Что такое солнечные батареи статьи

Виды солнечных батарей, их особенности, эффективность и установка

В недавнем прошлом мы не могли и подумать о бесплатном электричестве из солнечной энергии. Солнечные батареи казались чем-то из мира фантастики. Ещё лет 20─30 назад они применялись только в космической отрасли. Но технологии стремительно развиваются и всё больше людей используют альтернативные источники энергии. Оборудование для этого постепенно дешевеет и становится более удобным для эксплуатации. Сегодня уже без проблем можно купить автономную солнечную электростанцию для обеспечения потребностей в электроэнергии частного дома. Солнечная энергия неисчерпаема и мы её получаем совершенно бесплатно. Кризисные явления последних лет только сильнее стимулируют людей к экономии. Появилось немало предприятий, которые занимаются выпуском солнечных батарей как за границей, так и в России. Гелиосистемы особенно популярны в частном секторе. Ведь свой дом гораздо легче модифицировать под альтернативные источники энергии, чем многоквартирный дом.

Устройство и принцип работы солнечных батарей

Солнечные батареи улавливают солнечный свет и генерируют электрический ток. Принцип их действия основан на фотоэлектрическом эффекте. Электрический ток генерируется благодаря эмиссии электронов при нагревании полупроводника фотоэлемента. Подробнее о принципе работы солнечной батареи читайте в статье по ссылке. Основа фотоэлектрического элемента – это кремний. КПД фотоэлектрических элементов в теории доходит до 30 процентов при выдаваемой мощности 300 ватт. Но в реальных условиях эксплуатации таких результатов добиться не получается. КПД обычно находится на уровне 12─15%.

Существуют следующие типы:

• Тонкопленочные;
• Монокристаллические;
• Поликристаллические.

Тонкопленочные батареи представляют собой гибкие, складывающиеся панели или даже плёнку. Их плюс заключается в небольших габаритах, мобильности, доступной цене и т. п. Но эффективность их работы оставляет желать лучшего. КПД таких гибких солнечных панелей редко поднимается выше 6%. Они в основном используются в power bank, а также мобильных гаджетах для их подзарядки вдали от электрических сетей.

Монокристаллические фотоэлементы изготавливаются на основе монокристаллов кремния. По внешнему виду такие элементы можно отличить по равномерному синему цвету. Этот тип панелей специалисты рекомендуют устанавливать в регионах, где часто бывает область. Они способны эффективно улавливать рассеянный солнечный свет.

Подробнее о КПД солнечных батарей читайте в статье по указанной ссылке.

Здесь ещё следует упомянуть такой момент. Солнечные батареи не эксплуатируются сами по себе. Они работают в составе автономных гелиосистем. В них входят следующие элементы:

• Солнечные батареи. Они используются по одной или объединяются в цепи. Количество батарей зависит от того, какие электрические параметры нужно получить на выходе;
• Контроллер. Это устройство на базе электронной микросхемы управляет распределением тока в сети и зарядом накопительных аккумуляторов. Читайте подробнее про контроллер заряда солнечной батареи;
• Инвертор. Преобразует постоянный ток от фотоэлементов (12─48 вольт) в переменный (220 вольт, 50 Гц) как тот, что подаётся в бытовых электросетях. От него обеспечивается питание бытовых приборов. Подробнее можно узнать в статье про инвертор для солнечных батарей;
• Аккумулятор. Может быть один или несколько. В солнечный день батареи работают на полную мощность, а ночью простаивают. Поэтому для накопления электроэнергии используются аккумуляторы. Они накапливают заряд днём и отдают его ночью. Для более подробной информации читайте материал про аккумуляторы для солнечных батарей;
• Провода, крепёж и т. п.

Расчёт солнечных батарей и их эффективность

Перед приобретением гелиосистемы нужно провести простые расчёты для того, чтобы понять какой мощности требуется установка. Обычно солнечные батареи выполняются из фотоэлементов, число которых кратно 36. Чтобы понять, сколько вам потребуется панелей, нужно подсчитать расход электричества в вашем доме. Для этого, соберите квитанции за электричество в течение года и просуммируйте киловатты, потраченные за это время. Далее делите на 12 и получаете средний расход за месяц. Полученный результат ещё умножается на 16. Этот коэффициент был получен на основе реальной эксплуатации гелиосистем в российском климате.

Эффективность солнечных батарей

Если говорить об экономической выгоде и оправданности использования солнечных батарей, то в западном мире больше заботятся о состоянии окружающей среды. Но нашего человека можно заинтересовать только экономической выгодой. А здесь ситуация неоднозначная.

С учётом сегодняшней стоимости электричества и российского климата солнечные батареи для энергоснабжения частного дома окупаются примерно за 5 лет. Это приблизительные цифры, поскольку в южных регионах они могут окупиться быстрее, а на севере медленнее. Срок службы полупроводниковых фотоэлементов в батарее около 25 лет. То есть, за пять вы возвращаете стоимость оборудования, а потом получаете бесплатную электроэнергию.

Но здесь нужно помнить, что аккумуляторы в солнечной системе придётся менять регулярно (примерно раз в 5 лет). А если их несколько, то это влетит в копеечку.

Установка солнечных батарей

Для установки солнечных батарей используются различные места: крыша, фасад, свободное место на участке. В идеале фотоэлементы должны быть направлены к солнечным лучам под углом 90 градусов. Так достигается наибольший КПД. Для панелей даже существуют специальные держатели, которые с помощью датчика отслеживают положение солнца, и автоматически корректирую положение. Но в большинстве случаев солнечные панели просто крепятся на южную сторону под углом, равным широте вашего региона.

Расположение солнечных батарей

• Крыша. Это решение выглядит очевидным, но не всегда это самый оптимальный вариант. К тому же, скат крыши, где крепятся солнечные панели должен выходить на юг. Не забывайте, что в процесс эксплуатации поверхность батарей нужно чистить от грязи, пыли, снега. А на крыше это делать труднее всего;
• Фасад, стены. Здесь такое же правило, что и с крышей. Стена должна выходить на юг. Тогда на ней можно размещать солнечные батареи. Перед установкой внимательно проверьте, не падает ли на эту стену тень от других построек, деревьев и т. д. Если тень есть даже непродолжительное время, устанавливать батареи там не стоит. А также не подвешивайте их на западной и восточной стенах. В этом случае на фотоэлементы будут попадать косые лучи практически всё дневное время;
• Установка на свободном месте участка. Это наиболее свободный вариант в плане выбора места и эффективности. Но это требует дополнительного места, на которое не падает тень в течение дня. При таком расположении панели часто закрепляют на шарнирах, чтобы они могли менять расположение вслед за солнцем.

Плюсы и минусы

• Экологичность. Солнечные батареи не наносят ущерба окружающей среде. Здесь нет никаких продуктов сгорания, как на ТЭС;
• Автономность. Можно обеспечить энергоснабжением дома, которые находятся далеко от энергосетей;
• Длительный срок эксплуатации фотоэлементов;
• Солнечная энергия бесплатна. Это значит, что после окупаемости гелиосистемы, вы будете получать электричество бесплатно.

• Небольшая эффективность в северных регионах, а также там, где частые осадки и постоянная облачность;
• Уход при эксплуатации. Поверхность солнечных батарей нуждается в периодической чистке. Нужно убирать грязь, снег, пыль. Это может представлять серьёзную проблему при размещении панелей на крыше;
• Высокая стоимость гелиосистем. Помимо батарей, туда входит немало дорогостоящего оборудования;
• Невысокий КПД;
• Большой срок окупаемости.

Источник

Все о солнечных батареях

Планета Земля и вся зародившаяся на ней жизнь прошла не малый путь эволюции. Солнце обеспечивало энергией все живое и неживое, на протяжении всего периода существования планеты. В 21 столетии мы научились неплохо взаимодействовать с солнечным светом и использовать его в качестве альтернативной энергетики. Для этого инженерами были разработаны и внедрены в эксплуатацию солнечные батареи.

Принцип работы

Конструкция множества солнечных батарей сделана по принципу, что они в физическом смысле являются фотоэлектрическими преобразователями. Электрогенерирующий эффект проявляется в месте «p–n» перехода.

Чтобы сконцентрировать в себе солнечную энергию, полупроводники выполнены в форме панелей. По этой причине эти конструкции получили одноимённое название в независимости от их формы (гибкие или статичные) — солнечные панели.

По какому принципу работают солнечные панели и системы на их основе? Панель включает в себя 2 кремневые пластины с различимыми друг от друга свойствами. Процесс вырабатывания электроэнергии происходит так:

1. Воздействие солнечных лучей на первую приводит к недостаче электронов.
2. При воздействии на вторую пластину, та получает избыток электронов.
3. К пластинам подведены полосы из меди, проводящие ток.
4. Полосы подключаются к преобразователям напряжения с встроенными АКБ.

Основа — это кремниевые пластины. Но чтобы данную конструкцию использовать в качестве источника бесперебойного питания (а не только во время солнцестояния), к ней подключаются не дешевые аккумуляторы (с их помощью подключенные к сети объекты расходуют энергию ночью).

В промышленности конструкция для поглощения энергии Солнца сделана из многочисленных ламинированных фотоэлектрических ячеек, связанных друг с другом и поставленных на гибкой или жесткой подставке.

Коэффициент полезного действия конструкции вычисляется исходя из применения разных факторов. Основными являются — чистота задействованного кремния и размещение кристаллов.

Процесс очищения кремния довольно сложен, да и расположить кристаллы в единой направленности не легко. Сложность процессов, отвечающих за повышение КПД конвертируются в высокую цену за подобное оборудование.

Солнечные панели — перспективное направление в энергетике, поэтому в исследования новых проектов в этой сфере инвестируется многомиллиардные вложения. Каждый квартал коэффициент фотоэлектрического преобразования повышается, благодаря манипуляциям с проводниками и элементами конструкции. При этом, за основу может браться не только кремний.

Типы фотоэлектрических преобразователей

В промышленности существует классификация солнечных батарей по типу устройства и применяемого фотоэлектрического слоя.

По устройству делятся на:

• панели из гибких элементов, они же гибкие;
• панели из жестких элементов.

При развертывании панелей чаще всего используются гибкие тонкоплёночные. Они укладываются на поверхность, игнорируя некоторые неровные элементы, что делает данный тип устройства — более универсальным.

По типу фотоэлектрического слоя для последующего преобразования энергии панели делятся на:

1. Кремниевые (монокристалл, поликристалл, аморфные).
2. Теллурий–кадмиевые.
3. Полимерные.
4. Органические.
5. Арсенида–галлиевые.
6. Селенид индия– меди– галлиевые.

Хотя разновидностей множество, львиную долю в потребительском обороте имеют кремниевые и теллурий–кадмиевые солнечные панели. Эти два типа выбирают из–за соотношения кпд/цена.

Характеристики кремниевых солнечных батарей

Кварцевый порошок — это сырьевой материал для кремния. Данного материала на Урале и Сибири очень много, поэтому именно кремниевые солнечные панели есть и будут в большем обиходе, чем остальные подтипы.

Монокристалл

Монокристаллические пластины (mono–Si) содержат в себе синевато–темный цвет, равномерно размещенный на всей пластине. Для таких пластин применяется максимально очищенный кремний. Чем он чище, тем солнечные батареи имеют КПД выше и самую наибольшую стоимость на рынке таких устройств.

1. Наивысший КПД — 17–25%.
2. Компактность — задействование сравнительно с поликристаллом меньшей площади для развертывания оснащения в условиях тождества мощности.
3. Износостойкость — бесперебойная работа выработки электроэнергии без замены основных комплектующих обеспечивается за четверть века.

1. Чувствительность к пыли и грязи — осевшая пыль не дает батареям работать со светом от светила и соответственно уменьшает КПД.
2. Высокая цена равна увеличенному сроку окупаемости.

Так как mono–Si нуждаются в ясной погоде и лучах Солнца, панели устанавливаются на открытых местах и поднятые на высоту. Насчет местности, то предпочтение отдается местности, в которой ясная погода обыденность, а количество солнечных дней приближено к максимальному.

Поликристалл

Поликристаллические пластины (multi–Si) наделены неравномерным синим окрасом из–за разнонаправленности кристаллов. Кремний не настолько чист, как в используемых mono–Si, поэтому КПД несколько ниже, вместе со стоимостью таких солнечных батарей.

Положительные факты поликристалла:

1. Коэффициент полезного действия 12–18%.
2. При неблагоприятной погоде КПД лучше, чем у Mono–Si.
3. Цена данного агрегата меньше, а сроки окупаемости намного ниже.
4. Ориентация на солнце не принципиальна, поэтому можно размещать их на крышах различных строений.
5. Длительность эксплуатации — эффективность поглощения энергии и аккумулирования электричества падает до 20% спустя 20 лет непрерывной эксплуатации.

1. КПД уменьшен до 12–18%.
2. Требовательность к месту. Для развертывания нормальной станции выработки электроэнергии нужно больше места, чем при задействовании батареи из монокристалла.

Аморфный кремний

Технология производства панелей существенно отличается от предыдущих двух. В приготовлении задействованы горячие пары, опускающиеся на подложку без образования кристаллов. При этом используется меньше производственного материала и это учитывается при формировании цены.

1. Коэффициент полезного действия — 8–9% во втором поколении и до 12% в третьем.
2. Высокий коэффициент полезного действия при не совсем солнечной погоде.
3. Возможность использования на гибких модулях.
4. Эффективность батарей не падает вниз при повышении температуры, что позволяет монтировать их на всякие поверхности с нестандартной формой.

Основным недостатком можно считать меньший КПД (если сравнивать с иными аналогами), в связи с чем требуется большая площадь для получения сопоставимой отдачи от оборудования.

Обзор модулей, не использующих кремний

Солнечные панели, изготавливаемые из более дорогих аналогов, достигают коэффициента в 30%, они могут быть в несколько раз дороже аналогичных систем на основе кремния. Некоторые из них всё же имеют более низкий КПД, при этом обладая возможностью работать в агрессивной среде. Для изготовления таких панелей применяется чаще всего теллурид кадмия. Применяются и другие элементы, но реже.

Перечислим основные преимущества:

1. Высокий КПД, от 25 до 35%, с возможностью достигнуть, в относительно идеальных условиях даже 40%.
2. Фотоэлементы стабильны даже при температурах до 150 °C.
3. Концентрация света от светила на маленькой панели позволяет обеспечить водяной теплообменник энергией, в результате чего образовывается пар, который вращает турбину и генерирует электричество.

Как и говорили ранее — минусом является высокая цена, но в некоторых случаях они являются лучшим решением. Например, в экваториальных странах, где поверхность модулей может нагреться до 80 °C.

Полимерные и органические батареи

Модули, созданные на основе полимерных и органических материалов, получили своё распространение в последние 10 лет, они создаются в виде плёночных конструкций, толщина которых редко превышает 1 мм. Их КПД близок к 15%, а стоимость в несколько раз ниже кристаллических аналогов.

1. Низкая стоимость производства.
2. Гибкий (рулонный) формат.

Недостатком панелей из этих материалов является снижение эффективности на длительной дистанции. Но этот вопрос ещё исследуется и производство постоянно модернизируется, чтобы исключить минусы, которые могут проявиться в существующем поколении такого вида батарей через 5–10 лет.

Как сделать правильный выбор?

Для владельцев домов, расположенных на Европейском континенте выбор довольно прост — это поликристалл либо монокристалл из кремния. При этом, при ограниченных площадях стоит сделать выбор в пользу монокристаллических панелей, а при отсутствии таких ограничений — в пользу поликристаллических батарей. При выборе производителя, технических параметров оборудования и дополнительных систем стоит обратиться к компаниям, которые занимаются как продажей, так и установкой комплектов. Учитывайте, что вне зависимости от производителя — качество систем у «топовых» производителей вряд ли будет отличаться, поэтому не дайте себя обмануть, изучая ценовую политику.

Если решили заказать установку «солнечной фермы» под ключ, учтите, что сами панели в пакете таких услуг займут всего 1/3 общей стоимости, а окупаемость вплотную приблизится к отметке «10 лет»:

1. Бюджетным, но эффективным выбором станут панели от компании Amerisolar, поликристаллическая модель носит название AS–6P30 280W, имеет размер 1640х992 мм и выдаёт, соответственно — 280 Вт мощности. КПД модуля составляет 17.4%. Из минусов — гарантия всего 2 года. Но стоимость ∼7 тыс. рублей.
2. Аналогичным по мощности будет модуль RS 280 POLY от китайской Runda, стоимость ещё ниже — около 6 тыс. рублей.
3. Если место ограничено, стоит обратить внимание на продукт компании LEAPTON SOLAR — LP72–375M PERC, КПД составляет 19.1%, и при размерах 1960х992 мм получаем на выходе 375 Вт энергии. Стоимость такой батареи будет в районе 10 тыс. рублей.
4. Ещё одним эффективным вариантом с меньшими габаритами, 1686х1016 мм будет новинка от LG — NeOn 340 W. «Не он» может похвастаться КПД в 19.8%, но не может похвастаться стоимостью, она будет более чем в половину выше предыдущего образца — примерно 16 тысяч рублей.
5. Для тех, кто хочет обратить своё внимание на премиальный сегмент, тайваньская компания BenQ выпустила на рынок монокристальный модуль SunForte PM096B00 333W, выдающий на выходе 333 Вт мощности, имеющий номинальный КПД в 20.4% при размерах 1559х1046 мм. Этот модуль получил впечатляющую стоимость в почти 35 тысяч рублей.

Почему так важна эффективность?

Большое значение эффективность приобретает при расчёте площади, которую вы можете использовать под систему солнечных батарей. При сопоставимых размерах описанных модулей от Amerisolar AS–6P30 280W (1.63 квадратных метра) и NeOn 340 W от LG (1.71 квадратных метра), разница в мощности на один квадратный метр на выходе будет составлять 15.6%. С одной стороны, это может показаться не очень эффективным, учитывая разницу в цене более чем в два раза, но в случае с ограниченным пространством или более агрессивной внешней средой, возможно, сдвинет ваш выбор в пользу этого известного производителя.

Увеличенный коэффициент полезного действия подчеркивает не только эффективность технологии изготовления, но и качественные материалы, используемые при изготовлении. Это сможет сказаться на сроках работы устройств, на устойчивость панелей к так называемой деградации. Не стоит забывать также и про гарантийные обязательства производителя. Имея представительства и гарантийные сервисы почти во всех уголках мира — LG сможет похвастаться более лояльным подходом к клиентам и выполнением своих обязательств.

Заключение

Если рассматриваете установку солнечной станции в качестве инвестиций, выбор моделей с меньшим КПД будет более оправданным. Если целью является использование системы в домашнем хозяйстве, по принципу «установил и забыл», мы порекомендуем обратить внимание на панели от более именитых производителей, это позволит получить большую отдачу от станции в долгосрочной (более 5 лет) перспективе.

Видео по теме

Источник