Разберём цепочку целиком: как свет превращается в постоянный ток, что с ним делает инвертор и почему паспортная мощность модуля — это условие лабораторного замера, а не то, что вы увидите на счётчике.
Солнечная батарея состоит из фотоэлементов — пластин кремния с двумя слоями, у которых разные электрические свойства. На границе этих слоёв возникает внутреннее электрическое поле.
Когда в кремний попадает частица света, она выбивает из атома электрон. Внутреннее поле разводит освободившийся электрон и оставшуюся «дырку» в разные стороны — так на контактах элемента появляется разность потенциалов. Замкните цепь, и потечёт ток.
Один элемент даёт около половины вольта. Чтобы получить рабочее напряжение, элементы соединяют последовательно: в современном модуле их сотня с лишним, отсюда и напряжение в десятки вольт.
Отсюда, кстати, и слово «батарея»: это набор соединённых элементов, как батарея отопления, а не накопитель энергии. Хранить энергию панель не умеет — она вырабатывает её только пока светло.
| Звено | Что делает | Ток |
|---|---|---|
| Солнечный модуль | Превращает свет в электричество | Постоянный |
| Трекер MPPT | Удерживает точку максимальной мощности | Постоянный |
| Инвертор | Преобразует в 230 В переменного тока | Переменный |
| Накопитель | Хранит излишки на ночь и на случай отключения | Постоянный |
| Нагрузка дома | Потребляет | Переменный |
Ключевая роль здесь у трекера точки максимальной мощности. Панель отдаёт максимум только при определённом соотношении напряжения и тока, и эта точка постоянно смещается — от освещённости, от температуры, от облака, набежавшего на солнце. Трекер несколько раз в секунду подстраивает нагрузку так, чтобы держаться в оптимуме. В гибридных инверторах он встроен, отдельный контроллер нужен только в самодельных системах.
Самое частое разочарование, и оно объясняется одной строкой из даташита.
Паспортная мощность измеряется в стандартных условиях испытаний:
В жизни такое сочетание почти не встречается. Освещённость 1000 Вт/м² бывает в ясный полдень, но при этом модуль на крыше нагревается до 60–70 °C — а с ростом температуры мощность падает. Насколько именно, говорит температурный коэффициент в даташите: обычно около −0,3 % на градус.
Простая арифметика: нагрев на 40 градусов выше стандартных 25 — это минус примерно двенадцать процентов от паспортной мощности. Плюс потери в кабеле, в инверторе, загрязнение поверхности. Поэтому в расчётах используют коэффициент производительности системы около 0,75–0,8 — и он уже заложен в нормальные калькуляторы, включая наш.
Это не обман производителя: стандартные условия нужны, чтобы модули разных марок можно было сравнивать между собой. Просто это условие сравнения, а не обещание выработки.
Пасмурно. Панель реагирует на рассеянный свет, а не только на прямые лучи. В облачный день выработка не обнуляется, но падает — от десятков процентов при лёгкой облачности до единиц при плотной.
Зима. Вопреки распространённому мнению, холод панели полезен: чем ниже температура элемента, тем выше напряжение и мощность. Зимнее падение выработки вызвано другим — коротким днём, низким солнцем над горизонтом и снегом на поверхности. В средней полосе России декабрь и январь дают в разы меньше июня именно поэтому.
Побочный эффект холода, о котором стоит знать при монтаже: на морозе напряжение цепочки растёт, и цепочка, укладывающаяся в предел инвертора летом, зимой может за него выйти.
Ночь. Ноль. Панель — не накопитель, и энергия ночью берётся из аккумулятора или из сети.
Модули в цепочке соединены последовательно. Ток через них течёт общий, и ограничивает его самый слабый в цепи — как в шланге, пережатом в одном месте.
Затенённый модуль становится этим узким местом. Частично проблему снимают обходные диоды, встроенные в распределительную коробку модуля: они позволяют току обойти затенённый участок, отключив его из работы. Но выработка этого участка при этом всё равно теряется.
Практические выводы:
Именно поэтому в характеристиках инвертора важно число независимых трекеров, а не только их наличие.
| Слой | Назначение |
|---|---|
| Закалённое стекло | Защита от града, снега и ветра |
| Плёнка-герметик | Изоляция элементов от влаги |
| Фотоэлементы с шинами | Собственно преобразование света |
| Задний слой или второе стекло | Защита с тыла; у двухсторонних модулей стекло |
| Алюминиевая рама | Жёсткость и точки крепления |
| Распределительная коробка | Контакты и обходные диоды |
Двухсторонний модуль собирает свет и с тыльной стороны — тот, что отражается от поверхности под ним. Прибавка есть только там, где основание светлое и есть зазор: над снегом, светлым бетоном, на наземной конструкции. На скатной кровле вплотную к покрытию такой модуль работает как обычный.
Как посчитать, сколько модулей нужно именно вам, — сколько солнечных панелей нужно для дома. По каким параметрам их выбирать — какие солнечные панели выбрать. Из чего состоит станция целиком — солнечная электростанция для дома.
Работают, но заметно слабее. Панель реагирует на рассеянный свет, а не только на прямые лучи, поэтому в облачный день выработка не падает до нуля — она составляет проценты или десятки процентов от ясного дня в зависимости от плотности облачности. Полная темнота даёт ноль.
Формально да, практически нет. Освещённость от лампы на несколько порядков ниже солнечной, и ток получается ничтожным. Лунный свет тем более: это отражённый солнечный, ослабленный в сотни тысяч раз.
Потому что паспортная мощность измерена в стандартных условиях: освещённость 1000 Вт на квадратный метр, температура элемента 25 градусов, определённый спектр. В реальности такое сочетание бывает редко — на солнце модуль нагревается до 60–70 градусов, а с ростом температуры мощность падает.
Сама панель на холоде работает даже эффективнее: чем ниже температура элемента, тем выше напряжение. Проблема не в холоде, а в коротком дне, низком солнце над горизонтом и снеге на поверхности. Поэтому зимняя выработка в средней полосе падает относительно летней в разы.
Модули в цепочке соединены последовательно, и ток через них течёт общий — его ограничивает самый слабый. Затенённый модуль работает как узкое место. Частично это компенсируют встроенные обходные диоды, но полностью проблему они не снимают: затенённые участки либо не используют, либо выводят на отдельный трекер инвертора.
Постоянный. Чтобы получить привычные 230 В переменного тока, нужен инвертор — без него панель бытовые приборы питать не может.
Механически десятилетия, а практический срок задаёт гарантия на выработку: производители нормируют остаточную мощность через 25 или 30 лет на уровне 85–90 % от исходной. Панель не перестаёт работать, она постепенно отдаёт меньше.
В условиях средней полосы обычно достаточно дождя. Мыть имеет смысл, если на поверхности осела пыль от дороги, пыльца или следы птиц, и если массив стоит под малым углом, где грязь не смывается сама.
Остались вопросы по вашей схеме? Напишите в Telegram или на sales@deyepower.ru — посмотрим конкретный случай. Консультация бесплатная и ни к чему не обязывает.
Пришлите площадь дома, список нагрузок и примерное потребление в месяц — вернёмся со схемой, спецификацией и ценой. Обычно в течение рабочего дня.