Эффективность работы солнечных панелей 1 января

Вариант 6

Проверочная работа включает в себя 17 заданий. На выполнение работы по географии отводится 1 час 30 минут (90 минут).

Эффективность работы солнечных панелей, используемых для энергоснабжения жилых домов, во многом зависит от продолжительности светового дня. Запишите названия перечисленных городов в порядке уменьшения продолжительности светового дня 1 января, начиная с города с наибольшей продолжительностью светового дня.

Одним из крупных железорудных месторождений является Качканарское. В его границах добыча ведется открытым способом. Какую географическую карту необходимо выбрать, чтобы найти информацию о названиях субъектов Федерации, в пределах которых расположено Качканарское месторождение?

Производство целлюлозы энергоемко, поэтому ЦБК ориентированы на крупные реки и дешевую энергию ГЭС. Определите, в каких трех из перечисленных регионов России выгодно размещать крупные ЦБК? Запишите цифры, под которыми указаны эти регионы.

1) Республика Карелия

2) Сахалинская область

3) Калининградская область

4) Пермский край

5) Иркутская область

6) Оренбургская область

Карта прогноза погоды на 1 мая

С антициклонами весной обычно связана ясная солнечная погода. Назовите один (любой) город, из числа показанных на карте, погоду в котором 1 мая будет определять антициклон.

Запишите названия городов России в порядке увеличения численности населения в них.

Потенциал российских регионов для развития туризма огромен. Каждый из них имеет рекреационные ресурсы, способные привлечь тысячи туристов из России и зарубежных стран. Определите субъект Российской Федерации по описанию его рекреационного потенциала:

Один из популярнейших объектов туризма — водопад Кивач; его вода падает каскадами с небольших уступов высотой в 11 метров. На побережье Белого моря и Онежского озера сохранились наскальные изображения периода неолита и бронзового века. К выдающимся памятникам русского деревянного зодчества относятся Успенская церковь в Кондопоге (XVIII в.) и комплекс деревянных сооружений Кижского погоста на острове Кижи в Онежском озере. Основу курортных ресурсов региона составляют минеральные воды и лечебные грязи. Железистые источники, обнаруженные близ Петрозаводска в XVIII веке, послужили базой для создания первого в России курорта — Марциальные Воды.

В каких из перечисленных городов России местное время отличается от московского на пять часов? Запишите цифры, под которыми указаны эти регионы.

Прочитайте приведенный ниже текст, в котором пропущен ряд слов (словосочетаний). Выберите из предлагаемого списка слова (словосочетания), которые необходимо вставить на места пропусков, обозначенных буквами. Обратите внимание на то, что слов (словосочетаний) в списке больше, чем Вам потребуется для заполнения пропусков. Каждое слово (словосочетание) может быть использовано только один раз. Запишите в текст номера выбранных слов (словосочетаний).

В этой стране на португальском языке говорит в 20 раз больше людей, чем в самой Португалии. Название страны почти совпадает с названием столицы — городом _________(А). Это государство — самое большое по площади на материке.

Страна относится к ключевым развивающимся. Входит в группу государств, составляющих_________(Б). Члены этой группы стран характеризуются как крупные и наиболее быстро развивающиеся. Выгодное положение этим странам обеспечивает наличие в них как мощной и развивающейся экономики, так и большого количества важных для мировой экономики ресурсов.

Большую часть электроэнергии страна вырабатывает на __________(В). Крупнейшая из них — «Итайпу», построенная и эксплуатируемая совместно с соседним государством.

Список слов (словосочетаний):

На уроке учащиеся анализировали приведенные в таблице данные о развитии сельского хозяйства в двух странах. Был сделан вывод, что доля объема сельскохозяйственного экспорта в общем объеме экспорта в стране 1 выше, чем в стране 2. Правильный ли вывод сделали учащиеся? Ответ обоснуйте.

Социально-экономические показатели развития стран

Ольга включила телевизор, когда в выпуске новостей передавалось сообщение о лесном пожаре. В семи регионах страны введен режим чрезвычайного положения из-за лесных пожаров. Огонь полностью уничтожил городок Санта-Ольга. Еще 4000 человек остались без крыши над головой. Есть человеческие жертвы.

Помимо лесных бедствий, на вулкане Сабанкая сегодня произошли взрывы и выбросы пепла на высоту до 5 км и до 7 тонн диоксида серы в сутки, распространившиеся на расстояние 40 км от кратера.

Территория страны входит в Тихоокеанское огненное кольцо, и страна привычна к стихийным бедствиям. Землетрясения, извержения вулканов здесь не редки. Службы быстрого реагирования и местные жители обычно знают, что делать в таких ситуациях. Однако, по мнению ученых, нынешнее бедствие по интенсивности и охвату превысило прошлогодние пожары в десятки раз.

Помощь в страну отправили Мексика, Португалия, Перу, Россия, Аргентина, Франция, Испания. Обстановку ухудшает сильный ветер и жара.

Ольга не слышала начала сообщения и не поняла, на территории какой страны произошел лесной пожар. Определите, о какой стране говорится в сообщении информационного агентства.

Каждая страна имеет соседей. С одними из них устанавливаются дружеские отношения, с другими — не очень. Установите соответствие между страной и ее соседом: к каждому элементу первого столбца подберите соответствующий элемент из второго столбца.

Объемы добычи нефти влияют на величину валютных поступлений в страну. Назовите три страны, являющиеся лидерами по объемам добычи нефти.

За последние 10 лет показатель обеспеченности лесом на душу населения в Китае увеличился с 0,13 до 0,142 га. Используя данные таблицы и знания по географии, объясните, с чем связано увеличение данного показателя в Китае.

2005	2010	2011	2012	2013	2014	2015
Площадь лесопокрытых территорий, в млн га	168,3	170,2	176,5	180,9	185,7	190,5	195
Численность населения, млрд чел.	1,3	1,335	1,341	1,347	1,354	1,368	1,375

Довольно длительное время земли Арктики считались непригодными для жизни людей и передвижений как по суше, так и по воде. Тем не менее освоение Арктики человеком насчитывает уже не одну сотню лет.

Русские мореплаватели в XI веке вышли в моря Северного Ледовитого океана. А карта океанского ледовитого бассейна была составлена в первой половине XVI века по чертежу Дмитрия Герасимова. Другими словами, присутствие России в этом регионе ощущается уже на протяжении ряда столетий, но наибольшая активность освоения ею Арктики происходила на территориях, которые мы сегодня относим к Северному морскому пути.

В настоящее время освоение Российской Арктики ведется в направлении увеличения хозяйственного использования потенциала региона: добыча энергоносителей; защита северных границ в Арктике; безопасность центральных регионов; добыча рыбы и морепродуктов; осуществление мониторинга изменения климата.

По оценкам экспертов из разных стран, потепление климата планеты уже к 2030 году приведет к тому, что арктические территории будут освобождены ото льдов в летний период, а это откроет новые перспективы для развития судоходства и хозяйственной деятельности в Арктике.

Назовите один (любой) субъект Российской Федерации, имеющий выход к побережью Северного Ледовитого океана.

В каких направлениях ведется освоение Российской Арктики?

Объясните, почему развитие Северного морского пути является приоритетным в условиях освоения Арктики.

Развитие современной промышленности усиливает антропогенную нагрузку на окружающую среду. В начале XX в. из природной среды извлекалось около 20 элементов Периодической системы Менделеева, а в начале XXI в. — уже 92. При этом степень рационального использования ресурсов катастрофически низкая. Например, на каждые два обручальных кольца приходится 6 тонн отходов в Неваде или Киргизии.

Используя географические знания, сформулируйте и обоснуйте Вашу точку зрения относительно оценки данной ситуации при взаимодействии природы и общества.

Сформулируйте и обоснуйте свою точку зрения на проблему рационального природопользования. Запишите рассуждения, подтверждающие Вашу точку зрения.

Источник

Эффективны ли солнечные панели – какие факторы влияют на КПД

Как устроена солнечная батарея

Все современные солнечные батареи работают благодаря открытию, сделанным физиком Александром Беккерелем в 1839 году — самого принципа работы полупроводников.

Если нагревать кремниевые фотоэлементы на верхней пластине, то атомы кремниевого полупроводника высвобождаются. Их стремятся захватить атомы нижней пластины. В полном соответствии с законами физики, электроны нижней пластины должны вернуться в первоначальное состояние. Этим электронам открывается один путь — по проводам. Сохранённая энергия передается аккумуляторам и возвращается вновь в верхнюю кремниевую пластину.

Виды солнечных фотоэлементов и их КПД

В основе функционирования солнечных панелей лежат свойства полупроводниковых элементов. Падающий на фотоэлектрические панели солнечный свет фотонами выбивает с внешней орбиты атомов электроны. Образовавшееся большое количество электронов обеспечивает электрический ток в замкнутой цепи. Одной или двух панелей для нормальной мощности недостаточно. Поэтому несколько штук объединяют в солнечные батареи. Для получения необходимого напряжения и мощности их подключают параллельно и последовательно. Большее число фотоэлементов дают большую площадь поглощения солнечной энергии и выдают большую мощность.

Теперь непосредственно о самом КПД. Эта величина вычисляется делением мощности электроэнергии на мощность солнечной энергии, попадающей на панель. У современных солнечных батарей эта величина лежит в интервале 12─25 процентов (на практике не выше 15%). Теоретически можно поднять КПД до 80─85 процентов. Такая разница существует из-за материалов для изготовления панелей. В основе лежит кремний, который не поглощает ультрафиолет, а лишь инфракрасный спектр. Получается, что энергия ультрафиолетового излучения уходит впустую.

Одним из направлений повышения КПД является создание многослойных панелей. Такие конструкции состоят из набора материалов, расположенных слоями. Подбор материалов осуществляется так, чтобы улавливались кванты различной энергии. Слой с одним материалом поглощает один вид энергии, со вторым – другой и так далее. В результате можно создавать солнечные батареи с высоким КПД. Теоретически такие многослойные панели могут обеспечить КПД до 87 процентов. Но это в теории, а на практике изготовление подобных модулей проблематично. К тому же они получаются очень дорогие.

На КПД гелиосистем также влияет тип кремния, используемого в фотоэлементах. В зависимости от получения атома кремния их можно разделить на 3 типа:

• Монокристаллические;
• Поликристаллические;
• Панели из аморфного кремния.

Фотоэлементы из монокристаллического кремния имеют КПД 10─15 процентов. Они являются самыми эффективными и имеют стоимость выше остальных. Модели из поликристаллического кремния имеют самый дешевый ватт электроэнергии. Многое зависит от чистоты материалов и в некоторых случаях поликристаллические элементы могут оказаться эффективнее монокристаллов.

Панель из аморфного кремния
Существуют также фотоэлементы из аморфного кремния, на базе которых изготавливают тонкопленочные гибкие панели. Их производство проще, а цена ниже. Но КПД значительно ниже и составляет 5─6 процентов. Элементы из аморфного кремния с течением времени теряют свои характеристики. Для увеличения их производительности добавляют частицы селена, меди, галлия, индия.

Где теряется производительность

В сами элементы заложены очень большие возможности. Теоретически, из расчета, КПД солнечной панели может составлять 80–87 %!

Но из практики мы знаем, что их эффективность крайне мала. Коэффициент полезного действия фактически находится в пределах 15–20 %. Именно такую часть электричества способны вырабатывать современные солнечные панели из всего солнечного потока, попадающего на принимающие фотоэлементы.

1. Несовершенство технологии производства.
2. Недостаточно чистые компоненты для изготовления.
3. Погрешности при сборке.

Это всего лишь малая часть тех составляющих причин, куда уходит энергоэффективность.

Также необходимо учитывать и погодные условия. Какая бы современная солнечная панель не была — она не будет эффективно работать, если солнце закрыто облаками или расположено над горизонтом. Эту причину сложно регулировать. Значит единственное средство — повышать эффективность самих панелей.

К этим перечисленным трудностям следует добавить и то, что процесс очистки и получения кристаллов сам по себе – достаточно дорогая процедура. Без этого необходимого комплекса высокотехнологичных работ, трудно добиться ожидаемого эффекта.

Конечно, есть солнечные панели с высоким КПД. Но их конечная стоимость настолько высока, что недоступна для массового покупателя.

Новый мировой рекорд: эффективность солнечных батарей повысили до 29,15%

Научно-исследовательская группа Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) описала в журнале Science разработку тандемного солнечного элемента из перовскита и кремния. Его КПД составил 29,15%. На текущий момент — это новый мировой рекорд. Предыдущие показатели КПД были в районе 28%. Исследователи планируют довести эффективность тандемного солнечного элемента до 30% и даже превысить этот показатель.

Для солнечных элементов базовым материалом является кремний, а разработки с использованием перовскита (титаната кальция) ведутся параллельно. Ученые думают, что возможности перовскита еще не раскрыты и используя оба материала, они получают прирост эффективности.

Солнечные элементы, состоящие из двух полупроводников с различной шириной запрещенной зоны, способны демонстрировать высокую эффективность по сравнению с отдельными элементами, так как тандемные элементы полнее используют солнечный спектр. В частности, обычные кремниевые солнечные элементы главным образом эффективно преобразуют в электрическую энергию инфракрасную часть солнечного спектра, в то время как соединения перовскита могут эффективно преобразовывать видимую часть спектра, повышая КРД тандема. Использование перовскита и кремния не увеличивает стоимость солнечных панелей.

Виды солнечных фотоэлементов и их КПД

Существуют разные виды солнечных батарей:

• кремниевые
• теллур-кадмиевые
• из арсенида галлия
• из селенида индия
• полимерные
• органические
• комбинированные, многослойные

Самые эффективные солнечные панели из тех, что находятся в серийном производстве — кремниевые.

Их выпускают в двух видах:

• монокристаллические. Изготавливаются из тонких пластинок, срезанных с цельного (монолитного) кристалла кремния. Считается, что это — лучшие солнечные панели, демонстрирующие КПД от 17 до 22 %
• поликристаллические. Заготовкой для этих элементов является брикет кремния, который был расплавлен и разлит по формам. Такие панели обладают немного сниженными показателями по всем позициям, чем монокристаллические. Их КПД находится в диапазоне 12-17 %

Есть еще одни современные солнечные батареи с высоким КПД — это панели на основе селенид-индия. Они способны выдать КПД 15-20 %. Несколько меньшими качествами обладают элементы из теллурида кадмия — не более 10-12 %.

Остальные виды значительно уступают лидерам — аморфные и полимерные элементы демонстрируют КПД не более 5-6 %. Необходимо учитывать, что приведенные показатели — усредненные. У разных производителей есть образцы, превышающие обычные нормы эффективности. Это не меняет общей картины, но демонстрирует необходимость совершенствования технологий, разработки новых методов производства фотоэлементов.

От чего зависит эффективность?

КПД солнечных фотоэлектрических установок составляет лишь малую часть от теоретически возможных показателей. Расчетный КПД доходит до 80-87 %, но изъяны технологии, недостаточная чистота материалов и неточность сборки элементов существенно снижают эти значения. Основная проблема кремниевых элементов заключается в способности поглощать лучи только инфракрасного спектра, а энергия ультрафиолетовых участков остается неиспользованной.

Проблема состоит в дороговизне процессов очистки, выращивания кристаллов и прочих тонких процедур, без которых ожидаемого эффекта не удастся добиться. Все солнечные панели с высоким КПД отличаются высокой стоимостью, что делает их недоступными для массового пользователя.

Необходимо учитывать также погодные и климатические условия. Самая производительная система не сможет демонстрировать высокие результаты, если источник энергии скрыт за тучами, или находится низко над горизонтом. Этот фактор не подлежит регулированию, единственным способом борьбы с ним может стать повышенная эффективность солнечных панелей.

Некоторые разновидности фотоэлементов способны вполне стабильно вырабатывать энергию в пасмурную погоду, например, тонкопленочные виды. Однако, их производительность невысока и не дает нужного количества энергии. Чем выше КПД батарей, тем сильнее падает количество вырабатываемой энергии при появлении облачности.

Ежегодно появляются заявления от различных компаний или групп ученых о разработке высокоэффективных образцов солнечных панелей, стабильно работающих в сложных условиях. Однако, в продаже до сих пор есть только привычные кремниевые или пленочные разновидности, а новинок не видно. Причиной этого является слишком высокая себестоимость производства и нестабильность результатов технологий, вынуждающие изготовителей пока отказываться от недоработанных новшеств.

Срок службы и окупаемость

Большинство солнечных панелей способны работать по 25 лет и более. Однако, первоначальные характеристики со временем ухудшаются, происходит падение производительности и, как следствие, уменьшение КПД. Факторы, влияющие не длительность эксплуатации фотоэлементов:

• тип конструкции. Чем выше изначальная производительность, тем более высокие результаты панель будет показывать после многолетней службы
• условия эксплуатации. В регионах с сильными среднесуточными и среднегодовыми перепадами температур ресурс панелей быстро уменьшается. Происходит физический износ полупроводников, нарушается прочность соединения слоев, образующих p-n переход. Все эти факторы отрицательно влияют на КПД солнечных модулей

Окупаемость панелей в первую очередь зависит от инсоляции — количества солнечной энергии, доступной фотоэлементам. Здесь необходимо учитывать следующие факторы:

• продолжительность светового дня
• положение солнца над горизонтом
• погодные условия в регионе

Практика показывает, что средний процент деградации солнечных батарей составляет 0,6 % в год. Однако, к естественным процессам прибавляются внешние воздействия — температурные, механические и т.п. Поэтому производители обычно гарантируют, что в течение 10 лет эксплуатации производительность не упадет больше, чем на 10 %.

Вопрос окупаемости солнечных панелей всерьез никем не рассматривается. Существуют приблизительные расчеты, показывающие количество выработанной энергии и ее среднюю стоимость в течение 10, 25 лет. Эти данные не способны показать реальной картины, поскольку все комплексы работают в собственных условиях, подвергаются тем или иным воздействиям и не могут гарантировать заданной производительности.

Специалисты утверждают, что для некоторых регионов окупаемость солнечных батарей никогда не наступает, в других местностях она составляет около 10 или 15 лет.

Подробные исследования не производятся, или ведутся только для данного района. Если необходимо узнать технико-экономические показатели СЭС, приходится каждый раз производить индивидуальный расчет для данных условий, моделей солнечных модулей и прочих факторов воздействия.

Самые эффективные солнечные батареи

Обычный пользователь не старается глубоко вникнуть в теорию, поэтому он чаще всего задает вопрос — хочу купить солнечные панели, какие лучше? Вопрос простой, но ответить на него однозначно крайне сложно. Все зависит от возможностей и потребностей покупателя.

Споры о том, какие солнечные батареи самые эффективные ведутся с самого начала их использования. Несмотря на приоритет кристаллических кремниевых конструкций, нередко впереди оказываются другие виды панелей. Есть рекордсмены в этой области, например, фирма Sharp объявила о создании панелей с КПД 44 %. Эта же фирма создала модули с эффективностью 37,9 %. Есть образцы от других разработчиков с КПД около 32 %. Все эти модели весьма дороги и в массовое производство пока не поступают. Нерентабельность — основная проблема развития солнечных модулей.

Материал для панелей

Все современные системы преобразования солнечной энергии теоретически могут выдавать до 25 %. Эти показатели достигнуты при наиболее благоприятных условиях работы. В реальной жизни этот показатель еще меньше. Практика показывает, что для многих изделий считается хорошим коэффициент полезного действия до 15 %.

Поэтому для промышленного получения электричества, используются значительные площади элементов солнечных батарей.

Немаловажным фактором является сам материал, из которого изготавливаются панели.

В массовом производстве для создания панелей используется кремний. Но проблема как раз в том и состоит, что он работает от солнечного излучения, но воспринимает только инфракрасный спектр излучения. Ультрафиолетовая энергия ими не фиксируется и пропадет напрасно.

Мало того. На КПД солнечной батареи оказывает большое влияние и сам кремний. Вернее тот тип, который применяется в фотоэлементах.

Известно, все панели различаются на три вида, по типу строения кремния:

1. Монокристаллические. КПД таких элементов 10–15 %. По цене наиболее дороже других панелей, но наиболее эффективные. Именно метод, которым наносится кремний, определяет и стоимость конечного продукта.
2. Поликристаллические. Эффективность значительно ниже, но по критерию «цена/качество», конечная стоимость 1 Ватта энергии гораздо ниже. При этом некоторые модели по эффективности не уступают монокристаллам.
3. Тонкопленочные панели. В основе таких устройств — аморфный кремний. При их простоте в изготовлении и доступной цене — наверное, самый массовый вид устройств. Но большинство покупателей отмечают, что КПД таких конструкций очень мал. На уровне 5–6 %. Мало того. В процессе длительной работы этот показатель уменьшается, и отдача фотоэлементов становится еще меньше.

Солнечная погода — существенный фактор, влияющий на производительность. Те же тонкопленочные виды могут стабильно работать и в пасмурную погоду. Но при этом производительность настолько мала, что нужного эффекта трудно достигнуть. Необходим высокий уровень КПД, как у монокристаллов, но с облачностью этот показатель стремительно снижается.

Есть экспериментальная формула, которая наглядно показывает зависимость кпд солнечных батарей от угла, под которым солнечные лучи попадают на поверхность фотоэлементов.

КПД у разных типов солнечных панелей

Существует несколько разновидностей солнечных модулей, которые изготавливаются по собственным технологиям и обладают определенными параметрами. КПД солнечных панелей определяет их способность преобразовать солнечную энергию в электрический ток. Расчет производится путем деления мощности энергии, вырабатываемой панелью, на мощность потока света, падающего на рабочую поверхность.
Показатели панелей изначально определялись при стандартных лабораторных условиях (STS):

• уровень инсоляции — 1000 вт/ м2
• температура — 25°

Большинство современных производителей производят тестирование каждой собранной батареи и прилагают результаты к документации при продаже. Это дает более полную и корректную информацию о каждой панели, поскольку в процессе изготовления возможны некоторые отклонения от технологических нормативов. Поэтому сравнение любых двух (или более) панелей всегда выявляет небольшое расхождение демонстрируемых параметров.

Практически любые отклонения в первую очередь отражаются на эффективности, т. е. на КПД солнечной батареи. Из-за этого все разновидности не имеют четко определенного значения. Обычно указывают довольно широкий диапазон, который может давать заметную разницу параметров солнечных модулей, изготовленных по одинаковой технологии.

Все виды фотоэлементов обладают определенными свойствами, определяющими эффективность солнечных батарей. Каждая разновидность имеет свои пределы возможностей, обусловленные строением и составом полупроводников.

Расчет производительности

Применение солнечной энергии и экономическую рациональность таких концепций обусловливает эффективность всех видов систем солнечных батарей. Прежде всего учитываются затраты, обращённые на преобразование энергии солнца в электрическую.

Насколько окупаемы и эффективны такие системы, определяют и такие факторы как:

• Тип гелиопанелей и сопутствующего оборудования;
• КПД фотоэлементов и их стоимость;
• Климатические условия. В разных регионах — разная солнечная активность. Она же влияет и на срок окупаемости.

Как подобрать нужную производительность

Перед покупкой панелей необходимо знать, какую необходимую эффективность сможет выдавать солнечная батарея.

Если ваш домашний уровень потребления составляет, к примеру, 100 кВт/месяц (по электросчетчику), то целесообразно чтобы гелиоэлементы вырабатывали столько же.

С этим определились. Пойдем дальше.

Понятно, что гелиостанция работает только в дневное время суток. Мало того — паспортная мощность будет достигнута при наличии ясного неба. Кроме этого, пика мощности можно добиться при условии падения лучей солнца на поверхность под прямым углом.

При изменении положения солнца изменяется и угол панели. Соответственно, при больших углах будет наблюдаться заметное снижение мощности. Это только при условии ясного дня. В пасмурную погоду можно гарантировать падение мощности в 15–20 раз. Даже небольшое облачко или дымка вызывает падение мощности в 2–3 раза. Это тоже надо принимать во внимание.

Теперь — как рассчитать время работы панелей?

Рабочий период, при котором батареи смогут эффективно работать практически на всю мощность, составляет примерно 7 часов. С 9–00 до 4–00 вечера. В летнее время световой день больше, но и выработка электричества в утреннее и вечернее время совсем мала — в пределах 20–30 %. Остальная часть, это 70 %, будет вырабатываться, опять-же, в дневное время, с 9 до 16 часов.

Итак, получается, что если панели имеют паспортную мощность 1 кВт, то в самый летний, самый солнечный день выработают 7 кВт/час электроэнергии. При том условии, что проработают с 9 до 16 часов дня. То есть в месяц это составит 210 кВт/час электроэнергии!

Это комплект панелей. А одна панелька мощностью всего-навсего в 100 ватт? За день она даст 700 ватт/час. В месяц 21 кВт.

Какие факторы влияют на эффективность панелей

Максимальный показатель эффективности достигается солнечными батареями только при соблюдении определенных условий. Что сюда входит?

Угол наклона панелей

Когда солнечные лучи попадают на панель под углом 90 градусов, то есть перпендикулярно, это позволяет получить наибольший процент выработки электроэнергии. Очень важно следить за углом наклона и выставлять соответствующим образом, согласно рекомендациям специалистов, хотя бы раз в сезон. Есть солнечные панели, которые оснащены функцией автоматически регулировки и слежением за солнечными лучами, однако такие конструкции не из дешевых.

Регулярное очищение поверхности

Грязь, пыль, снег засоряют фотоэлементы и не дают им с высокой эффективностью поглощать солнечный свет. Чем чище поверхность, тем больше электроэнергии вы получите. Протирать солнечные батареи необходимо несколько раз в сезон, а зимой регулярно очищать от снега и наледи.

Погодные условия

От погоды также многое зависит. Например, при пасмурной погоде эффективность солнечных батарей снижается до 5 раз, так как плотность солнечного излучения падает. В дождливые и снежные дни батареи и вовсе могут ничего не вырабатывать, так как результат напрямую зависит от того, насколько ярко светит солнце.

Температура

Утверждение, чем жарче на улице, тем больше будет производительность солнечных панелей не верное. Главное – это показатель солнечной радиации и угол попадания лучей на панель. Больше того, когда модуль от солнечного света сильно перегревается, а такая температура может доходить и до 80 градусов, эффективность работы панели снижается из-за сильного накала. Поэтому батарея сможет дать больше в зимний солнечный день, чем в летний зной. Чтобы снизить температуру модулей при нагреве, желательно оставлять между ними небольшое пространство, чтобы панели охлаждались от потока воздушных масс.

Отсутствие тени

При установке солнечных панелей следите, чтобы на протяжении дня на них не падала тень. То же самое касается деревьев, других построек и конструкций, которые могут заслонять солнечную станцию и тем самым снижать эффективность. Специалисты советуют устанавливать панели на южной стороне.

Таким образом, несоблюдение правил может привести к сильному изменению показателя эффективности работы солнечной панели и отразится на получении необходимого объема электроэнергии. Причем данный показатель может снизиться до 8 раз. Здесь очень важно соблюдать не каждый пункт в отдельности, а все в комплексе. Только так можно сохранить максимальную эффективность работы, заложенную производителем.

Плюсы

1. За счет того, что в панелях нет подвижных узлов и элементов, повышается долговечность. Производители гарантируют срок службы в 25 лет.
2. Если соблюдать все регламентные работы и правила эксплуатации работа таких систем увеличивается до 50 лет. Обслуживание довольно несложное — своевременно очищать фотоэлементы от пыли, снега и других естественных загрязнений.
3. Именно долговечность системы — определяющий фактор для покупки и монтажа панелей. После того как все затраты себя окупят, вырабатываемое электричество получится бесплатным.

Самое главное препятствие для широкого применения таких систем — их высокая стоимость. При низком КПД бытовых солнечных панелей, есть серьезные сомнения в экономической необходимости именно в таком способе добычи электроэнергии.

Но опять же, надо разумно оценивать возможности данных систем и, исходя из этого, рассчитывать ожидаемую отдачу. Полностью заменить традиционную электроэнергию не выйдет, но получить экономию, используя и солнечные системы, вполне реально.

Кроме того, сложно не заметить такие выгоды как:

• Получение электричества в самых удаленных от цивилизации районах;
• Автономность;
• Бесшумность.

Как увеличить КПД

Во-первых, чтобы получить максимальную эффективность работы солнечных батарей, необходимо соблюдать все вышеперечисленные правила, которые влияют на генерацию солнечного тока, а во-вторых, производительность зависит от качества панелей и заложенных в них технических характеристик. Самым важным критерием для получения высокого показателя КПД является угол наклона панелей. Смена угла наклона в зависимости от времени года и региона. Желательно при помощи точных расчетов регулировать положение модулей хотя бы один-два раза в сезон.

Увеличить эффективность смогут специальные системы слежения за солнцем. Они автоматически изменяют угол наклона панелей в зависимости от угла падения солнечных лучей на поверхность. Однако реализация такого решения обойдется недешево.

Больше, чем установлено в паспорте солнечной батареи, вы не сможете получить производительности. Этот вопрос находится в компетенции ученых, которые каждый день пытаются найти идеальную «формулу» невысокой себестоимости материалов для производства модулей и высокого КПД. На сегодняшний день уже есть модели батарей, которые состоят из разных материалов в виде слоев и поглощают не только ультрафиолетовое излучение, но и инфракрасное, тем самым вырабатывая тока в два раза больше. На сегодняшний день уже представлен ряд различных вариаций панелей, эффективность которых составляет 40% и выше. Однако они пока недоступны широкой массе потребителей.

Минусы

1. Энергетическая установка нуждается в периодическом обслуживании. То есть к ним должен быть постоянный и свободный доступ.
2. Чем выше энергоотдача, тем больше панелей требуется. Из этого вытекает вывод — чем больше элементов, тем больше места им нужно.
3. Выработанное электричество должен хранить аккумулятор. Уровень заряда необходимо постоянно контролировать. А сами аккумуляторы, по всем нормам безопасности, держать в отдельном и вентилируемом помещении.

Как уже говорилось, сами элементы в летнее время сильно нагреваются. А это практически вдвое снижает их производительность. Избежать потерь при нагреве можно, если оборудовать дополнительную приточную вентиляцию, или как минимум оставить пространство между панелями и теми поверхностями, на которых они смонтированы. Дополнительные потоки воздуха будут охлаждать работающие элементы.

Эффективная работа возможна только при идеальных погодных условиях.

Максимум электричества вырабатывается, если выдержан прямой угол падения лучей солнца на поверхность панели. Это условие можно выдержать если снабдить систему автоматическими поворотными механизмами, что накладывает дополнительные затраты на эксплуатацию и ремонт. Механические элементы неизбежно будут выходить из строя.

Со временем использования самих панелей, их КПД, естественным образом, уменьшается.

Место установки необходимо выбирать таким образом, чтобы все солнечные панели большую часть времени находились на солнце, а не в тени.

Если проектируется полновесное снабжение дома «энергией солнца», на всю систему денег надо много и сразу.

Немного о батареях-чемпионах по КПД

Рекордсменом по коэффициенту полезного действия в гелиосистемах на данный момент считаются немецкие батареи. Они созданы в Институте гелиоэнергетики им. Фраунгофера. В их основу положены фотоэлементы, состоящие из нескольких слоев. активно внедряет их в сферу широкого потребления, начиная уже с 2005 года.

Сами элементы — не более 4 мм толщиной, а солнечный свет фокусируется на их поверхности с помощью специальных линз. Благодаря им осуществляется преобразование световых частиц в электроэнергию, а КПД при этом составляет целых 47%.

Второе место заслуженно занимают панели, созданные путем применения фотоэлементов из трех слоев . Это тоже солнечные батареи с высоким КПД, хотя и немного меньше — 44%.

Три слоя представлены тремя веществами: фосфидом индия (галлия), арсенидом галлия и арсенидом индия (галлия). Между ними располагается диэлектрическая прослойка, применяемая для того, чтобы получить туннельный эффект. Что касается фокусировки света, ее получают путем применения известной линзы Френеля. Концентрация света достигается до уровня в 302 раза, а далее попадает в трехслойный полупроводниковый преобразователь.

Безусловно, подобный рекорд КПД едва ли может быть доступен широкому кругу потребителей. Кстати, Илон Маск, известный американский миллиардер, является владельцем . Не так давно, в 2015 году, компания Маска разработала именно «потребительский» вариант солнечных батарей с коэффициентом полезного действия, превышающим 22%.

Разработки и многочисленные лабораторные опыты проводятся и по сей день. Можно быть уверенными в том, что такие технологии имеют большое будущее — в качестве экологичного альтернативного источника энергии.

Недостатки использования энергии солнца

Схема расположения солнечных панелей.

Несмотря на то, что электричество, полученное с помощью только энергии солнца, не требует при эксплуатации системы никаких капиталовложений, в данном вопросе много проблем. Во-первых, объем полученного электричества во многом зависит от следующих факторов: погоды, широты местности, мощности батарей.

Во-вторых, такие источники тепла являются в большей степени дополнительным средством, к примеру, для обогрева, что ограничивает их применение. В-третьих, установка подобного оборудования стоит больших денег. В частности, это касается крупных электростанций. Стоимость самих аккумуляторов на порядок превышает таковую для батарей.

Но самое важное — это удешевление способов генерации полученного от солнца тепла и сохранение его как можно более длительное время. Вечером потребление электричества возрастает, а батареи работают в основном в дневное время. Учеными вычислено, что стоимость 1 Вт от батареи равно 0,5 $. За день (8 часов работы) она способна образовать 8 Вт/ч, которую потребуется сохранить на вечернее время. Самое дешевое солнечное электричество сейчас получают с помощью поликристаллических батарей. Большое значение имеет и то, что стоимость солнечной энергии не должна превышать цену альтернативного топлива, например, газа. Если взять для примера одного из мировых лидеров в данном вопросе — Германию — цена на газ в ней равна 450 $, то стоимость 1 кВт солнечной энергии не должна быть выше 0,1 $. В противном случае применение последней будет экономически не целесообразным.

Статья по теме: Льняные шторы: рекомендации по подбору и эксплуатации

Эффективность солнечного оборудования

Стоит знать о производительности солнечных батарей. Опираясь на научные данные, можно утверждать, что энергия составляет примерно 1367 Вт на 1 м². В области экватора некоторое ее количество задерживается атмосферой, поэтому энергия, которая доходит до земли равна 1020 Вт.

В России же можно получить только 160 Вт/м² с учетом того, что коэффициент полезного действия солнечных батарей равен 16%.

Схема работы солнечной батареи.

К примеру, если установить солнечные батареи на площади в 1 км², то годовое количество полученной электроэнергии составит примерно 187 ГВт/ч (1173 * 0,16).

При этом большое значение имеет угол установки их относительно падающего света, в данном случае оптимальное его значение 40 °. Стоимость 1 кВт электроэнергии в настоящее время равна 3 рублям, стоимость электроустановки будет составлять 561 млн рублей. Коэффициент полезного действия данного оборудования непостоянен и зависит от нескольких факторов. Главный из них — интенсивность и продолжительность инсоляции, которая, в свою очередь, определяется погодными условиями, длительностью дня и ночи, то есть широтой местности. Огромное значение имеет и тип установочных солнечных батарей.

Эффективность для отопления частного дома

Большой интерес представляет собой использование подобного оборудования для отопления дома. Электричество — это отличный источник тепла. Многие дома имеют именно такую систему отопления. Нужно учитывать тот факт, что отопление частного дома с помощью такого источника целесообразно организовывать только для регионов с максимумом солнечной энергии. Для северных территорий, где бывают полярные ночи, потребуется другой подход. В этом случае рекомендуется совмещать использование солнечной энергии с другими типами отопления, например, газовым или отоплением на твердом топливе (печным).

Все дело в том, что эффективность таких батарей в пасмурную погоду низкая, что может вызвать недостаток тепла. Поэтому отопление с помощью энергии солнца, преобразованной в электрическую, не рекомендуется применять обособленно от других. Оптимально использовать их только для экономии денег, когда это возможно. Таким образом, можно сделать вывод, что использование солнечных батарей не всегда может в полной мере обеспечить оптимальные микроклиматические условия в помещении, обогреть дом, в силу этого данный вид энергии рекомендуется применять совместно с другими видами отопления.

Статья по теме: Замер, монтаж и установка межкомнатных и входных дверей

Экономическая эффективность системы

Перед тем как установить солнечную станцию, необходимо просчитать ее экономическую эффективность. Стоимость солнечной батареи сегодня предельно высокая, а их вам может понадобиться от 5 до 15 в зависимости от необходимого показателя энергопотребления. С учетом значения КПД и общих затрат можно просчитать, когда окупится такое вложение средств и вы сможете бесплатно пользоваться электричеством.

Что влияет на срок окупаемости:

• Стоимость солнечных батарей и их количество. Надежные панели из кремния с высоким показателем КПД обойдутся куда дороже, чем пленочные.
• Тип солнечных батарей. Многослойные качественные модули смогут отработать в два, а то и в три раза дольше однослойных, более дешевых панелей.
• Стоимость дополнительного оборудования. К общим расходам относится покупка инвертора, аккумулятора и контроллера. Без этих устройств солнечная система не сможет выдавать электричество для бытовых нужд.
• Стоимость энергоресурсов в регионе. Если в вашем районе установлена низкая цена на электричество – 1 кВт, то срок окупаемости панелей будет намного дольше.
• Срок службы батарей. При правильной эксплуатации надежные панели отслужат более 30 лет.
• Месторасположение панелей и регион проживания. Если в вашем регионе благоприятные условия для работы солнечной станции, то соответственно, и эффективность их работы будет выше, а значит, быстрее окупят себя. Правильно выбранные крепления для солнечных панелей так же влиют на КПД и срок окупаемости.

Согласно статистике средний срок окупаемости солнечных батарей в Центральной и Южной Европе составляет около 5 лет.

С каждым годом ученые занимаются разработками новых технологий по созданию солнечных панелей, которые смогут выдавать больше энергии при захватывании солнечных лучей. А увеличенный показатель производительности сможет сократить срок окупаемости солнечной системы и тем самым повысить экономическую целесообразность ее установки.

Источник