведущим новатором в области технологий солнечных элементов и разрабатывает сверхэффективные элементы с гетеропереходом, которые являются основой высокопроизводительных панелей серии Alpha. Эти достижения в области солнечных элементов отличают REC от конкурентов и, как ожидается, станут отраслевым стандартом благодаря повышенной эффективности и надежности.
Q-элементы Обзор солнечных батарей и аккумуляторов
Компания Q Cells, базирующаяся в Южной Корее, является одним из шести ведущих многонациональных производителей солнечных панелей и одним из лидеров отрасли в области солнечных инноваций и технологий. Мы рассматриваем высокопроизводительные панели G9 и G10 последнего поколения, а также все новые аккумуляторные системы хранения Q.Home Core.
Обзор солнечных панелей Hyundai
Hyundai — крупный южнокорейский производитель солнечных панелей, предлагающий ряд высококачественных панелей на основе уникальной технологии с черепичными элементами. Мы рассмотрим новую линейку панелей и объясним, как работают ячейки из гонта, а также преимущества по сравнению с более распространенными панелями из половинчатых ячеек.
Очень эффективные панели с ячейками N-типа выше 21%, как правило, намного дороже , поэтому, если стоимость является основным ограничением, он лучше подходит для мест с ограниченным монтажным пространством, в противном случае вы можете заплатить больше за ту же мощность, которую можно было бы получить, используя 1 или 2 дополнительные панели. Тем не менее, высокоэффективные панели, использующие элементы N-типа, почти всегда будут превосходить и служить дольше панелей, использующих элементы P-типа, из-за более низкой скорости деградации, вызванной светом, или LID, поэтому дополнительные затраты обычно оправдывают себя в долгосрочной перспективе.
98m x length 1.65m
Панель с 60 ячейками в формате половинной ячейки удваивается до 120 ячеек, а 72 ячейки в формате половинной ячейки имеют 144 ячейки. Конфигурация ячейки с половинным вырезом немного эффективнее , поскольку напряжение на панели такое же, но ток распределяется между двумя половинами. Из-за более низкого тока панели с половинным вырезом имеют меньшие резистивные потери, что приводит к повышению эффективности и более низкому температурному коэффициенту, что также помогает повысить эффективность работы.
Ячейки большего размера имеют большую площадь поверхности и в сочетании с новейшими технологиями ячеек, такими как многошинная шина (MBB), TOPcon и мозаичная лента, могут повысить эффективность панели намного выше 22%.
SunPower также лидирует по эффективности, но действительно ли дополнительные затраты того стоят? Мы изучаем линейку панелей SunPower и смотрим, соответствуют ли они рекламе.