Батарея для солнечной батареи: обзор, виды, характеристики. Что влияет на КПД и эффективность работы солнечных батарей? Стоимость комплекта и основные технические характеристики, срок окупаемости

Как дополнительный и альтернативный источник энергии, солнечные батареи достаточно активно применяются не только в промышленных, но и бытовых условиях. Но прежде чем установить себе такой источник электроэнергии, покупателю важно узнать, как подобрать оптимальные по характеристикам и мощности солнечные батареи для дома, ведь цена готовых комплектов варьируется в достаточно большом диапазоне. Попробуем разобраться как подбирают солнечные батареи для дома, стоимость комплекта, и что в него входит.

Применение солнечных батарей в условиях средней полосы – здесь тоже возможно использование бесплатной энергии Источник 2gis.ru

Где чаще всего используются солнечные батареи

Сфера применения солнечных батарей огромна. Уже сейчас их с успехом используют для электроснабжения частных и многоквартирных домов, хозяйств, в том числе для освещения и обогрева теплиц, построек, освещения придомовой территории, питания приборов.

Чаще всего про автономное электроснабжение задумываются в следующих случаях:

Если местность не электрифицирована, солнечные панели для частного дома обойдутся намного дешевле, чем использование жидкотопливных генераторов.
В сельской местности нередко отключают электричество, и люди буквально остаются без света. Включив автономное электроснабжение, можно жить в привычном комфорте длительное время, тем более, что в комплекте с солнечными панелями всегда идет аккумулятор.
В многоквартирных домах солнечные модули также применяются в качестве резервных, а также существуют проекты, предусматривающие использование солнечной энергии для горячего водоснабжения.

Срок службы солнечных батарей

Как правило, в документах на оборудование, указывается срок годности от 20 до 25 или даже 30 лет. Однако многие устройства продолжают функционировать и по прошествии указанного производителями периода. Например, первая в мире солнечная батарея работает уже свыше 60 лет, а за эти годы технология производства была существенно усовершенствована.

Прототип солнечной батареи был разработан еще в конце XIX века Источник studygu.ru

Явно можно выделить только один недостаток – при постоянной эксплуатации мощность оборудования снижается, тем не менее эти показатели незначительны: за 10 лет не больше чем на 10%.

Предупреждать физические повреждения, такие как падение деревьев, срыв ветром и царапин на чувствительных элементах. От последних зависит эффективность работы устройства.
Регулярно производить уход: обслуживание и очистку.
При необходимости установить ветрозаградительные конструкции.

Солнечные панели для частного дома (готовые комплекты) в систему включают следующие составляющие: аккумуляторные батареи и силовая электроника. Срок службы первых устройств составляет от 2 до 15 лет, вторых – от 5 до 20 лет, в зависимости от характеристик, интенсивности эксплуатации и бережного ухода.

Общие характеристики и доступность приобретения

Оборудование не наносит вреда окружающей среде и обеспечивает стабильное питание без скачков напряжения. И, главное, поставляет бесплатную энергию: за которую не приходят коммунальные счета.

Внешний вид солнечных панелей мало изменился, после их изобретения, чего не скажешь о внутренней «начинке» Источник ecoteco.ru

Солнечная модуль преобразовывает свет в электрическую энергию, генерируя постоянный ток. Площадь панелей может достигать нескольких метров. Когда необходимо увеличить мощность системы, увеличивают количество модулей. Их эффективность зависит от интенсивности солнечного света и угла падения лучей: от местоположения, сезона, климатических условий и времени суток. Чтобы грамотно учитывать все эти нюансы, монтаж должны выполнять профессионалы.

Виды модулей:

Монокристаллические. Состоят из силиконовых ячеек, преобразующих солнечную энергию. Отличаются компактными размерами. По своей производительности это самая эффективная (эффективность до 22 %) солнечная батарея для дома. Комплект (цена его одна из дорогостоящих) обойдется от 100 тыс. рублей.
Поликристаллические. В них используется поликристаллический кремний. Они не так эффективны (эффективность до 18%), как монокристаллические фотоэлементы. Зато их стоимость существенно ниже, поэтому они доступны широким слоям населения.
Аморфные. Имеют тонкопленочные фотоэлементы на основе кремния. Уступают моно и поликристаллам по выработке энергии, но и стоят дешевле. Их преимуществом является способность функционировать при рассеянном и даже слабом освещении.

Поликристаллическая солнечная панель Источник superfb.site

В систему входят также следующие компоненты:

Инвертор, который преобразует постоянный ток в переменный.
Аккумуляторная батарея. Она не только накапливает энергию, но и нивелирует перепады напряжения, когда меняется уровень освещенности.
Контроллер зарядного напряжения аккумулятора, режима зарядки, температуры и других параметров.

В магазинах можно приобрести как отдельные компоненты, так и целые системы. При этом мощность устройств определяется исходя из конкретных потребностей.

Функционирование, виды преобразователей и их сравнительная энергоэффективность

Преобразователи или инверторы являются ключевыми компонентами солнечных батарей. Они трансформируют постоянный ток, вырабатываемый модулем в переменный напряжением 220 В, который необходим для работы электрических приборов. Инверторы имеют мощность от 250 до 8000 Вт. При покупке рекомендуют учитывать самую высокую нагрузку на сеть и соотносить напряжение и мощность. Оптимальными считаются параметры: 12 вольт и 600 ватт, 24 Вольт при 600-1500 Ватт, 48 Вольт, если мощность больше 1500 Ватт.

Инвертор, на принципиальной схеме работы солнечных батарей Источник studygu.ru

Разновидности преобразователей

Автономный. Перед тем как выбрать инвертор, надо определить, какие приборы будут от него питаться, и подсчитать их общую максимальную мощность в единицу времени. Рекомендуется взять мощность инвертора несколько больше. Некоторые бытовые электроприборы при включении создают резкое увеличение напряжения, из-за которого устройство может выйти из строя.
Синхронный. Они накапливают энергию, а излишки передают в электрическую сеть. В случае недостатка электричества, выработанного системой, преобразователь «позаимствует» его из общей сети. Применение модели синхронного типа позволит избежать перебоя в энергоснабжении.
Многофункциональные устройства объединили в себе преимущества первого и второго вида.

Видео описание

На видео показано, как выбрать инвертор для частного дома:

На общую стоимость солнечных батарей для частного дома влияют и преобразователи. В зависимости от формы сигнала напряжения на выходе существует несколько видов их видов, которые различаются применением и стоимостью:

С синусоидальным сигналом. Создают ток высокого качества, что сказывается на их стоимости. От них работают крупные бытовые приборы: холодильники, котлы, кондиционеры.
Прямоугольным. К этим недорогим инверторам подключают осветительные приборы. Большинство домашних бытовых приборов с ними несовместимы.
Псевдосинусоидальным. Их преимуществом является возможность подключения практически всей домашней техники. Но качество сигнала снижено по сравнению с первым видом, поэтому они стоят дешевле.

Ребристая форма инвертору нужна для максимально эффективного охлаждения Источник superfb.site

Стоимость комплекта и основные технические характеристики, срок окупаемости

Цены на готовые комплекты в основном варьируются от 30 000 до 2 000 000 руб. Они зависят от составляющих их устройств (от вида батарей, количества приборов, производителя и характеристик). Можно встретить бюджетные варианты стоимостью от 10 500 руб. В эконом-набор входит панель, контроллер заряда, коннектор.

В стандартные комплекты включают:

энергетический модуль;
контроллер заряда;
аккумулятор;
инвертор;
стеллаж *;
кабель *;
клеммы*.

* Предусмотрены в расширенной комплектации.

Стандартный комплект оборудования Источник proumnyjdom.ru

Технические характеристики указывают в руководстве к применению:

Мощность и размеры панелей. Чем больше нужна мощность, тем выгоднее покупать батареи больших размеров.
Энергоэффективность системы.
Температурный коэффициент показывает насколько температура влияет на мощность, напряжение и ток.

По подсчетам специалистов, одна солнечная система, рассчитанная на 4 человека, окупается через 4 года. К тому же стоимость за последние 2 десятилетия сильно упала.

Принцип работы солнечной электростанции в домашних условиях

Солнечная электростанция – это система состоящая из панелей, инвертора, аккумулятора и контроллера. Солнечная панель трансформирует лучистую энергию в электричество (как было сказано выше). Постоянный ток попадает в контроллер, который распределяет ток по потребителям (например, компьютер или освещение). Инвертор преобразовывает постоянный ток в переменный и обеспечивает работу большинства электрических бытовых приборов. В аккумуляторе накапливается энергия, которая можно расходовать в темное время суток.

Видео описание

На видео пример расчетов, показывающий, сколько панелей нужно для обеспечения автономного энергоснабжения:

Как солнечная энергия используется для получения тепла

Гелиосистемы применяются для нагревания воды и отопления жилища. Они могут давать тепло (по желанию владельца) даже тогда, когда отопительный сезон закончится, и обеспечивать дом горячей водой бесплатно. Простейшее устройство представляет собой металлические панели, которые устанавливают на крыше дома. Они аккумулируют энергию и согревают воду, которая циркулирует по скрытым под ними трубам. Функционирование всех гелиосистем основано на этом принципе, несмотря на то, что конструктивно они могут отличаться друг от друга.

Солнечные коллекторы состоят из:

бака-аккумулятора;
насосной станции;
контроллера;
трубопроводы;
фиттингов.

По типу конструкции различают плоские и вакуумные коллекторы. У первых дно покрыто теплоизоляционным материалом, а жидкость циркулирует по стеклянным трубам. Вакуумные коллекторы отличаются большой эффективностью, потому что теплопотери в них сведены к минимуму. Этот тип коллектора обеспечивает не только отопление солнечными батареями частного дома – его удобно использовать для систем горячего водоснабжения и подогрева бассейнов.

Принцип действия солнечного коллектора Источник 21ek.ru

Этапы монтажа батарей

Для установки панелей выбирается самое освещенное место – чаще всего это крыши и стены зданий. Чтобы устройство функционировало максимально эффективно, панели монтируются под определенным углом к горизонту. Учитывается также уровень затемненности территории: окружающие предметы, которые могут создавать тень (постройки, деревья и т. п.)
Устанавливаются панели при помощи специальных крепежных систем.
Затем модули соединяются с аккумулятором, контроллером и инвертором, и производится наладка всей системы.

Для эффективного функционирования оборудования и продолжительного срока службы необходимым условием является правильно выполненный монтаж, который под силу только опытным специалистам.

Несмотря на сложность подключения и калибровки, срок работ невелик – при наличии соответствующих инструментов, грамотные монтажники затратят на все про все примерно полдня.

Для монтажа системы всегда разрабатывается персональный проект, который учитывает все особенности ситуации: как будет выполняться установка солнечных батарей на крыше дома, цена и сроки. В зависимости от вида и объема работ, все проекты рассчитываются в индивидуальном порядке. Клиент принимает работу и получает на нее гарантию.

Установка солнечных батарей должна производиться профессионалами и с соблюдением мер безопасности Источник pinterest.ca

Как итог – перспективы развития солнечных технологий

Если на Земле максимально эффективной работе солнечных батарей мешает воздух, который в известной пере рассеивает излучение Солнца, то в космосе такой проблемы не существует. Учеными ведется разработка проектов гигантских орбитальных спутников с солнечными батареями, которые будут работать 24 часа в сутки. От них энергия будет передаваться на наземные приемные устройства. Но это дело будущего, а для уже существующих батарей усилия направлены на повышение энергоэффективности и уменьшение размеров устройств.

У желающих приобрести солнечную батарею одним из первых возникает вопрос о сроке ее эксплуатации.

Попробуем разобраться.

Главной составляющей солнечной батареи является фотоэлектрический элемент. Такие элементы уже более пятидесяти лет используются в фототехнике. К примеру, если взять старый фотоаппарат, то даже если он неисправен, можно убедиться в том, что фотоэлемент в рабочем состоянии. Более того, фотоэлементы солнечных батарей герметично ламинируются на закаленном стекле, что повышает их прочность и долговечность, поскольку доступ влаги к кремниевым пластинам затруднен. Следовательно, при любой погоде солнечная батарея не потеряет свой работоспособности.

На сегодняшний день солнечные батареи прошли и проходят множество испытаний. И на основании практики применения можно с уверенностью сказать, что солнечная батарея может прослужить более двадцати лет. Станции, вырабатывающие солнечную энергию в США и Европе после 25-летней работы снизили свою модульную мощность всего на десять процентов. Исходя из этого можно сделать вывод о возможности функционирования солнечной батареи до 30-ти лет и более.

Конкретизация:
— как правило работает до 20 лет и более;
— модули из аморфного кремния первого поколения тонкопленочных технологий — от 7 лет и более, второго поколения — до 20 лет.
Следует отметить, что сегодняшний рынок фотоэлектрических модулей состоит из кристаллических кремниевых модулей.

Срок службы компонентов солнечной батареи

Если говорить от сроке службы других составляющих системы, то для аккумуляторной батареи установлен срок службы 2 — 15 лет, а для силовой электроники 5 — 12 лет.

Большая часть производителей гарантирует бесперебойную работу своих модулей от 10 до 25 лет. Снижение мощности модулей гарантируется не более чем на десять процентов. В случае механических повреждений гарантия от 1 до 5 лет.

В связи с длительным периодом эксплуатации более уверенно заявлять о сроке службы кристаллических модулей. Производители устанавливают для них срок службы 30 лет. Непосредственно для солнечных элементов, которые используются в солнечных модулях установлен неограниченный срок службы. Однако после длительной эксплуатации (десятки лет) падает выработка модулей. Это происходит в результате:

постепенного разрушения герметизационной пленки модуля;
разрушения задней поверхности модуля и постепенного замутнения прослойки, которая расположена между солнечными элементами и стеклом.

Указанные разрушения происходят постепенно и в результате многолетней эксплуатации.

Измерения модулей, реально работающих с 80-х годов, показывают на то, что их производительность уменьшилась на 10% и не более. Немалое количество данных модулей продолжают функционировать в соответствии с установленными параметрами (деградация отсутствует). Исходя из этого можно с уверенностью сказать о сроке службы модулей до 20 лет и более и вероятнее всего они будут обеспечивать хороший результат работы и после 30-ти лет работы.

Как и всегда с подобными вопросами, ответ на то, как долго работают солнечные батареи, может быть немного сложным, так как это зависит от множества факторов, которые мы рассмотрим далее. Но если коротко - действительно долго!

Средний уровень деградации солнечных панелей составляет 0,8% в год (к 25 годам до 80%).

В целом, гарантии большинства производителей говорят о том, что срок службы панелей закончивается, когда их выроботка уменьшается до 80% от первоначальной производительности. Однако это не означает, что батарея перестает работать - некоторые новые технологии, работающие на 50%, могут все же превзойти более старые установки с производительностью 80% от изначального.

Средние показатели деградации

Согласно исследованию фотовольтаической деградации , опубликованному Национальной лабораторией возобновляемой энергии (NREL), средний уровень деградации солнечных батарей составляет 0,8% в год (к 25 годам до 80%), при этом медиана падает до 0,5%, а 78% из всех рассмотренных установок, показывали степень ухудшения менее 1%. Тем не менее, это средние значения, и есть ряд факторов, которые могут изменить эту цифру, например, технология.

Срок службы солнечной панели зависит от типа панели

С новыми технологиями, которые долгое время не используются - селенид меди-галлия-индия (CIGS) и теллурид кадмия (CdTe), трудно сделать определенные выводы. Существуют примеры, которые демонстрируют дикую разницу в скорости их деградации, причем некоторые показывают отсутствие деградации вообще (или в одном случае заметное улучшение!), а другие демонстрируют снижение выработки на 10% всего за пять с половиной лет. Тем не менее, солнечные батареи на кремниевых элементах живут намного дольше и в настоящее время являются самым ходовым продуктом на рынке. Именно поэтому мы гораздо лучше понимаем, что на них влияет.

Что вызывает деградацию?

Климат - безусловно, самый сильный фактор в сроке службы солнечных батарей на основе кремния. Высокие температуры, быстрые температурные циклы и высокая относительная влажность оказывают влияние, хотя точный эффект изменяется в зависимости от используемой технологии.

1. Высокие температуры

Постоянные высокие температуры могут вызвать проблемы с химическими компонентами, и несмотря на препдоложение многих: горячее - на значит лучше! При каждом увеличении на 10 ° C (18 ° F) скорость разложения химических компонентов удваивается.

2. Быстрые изменения температуры

Температурный цикл или повторяющиеся быстрые изменения температуры физически воздействуют на материалы, из которых состоит панель. Обычно это наблюдается в таких местах, как пустыни, где дни очень горячие, а ночи очень холодные. Поскольку части панели расширяются и сжимаются при изменении температуры, они изнашиваются, усугубляя любые производственные дефекты и портя уплотнения. В некоторых случаях изменения в размерах могут быть достаточно серьезными, чтобы пропустить влагу через уплотнения, даже если сами уплотнения все еще хороши. Многое зависит от дизайна и качества панели.

3. Высокая относительная влажность

Относительная влажность является мерой того, сколько влаги в воздухе. Теплые регионы с большим количеством осадков, вероятно, будут более влажными, как и области вблизи больших водоемов. Влага может вызывать проблемы по разным причинам: от коррозии железных компонентов и проводки до образования конденсата и запотевания внутри панели, что напрямую влияет на ее эффективность. Солнечные панели защищены от влаги, но ни одно уплотнение не является идеальным, и со временем они могут выйти из строя - особенно при резком перепаде температур.

Влияние климата

Мы можем получить хорошее представление о том, как различные климатические условия влияют на солнечные батареи, посмотрев недавнее исследование , опубликованное в журнале «Энергетическая политика». В работе сравнивается степень деградации различных типов кремниевых панелей в четырех разных климатических зонах США:

Влажный субтропический;
Влажный континентальный;
Пустыня;
Морской.

Они обнаружили, что панели из кристаллического кремния, будь то моно- или поли-, ведут себя идентично друг другу во всех климатических условиях. Тем не менее, есть существенная разница при сравнении их с панелями из аморфного кремния. Даже если вы рассматриваете возможность инвестирования в другую технологию, это хорошая иллюстрация того, как много может сделать окружающая среда с вашими солнечными батареями.

1. Влажный субтропический климат (Атланта, Джорджия)

Кристаллические кремниевые панели в регионе вокруг Атланты показывают среднюю скорость разложения около 0,7% в год, по сравнению с 1,33% для аморфных панелей. Это дает теоретический срок службы 28 лет для кристаллических панелей, но только 15 лет для аморфных панелей.

2. Влажный континентальный климат (Бостон, Массачусетс)

В регионах с таким климатом, как Бостон, кристаллические панели разлагаются в среднем на 0,89% в год или примерно 22 года. Как видите, это уже большое изменение по сравнению с уровнем в Атланте.

Здесь нет доступных цифр для аморфных панелей. Вероятно, это связано с тем, что они предназначены для жаркого климата и не являются лучшим выбором в регионе вокруг Бостона.

3. Пустынный климат (Феникс, Аризона)

В области вокруг Финикса кристаллические панели страдают от разложения около 1,08% в год (немногим более 18 лет), а показатель для аморфных панелей достигает 1,34% в год (чуть менее 15 лет). Вы можете увидеть эффект от устойчивых высоких температур здесь, наряду с резким изменением температуры между ночью и днем.

4. Морской Климат (Портленд, Орегон)

Морской климат Портленда дает кристаллическим панелям средний уровень деградации 0,56% в год и срок службы почти 36 лет. Для сравнения, аморфные панели показывают среднюю ставку 1,59% в год - всего 12-13 лет. Это резкое различие, вероятно, связано с тем, насколько хорошо различные технологии справляются с влагой и солевой коррозией.

Другие факторы

Помимо вопросов температуры и влажности, вы должны учитывать такие факторы, как сезонный сильный ветер или сильный снегопад при выборе панелей. В целом, однако, это может быть учтено при проектировании и монтаже всей системы, а не только панелей.

Заключение

Принимая решение об инвестировании в солнечную энергию, нужно учитывать многое, и хотя вы можете основывать свое решение на гарантии производителя, это еще не все. Ваша среда чрезвычайно важна для производительности вашей панели, помимо таких факторов, как количество солнечного света, которое вы получаете. Выбрав правильную панель для вашего региона, ваши инвестиции будут служить вам гораздо лучше в долгосрочной перспективе.

Срок службы солнечных батарей

Солнечные батареи были испытаны в полевых условиях на многих установках. Практика показала, что срок службы солнечных батарей превышает 20 лет. Фотоэлектрические станции, работающие в Европе и США около 25 лет, показали снижение мощности модулей примерно на 10%. Таким образом, можно говорить о реальном сроке службы солнечных монокристаллических модулей 30 и более лет. Поликристаллические модули обычно работают 20 и более лет. Модули из аморфного кремния (тонкопленочные, или гибкие) имеют срок службы от 7 (первое поколение тонкопленочных технологий) до 20 (второе поколение тонкопленочных технологий) лет. Более того, тонкопленочные модули обычно теряют от 10 до 40% мощности в первые 2 года эксплуатации. Поэтому, около 90% рынка фотоэлектрических модулей в настоящее время составляют кристаллические кремниевые модули.

Другие компоненты системы имеют различные сроки службы: аккумуляторные батареи имеют срок службы от 2 до 15 лет, а силовая электроника – от 5 до 20 лет.

Многие производители дают гарантию на свои модули на период от 10 до 25 лет. При этом они гарантируют, что мощность модулей снизится не более, чем на 10%. Гарантия на механические повреждения дается обычно на срок от 1 до 5 лет.

Наиболее богатым опытом эксплуатации обладают кристаллические модули. Их начали устанавливать еще 50-х годах прошлого века, а массовое использование началось в конце 1970-х. Поэтому именно о долговечности таких модулей уже можно делать какие-то выводы.

Расчетный срок службы кристаллических модулей обычно 30 лет. Производители делают ускоренные тесты по эксплуатации модуля для того, чтобы оценить его реальный срок службы. Сами солнечные элементы, используемые в солнечных модулях, имеют практически неограниченный срок службы и показывают отсутствие деградации по прошествии десятков лет эксплуатации. Однако, выработка модулей со временем падает. Это результат 2 основных факторов – постепенное разрушение пленки, используемой для герметизации модуля (обычно используется этиленвинилацетатная пленка – ethylene vinyl acetate; EVA) и разрушение задней поверхности модуля (обычно поливинилфосфатная пленка), а также постепенное замутнение прослойки из EVA пленки, расположенной между стеклом и солнечными элементами.

Герметик модуля защищает солнечные элементы и внутренние электрические соединения от воздействия влаги. Так как практически невозможно полностью защитить элементы от влаги, модули на самом деле «дышат», но это крайне трудно заметить. Влага, попавшая внутрь, выводится наружу днем, когда температура модуля возрастает. Солнечный свет постепенно разрушает герметизирующие элементы за счет ультрафиолетового излучения, и они становятся менее эластичными и более податливыми на механические воздействия. Со временем, это приводит к ухудшению защиты модуля от влаги. Влага, попавшая внутрь модуля, ведет к коррозии электрических соединений, увеличению сопротивления в месте коррозии, перегреву и разрушению контакта или к уменьшению выходного напряжения модуля.

Второй фактор, уменьшающий выработку модуля – это постепенное уменьшение прозрачности пленки между стеклом и элементами. Это уменьшение не заметно невооруженным глазом, но ведет к снижению мощности модуля за счет того, что меньше света попадает на солнечные элементы.

Максимальное ухудшение обычно гарантируется производителями на уровне не более 20% за 25 лет. Однако измерения, проведенные на реально работающих с 1980 годов модулей показывают, что их выработка уменьшилась не более, чем на 10%. Очень многие из этих модулей и до сих пор работают с заявленными при производстве параметрами (т.е. нет деградации). Поэтому можно смело говорить, что модули будут работать не менее 20 лет, и с высокой вероятностью обеспечат высокие показатели и через 30 лет с момента начала работы.

В сети набрел на диссертацию Зезина Дениса Анатольевича от 2014 года на тему

ДЕГРАДАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ТОНКОПЛЁНОЧНЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ

Вашему вниманию представлена последняя глава, где оценена продолжительность жизненного цикла солнечной электростанции и некоторые выводы.

[...]Далее было проведено моделирование простой солнечной станции. При создании макета станции требовалось получить заданную мощность (от 1 до100МВт) при использовании типового модуля (60 монокристаллических пластин, спаянных в виде двух лент по 30 элементов), мощностью 150 Вт (15 В, 10 А). При этом максимальное напряжение по постоянному току не должно превышать 1кВ (использовались требования правил эксплуатации энергоустановок в Евросоюзе).

Для того чтобы удовлетворить этим требованиям, солнечные модули соединялись последовательно до получения максимально возможного напряжения, недостающая мощность вырабатывалась аналогичными цепочками модулей, соединёнными параллельно, за счёт вырабатываемого тока.

Безотказная работа модулей определяется надёжностью самих солнечные ячеек, а также паяных соединений, обеспечивающих электрический контакт между ячейками. При соединении модулей в цепочки необходимо использовать штекеры, поскольку внешние выводы, в отличие от паяных соединений, находятся в непосредственном контакте с окружающей средой. Кроме того, каждая такая цепочка снабжается инвертором, который необходим для преобразования постоянного тока в переменный. По этим причинам безотказная работа солнечной электростанции также зависит от надёжности штекеров и инверторов.

При расчётах надёжности предполагалось, что все необходимые электротехнические соединения и оборудование (паяные соединения, штекеры и инверторы) подчиняются экспоненциальному закону распределения. То есть, их отказы рассматривались только как внезапные, интенсивность которых не меняется со временем.

Средние время наработки на отказ для каждого элемента модели были выбраны близкими к реальным : паяное соединение - 105 [ч] (~10 лет), штекер и инвертор – 5*104 [ч] (~5 лет).

На рисунках представлены результаты моделирования. На этих графиках можно заметить, что благодаря большому количеству включённых параллельно цепочек модулей, вероятность безотказной работы солнечной электростанции, близкая к 100%, имеет место на более длительном промежутке времени. Затем наблюдается стремительное снижение вероятности безотказной работы, пропорциональное количеству элементов. Подобное поведение системы напоминает интегральные схемы с резервированием.

Вероятность безотказной работы стандартного модуля и солнечных электростанций

Вероятность безотказной работы солнечных электростанций разной мощности

Одна из особенностей солнечных электростанций – требование большого количества свободной площади. При этом возможности транспорта ограничивают размер одного фотоэлектрического модуля. Как следствие для постройки электростанции мощностью, например, в 100 МВт из стандартных модулей мощностью, скажем, 100 Вт необходимо сформировать миллион соединений. Кроме того, каждый солнечный модуль также состоит из 20-60 солнечных элементов, которые тоже необходимо соединить. Потребность современных солнечных электростанций в большом количестве соединений напоминает аналогичную потребность электроники при переходе от навесного монтажа к интегральным технологиям.

В качестве мер для повышения надёжности можно предложить использование «умных модулей» - устройств, которые по своему прямому назначению выполняют ту же функцию, что и солнечные модули, однако они снабжены дополнительной электроникой, которая обеспечивает закорачивание вышедших из строя элементов. Подобная система необходима, поскольку один вышедший из строя элемент отключает всю цепочку модулей. Безусловно, на крупных электростанциях большое количество параллельных соединений позволяет отсрочить момент выхода электростанции, но потери мощности будут накапливаться. Подобные системы сейчас только разрабатываются в разрезе обеспечения работы батареи в условиях частичного затенения (например ), поскольку плохо освещённая оказывается фактически не работающей. Подобные разработки могут оказаться полезными и для обеспечения надёжности солнечных батарей.