Останнім часом в політичних і економічних кругах всього світу відбуваються кардинальні зміни у відношенні до джерел поновлюваної енергії. Незважаючи на період глобального економічного спаду, на ринку сонячних

енергетичних установок в найближчі декілька років очікується щорічне зростання в розмірі від 30% до 40% (див. мал. 1).

Це зростання торкнеться як великих центральних електростанцій мегаватів, так і зовсім маленькі, розташовані на дахах житлових будинків. Ефективність сонячних елементів і силової електроніки постійно росте. Одночасно на новий якісний рівень піднімаються топологія і конструкція нових приладів.
Ринок устаткування для сонячних енергетичних установок, як чекають, ростиме
Мал. 1. Ринок устаткування для сонячних установок, як чекають, ростиме.

Переважаючою до теперішнього часу технологічною основою сонячного елементу залишається P - N перехід в монокристалічному кремнії (см. рис. 2). Це найбільш доступний матеріал, що має хороше співвідношення ціна/якість в найширшому діапазоні застосувань. Для систем великої потужності можуть застосовуватися багатоперехідні сонячні осередки. Їх ККД досягає 25%, але і ціна набагато вища. У дешевших системах використовують полікристалічні або плівкові осередки. Вони програють в ефективності, але привабливі низькою ціною.

Переважаюча технологічна основа сонячного елементу - P - N перехід в монокристалічному кремнії
Мал. 2. Переважаюча технологічна основа сонячного елементу - P - N перехід в монокристалічному кремнії.

Типова сонячна енергетична установка

Типова сонячна установка містить два силові каскади (см. рис. 3). Вхідний конвертер приймає вихідну напругу сонячної панелі і піднімає його до рівня, достатнього для подачі на вихідний інвертор.

Вхідним пристроєм цієї системи є масив сонячних елементів, які можуть бути оформлені у вигляді панелі, лінійки панелей або комбінації паралельно-послідовних включених панелей. Кожна панель зазвичай генерує напругу в діапазоні 50.60 В.Відповідним обєднанням панелей, отримують напругу, необхідну для нормальної роботи конвертерів.

Типова сонячна енергетична установка містить два силові каскади
Мал. 3. Типова сонячна енергетична установка містить два силові каскади.

Система також оснащується механізмом стеження за, так званою, точкою максимальної потужності (Maximum Power Point - MPPT). Для будь-якого сонячного елементу або набору сонячних елементів існує оптимальна вихідна напруга, при якій потужність, що віддається, максимальна. Знизьте напругу - і струм не зростає достатньою мірою, щоб компенсувати втрату потужності. І навпаки, при збільшенні напруги, струм падає занадто швидко. Зазвичай, застосовується обчислювальна система, яка перемножуєвиміряні значення напруги і струму для визначення точки максимальної потужності, і управляє вихідною напругою, оптимізуючи його значення.

В послідовній лінійці елементів вихідний струм визначається найнижчим струмом в ланцюжку. Якщо міняється освітленість, або будь-який з елементів буде частково затінений, усі інші елементи будуть обмежені по струму і не зможуть віддавати максимальну потужність. Є багато способів, залежних від конструкції системи, компенсувати ці втрати. У великих центральних електростанціях сонячні панелі зазвичай розташовуються на відкритому просторі, де тінь відсутня, і часто навіть відстежують положення сонця, щоб підтримувати максимальну вихідну потужність.

В невеликих системах, проте, панелі можуть бути розташовані під різними кутами до світла, що падає, можуть бути частково затінені, або просто мати різну ефективність. У таких випадках бажано розділити ланцюжок елементів на групи з тим, щоб кожна працювала в точці максимальної потужності (MPP). Тоді уся вихідна напруга може бути підсумовувана. Контроллер може фактично ввести струм в слабкіші групи, щоб збалансувати і оптимізувати вихідний струм усієї системи в цілому.