Солнечные панели. Замена.

 Солнечная энергетика развивается и что-то доходит и до массового потребителя, хотя каких либо прорывов пока не видно, ну если не брать в расчет литиевые батареи, хотя и они имеют свои нюансы и минусы. Сегодня про замену гибких солнечных панелей на новые жесткие.

Базовые параметры солнечных панелей

Несколько параметров, которые в общем характеризуют любую солнечную панель:

- тип ячеек, монокристалл или поликристалл, первый более эффективный и несколько более дорогой.

- материал подложки и покрытие ячеек сверху, т.е. гибкие на пластике с пленочным покрытием или жесткие в раме с покрытием стеклом (различные типы стекол)

- КПД панели, она может быть в пределах от 15 до примерно 23%, зависит от типа ячейки, производителя и цены соответственно, понятно что это рекламные и тестовые данные, но как ориентир можно использовать при выборе панели.

- напряжение и ток, для 12В системы панели имеют напряжение около 17-21В и ток около 5А для 100ВТ панели.

- температурный коэффициент и деградация панели, т.е. насколько панель теряет мощность от температуры и с течением времени. Монокристаллические ячейки имеют более лучшие характеристики, чем поликристаллические.

- срок годности и гарантии, реально это никогда не выполняется, но для понимания вопроса можно учитывать. Срок службы хорошей панели заявляется в 25 лет, но надо помнить, что любая панель теряет мощность с течением времени, до 20% и больше.

Монтаж панелей

Несколько моментов, которые надо учитывать при монтаже системы:

- все панели должны быть близкими по напряжению при параллельном подключении

- отводящие провода нужного диаметра, особенно при подключении нескольких панелей в группу, штатные провода с выводов панели обычно ставят с запасом, но при больших группах панелей, диаметр отводящих проводов надо проверить.

- минимальная длина проводов, проводка до контроллера должна быть максимально короткой.

- соединение панелей в группу или подключение проводов, даже стандартные штеккеры МС4 не являются лучшим вариантом соединения, идеально конечно это пропайка проводов и размещение в водонепроницаемой кабельной коробке. Как минимум, можно пропаять штатные соединители МС4 и покрыть сверху защитной смазкой, это в некоторой мере защитит контакты от окисления. Различные варианты скруток, винтовых зажимов и изолента, могут считать только как временное решение, так как потери в соединениях будут увеличиваться с течением времени, вплоть до потери передачи тока вообще.

- размещение регулятора в проветриваемом месте и ближе к батареям для сокращения длины проводов до батарей, диаметр проводов тоже должен соответствовать максимальному току контроллера.

- при соединении сервисных батарей, емкость и тип батарей должны быть одинаковыми или близкими по типу и емкости. Если есть несколько источников зарядки батарей, то плюсовые провода лучше располагать на разных клеммах  крайних батарей.

- понятно что любые затенения ведут к потере мощности всей панели или группы панелей. Идеальным вариантом является подключение своего контроллера к каждой панели, это стоит денег и больше потери в системе, но это компенсируется полноценной работой каждой освещенной панели. Расположение а наклонном положении хорошо при стоянке в фиксированном положении относительно солнца в полдень. Расположение "сектором"  на изогнутой кормовой арке может иметь некоторые преимущества на ходу с небольшим креном, но работать будет только часть панелей. Лучшим вариантом может считаться любой вид поворотных или наклоняемых панелей, правда это требует дополнительной работы по настройки под направление солнца, но даже панели небольшой мощности могут дать больше энергии, чем фиксированные большей площади. Есть еще вариант расположение откидных панелей, причем в вертикальном положении (вдоль борта) они начинают работать уже при восходе солнца, таким образом увеличивается время активной работы панелей.

Основные неисправности солнечных панелей

- потеря мощности с течением времени (старение), процент потери зависит от качества панели и условий эксплуатации. Гибкие пленочные панели стареют значительно быстрее жестких.

- потеря мощности от перегрева, при неправильной установке, что в первую очередь относится к гибким панелям, которые устанавливают на бимини или на палубу, без соответствующих прокладок для вентиляции.

- замутнение пленок гибких панелей и повреждение стекла жестких панелей

- повреждение токопроводящий контактов и потеря герметичности пленки панели

- окисление контактов и соединителей МС4 от влажной среды, потеря токопроводности и увеличение сопротивления проводов, выгорание диодов в кабельной коробке панели.

Теперь кратко про нюансы современных батарей. Современная технология изготовления батарей называется Passivated Emitter and Rear Contact (PERC) - пассивный излучатель и задний контакт, которые имеют отличие от традиционных панелей -  monocrystalline and polycrystalline silicon solar panels - монокристаллические и поликристаллические кремневые солнечные панели. PERC панели имеют многослойную конструкцию, вторичное отражение от поверхностей и общий контакт ячеек на тыльной части панели. Есть еще дополнительное название таких панелей - SHINGLED (черепица). Контакты сделаны в виде наложения ячеек одна на другую, на задней стороне панели, а не сверху проводниками, как на обычных панелях. За счет этого не только улучшается площадь проводников, но и увеличивается полезная площадь ячеек на одной панели.

Преимущества PERC Shingled панелей

- эффективность больше обычных примерно на 1-2 %, в среднем около 20%

- меньше нагрев и лучше работа при высоких температурах

- работает в широком диапазоне  света

- больше мощность на единицу площади

- могут комбинироваться с другими видами панелей, в том числе новыми IBC и Bifacial

- затенение одной полосы ячеек не вызывает потерю мощности всей панели

Недостатки панелей PERC Shingled

 - более сложная технология производства и выше цена, чем обычных панелей

-  возможна более быстрая потеря мощности, чем расчетные 20% за 25 лет

В практическом плане, использование гибких панелей имеет смысл только для специфических задач: временная установка на бимини или на  гоночные яхты из-за небольшого веса панелей. В длительном плане использования гибких панелей менее эффективно, чем современных жестких панелей.

На яхте Harmony в 2019 году была установлена новая арка с гибкими панелями 5х100вт, установка была на перфорированный алюминиевый лист, для обеспечения подложки с вентиляцией. В 2020 году одна панель пришла в негодность и была заменена по гарантии на новую. В 2021 году еще одна панель пришла в негодность (потеряла герметичность и мощность более чем на 50%) и была заменена на обычную жесткую панель. в 2022 году оставшиеся первые три гибкие панели начали быстро деградировать и терять мощность более чем на 50-60%, все четыре гибкие панели были заменены на новые жесткие панели по технологии PERC Shingled, таким образом была восстановлена первоначальная мощность в 500вт.

Причиной быстрой деградации гибких панелей, кроме естественного старения и замутнения пленки, была установка на подложку из листа, хотя и с вентиляционными отверстиями. Панель перегревалась и как следствие началось повреждение пленочного покрытия. Сейчас жесткие панели в раме и имеют хорошую вентиляцию на кормовой арке.

Это основные моменты, которые надо учитывать при проектировании своей установки солнечных панелей.

Счастливого плавания !