Как выбрать элементы для солнечных батарей

Как выбрать солнечную панель: виды батарей и основные нюансы выбора

Думая об установке солнечных панелей, большинство людей в первую очередь рассматривают такие факторы, как стоимость, эстетика и энергоэффективность. Хотя это важные аспекты, гораздо важнее выбрать подходящий вам тип солнечных батарей. От этого во многом будет зависеть стоимость оборудования и работ по установке, а также то, как панели будут выглядеть на вашей крыше.

Существует три типа солнечных батарей, и у каждого есть свои плюсы и минусы. Правильный выбор будет зависеть от конкретной ситуации и того, что именно вы хотите получить.

Основные типы солнечных панелей

Существуют монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные солнечные панели. Особенности технологии производства и конструктивного исполнения обуславливают визуальные отличия и характеристики каждого типа устройств.

Монокристаллические

Монокристаллические солнечные панели — самый старый и наиболее распространённый тип подобных устройств. Такие батареи состоят из примерно 40 монокристаллических солнечных элементов. Фотоэлектрические компоненты изготавливаются из чистого кремния.

В процессе производства (чаще всего используется метод Чохральского) кристаллический кремний помещается в чан с расплавленным кремнием. Затем кристалл очень медленно вынимается из чана, позволяя расплавленному веществу образовывать твёрдую кристаллическую оболочку, называемую слитком. Далее слиток тонко нарезают на кремниевые пластины.

Пластины превращаются в отдельные элементы, а затем элементы собираются и формируются в солнечную панель.
Монокристаллические солнечные батареи кажутся чёрными из-за того, как солнечный свет взаимодействует с чистым кремнием. Хотя ячейки имеют чёрный цвет, задние листы и рамы могут быть выполнены в различных цветах и отличаться по дизайну. Фотоэлектрические ячейки таких панелей имеют форму квадрата со скруглёнными углами, поэтому между ними есть небольшие зазоры.

Поликристаллические

Поликристаллические солнечные панели — новая разработка, но их популярность и эффективность быстро растут. Как и монокристаллические ячейки, они изготавливаются из кремния. Но в поликристаллическом варианте фотоэлектрические элементы состоят из расплавленных вместе фрагментов кристалла кремния.

В процессе производства кристалл кремния помещается в ёмкость с расплавленным кремнием. Затем, вместо того, чтобы вытаскивать его медленно, кристаллу дают возможность фрагментироваться, а затем остыть. Как только новый кристалл охладится в своей форме, фрагментированный кремний тонко разрезается на поликристаллические солнечные пластины.

Поликристаллические ячейки имеют синий цвет из-за специфической структуры. Солнечный свет отражается от кремниевых фрагментов иначе, чем от цельного кремниевого элемента. Обычно задние рамки и оправы изготавливаются из серебра с поликристаллическим покрытием, но возможны вариации. Форма ячейки — квадрат, между углами ячеек отсутствуют зазоры.

Тонкоплёночные

Тонкоплёночные солнечные панели — это инновационная технология, появившаяся всего несколько лет назад. Главной особенностью является то, что такие батареи не всегда сделаны из кремния. Они могут быть изготовлены из различных материалов, включая теллурид кадмия (CdTe), аморфный кремний (a-Si) и селенид меди, индия, галлия (CIGS).

Эти солнечные батареи создаются путём помещения основного материала между тонкими листами проводящего материала, покрытого слоем стекла для защиты. В панелях a-Si используется кремний, но они используют некристаллическую форму вещества и также покрываются стеклом.

Тонкоплёночные панели легко идентифицировать по их внешнему виду. Эти солнечные батареи примерно в 350 раз тоньше тех, в которых используются кремниевые пластины. Но иногда тонкоплёночные ячейки могут быть большими, и это может сделать внешний вид всей солнечной системы сравнимым с монокристаллической или поликристаллической системой. Тонкоплёночные элементы могут быть чёрными или синими, в зависимости от материала, из которого они сделаны.

Сравнение солнечных панелей разных типов

Помимо отличий в технологии производства и дизайне, есть некоторые различия и в том, как работают разные типы солнечных элементов. Ключевые аспекты — эффективность и цена.

Эффективность

Эффективность определяет то, сколько электричества солнечная панель может произвести за счёт количества получаемого ею солнечного света.

Самыми эффективными считаются монокристаллические панели. Их КПД может достигать 20% и более. С другой стороны, у поликристаллических аналогов этот показатель колеблется в диапазоне от 15 до 17%. Этот разрыв между двумя панелями может сократиться в будущем по мере совершенствования технологий, позволяющих сделать поликристаллические панели более эффективными.

Наименее эффективный тип солнечных панелей — тонкоплёночные. Они обычно имеют более низкий КПД и производят меньше электроэнергии, чем любой из кристаллических вариантов, с КПД всего около 11%. Мощность таких панелей может варьироваться, потому что у них нет стандартного размера.

Стоимость

Цена может существенно повлиять на принятие решения о выборе солнечных панелей. Наиболее доступными являются тонкоплёночные панели, потому что они могут быть изготовлены с наименьшими затратами. CdTe — самые дешёвые солнечные батареи на рынке, CIGS немного дороже.

Рамы тонкоплёночных батарей обычно легче, поэтому можно сэкономить и на монтажных расходах. С другой стороны, монокристаллические солнечные панели сейчас являются самым дорогим вариантом. Производство чистого кремния может быть дорогостоящим, а панели и рамы отличаются большим весом, что приводит к более высоким затратам на установку.

Поликристаллические панели были разработаны для снижения стоимости солнечных панелей, и они обычно более доступны, чем монокристаллические.

Какой тип солнечных батарей лучше?

Лучший тип солнечных панелей зависит от назначения панелей и места их установки. Для жилых домов с большой площадью кровли или недвижимости оптимальным выбором могут быть поликристаллические панели. Эти устройства являются наиболее доступными для больших помещений и обеспечивают достаточную эффективность и мощность.

Для жилых домов с меньшими площадями монокристаллический материал может быть лучшим выбором. Такие панели хорошо подходят для тех, кто хочет максимизировать использование чистой энергии в небольшом пространстве.

Источник

Как выбрать солнечные батареи. Советы покупателю

Солнечная батарея — устройство, преобразующее солнечное излучение в электрическую энергию. Впервые метод работы солнечной батареи был разработан 1839 году физиком Александром Беккерелем. Практическое применение метод получил в 1873 после изобретения первого полупроводника. Технология использования энергии солнца в целях ресурсообеспечения приобретает все большую популярность по всему миру. Получаемый вид энергии является возобновляемым, финансовые затраты при эксплуатации солнечных батарей очень низкие — средства требуются только на покупку и установку оборудования. Энергия, вырабатываемая этим источником, является дешевой и доступной и благодаря этому широко используется по всему миру. И если вы решили приобщиться к обществу «зеленой энергетики», то начать надо из того, чтобы разобраться — как правильно выбрать солнечные батареи для частного дома, дачи или даже квартиры.

Как устроены солнечные батареи?

Стандартная солнечная батарея состоит из алюминиевой рамы, солнечных элементов, специального стекла, подложки, токоведущих жил и распределительной коробки.

Рис. 1 Устройство солнечной батареи

Рама панели — алюминиевая конструкция, придающая жесткость изделию и образующая основу для остальных деталей батареи. Солнечные элементы — кремниевые полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи, выращиваемые, как правило, монокристаллическим или поликристаллическим методом. Использование полупроводниковых преобразователей дает возможность прямого, одноступенчатого преобразования энергии, что позволяет использовать солнечные батареи наиболее эффективно.

В солнечной батарее используется фотовольтаический эффект, возникающий в неоднородных полупроводниковых структурах при контакте с солнечным излучением. Неоднородность полупроводникового слоя солнечной батареи достигается легированием одного полупроводникового слоя различными примесями или соединением нескольких слоев полупроводников с различной шириной запрещенной зоны — созданием гетеропереходов. Также методом получения неоднородных кремниевых полупроводников является изменение химического состава полупроводника. Эффективность использования фотопроводника характеризуется оптическими свойствами проводника, одним из которых является фотопроводимость. Потери энергии при работе солнечных батарей связаны с несколькими процессами: частичным отражением солнечных лучей от поверхности преобразователей; прохождением части лучей, через фотопреобразователи без поглощения в них; рассеянием избыточной энергии фотонов на тепловых колебаниях решетки; внутренним сопротивлением преобразователей.

Выбор параметров солнечной батареи

При выборе солнечной батареи перед покупателем встает вопрос «Как выбрать подходящую солнечную батарею?» Существует несколько видов фотоэлементов, имеющих свои преимущества и недостатки:

1. Поликристаллические элементы, в которых полупроводник производится поликристаллическим способом, этот метод удешевляют солнечную батарею, но снижают эффективность её работы. КПД элементов составляет 17-19%.
2. Монокристаллические. Если элементы выращиваются монокристаллическим способом, то КПД фотоэлементов составляет 20-21%. Стоимость батарей при таком способе производства кремния увеличивается, но площадь фотоэлементов для получения энергии того же количества снижается. Готовые солнечные батареи, изготовленными поликристаллическим способом имеют КПД 13-17 %, а с фотоэлементами, изготовленными монокристаллическим способом — КПД 15-18,5%,
3. Аморфные. Самым низким КПД (4-6%) обладают солнечные батареи, в которых фотоэлементы изготавливают из аморфного кремния.
4. Арсенид галлиевые. Для изготовления высокоэффективных преобразователей в настоящее время широко используются GaAs — Арсенид галлия, имеющий гетероструктуру и более широкую запрещенную зону, это позволяет увеличить КПД солнечных батарей до 35-40%, правда такой тип элементов имеет очень высокую цену и используется только в космической отрасли.

Рис. 2 Типы солнечных элементов

На что обратить внимание при выборе солнечных батарей?

При выборе солнечных батарей для частного дома или дачи необходимо обратить внимание не только на КПД батареи, которое в современных конструкциях на основе кремниевых элементов, ограничивается величиной 20-21%, но и на суммарную мощность купленной солнечной электростанции. Она должна обеспечить электроэнергией, достаточной для потребления электросистемой дома в любую погоду.

Зимой сильно снижается длительность светового дня, поэтому в регионах, где это наблюдается, необходимо делать запас мощности, чтобы батарей хватало на то время, когда солнце менее активно. Почему выработка зимой меньше? Не нужно думать, что из-за холода батарея будет хуже работать. Негативное действие на эффективность работы оказывают осадки в виде снега, которые необходимо удалять и меньшая продолжительность светового дня с высокой облачностью – именно это негативно влияет на выработку электроэнергии в зимнее время. Летом солнечная батарея генерирует меньшее напряжение, чем зимой. В жару температура на поверхности гелиопанели может достигать 50–55 °С, что снижает эффективность фотогальванических элементов.

Еще один важный момент при составлении плана «Как выбрать солнечные батареи для домашней электростанции» — эффективность финансовых вложений. Многие батареи при правильном выборе окупаются достаточно быстро, так как производимая при использовании энергии солнца электроэнергия является бесплатной. Выходное номинальное напряжение солнечных батарей кратно 12В и 24В, но бывают и 20В – это панели с 60 элементами. Фактическое напряжение на выходе гелиопанелей, как правило больше номинального. Так гелиопанель с выходным номинальным напряжение, равным 12В, в точке максимальной мощности выдает 17В, а при холостом ходе выдает 23В. Аналогично работают и батареи с номинальным напряжением на выходе 20 В и 24В. Двадцативольтовая батарея выдает напряжение на выходе 30В точке максимальной мощности и 39В — в режиме холостого хода, а двадцатичетырехвольтовая соответственно — 37В и 45В.

Типовые ошибки при выборе солнечных батарей для дома

Собирая себе солнечную электростанцию самостоятельно, чаще всего допускаются ошибки связанные с подбором оборудования, отметим основные из них:

• Не правильно подобранное напряжение аккумуляторов и солнечных батарей, используемых в одной системе;
• Использование ШИМ контроллера с 60 ячейковой солнечной панелью;
• Не учтенный температурный коэффициент, связанный изменением напряжения, при изменении температуры;
• Использование разных аккумуляторов, при последовательном подключении;
• Неверно подобранное сечение перемычек между инвертором и АКБ;
• Пренебрежение защитными устройствами.

После подбора оборудования ошибки дилетантов не заканчиваются, поскольку впереди монтаж. При установке солнечной электростанции своими руками ошибки чаще допускаются такие:

• Неправильная пространственная установка самих солнечных батарей;
• Падение тени на ячейки от деревьев и соседних построек;
• Неверное подключение оборудования. Если в системе даже всего два АКБ, последовательное соединение могут перепутать с параллельным. Не говоря уже о нескольких АКБ, когда требуется сделать последовательно – параллельное соединение. Это касается и подключения солнечных батарей;
• Плохой контакт в электрических соединениях. Касаемо изготовления перемычек кустарным способом, без применения специального инструмента. Применение скрутки, пайки коннекторов MC4 и другие ненадежные соединения.

Это только самые распространенные ошибки, но на практике их гораздо больше. Если вы решили собирать солнечную электростанцию самостоятельно, проконсультируетесь со специалистами, это поможет избежать ошибки, сэкономить деньги и да, консультацию у нас можно получить бесплатно.

Мнения экспертов о продукции

Выбор типа солнечной станции зависит от задачи, которую необходимо решить с помощью альтернативных источников энергии.

В настоящее время наиболее широко применяются три типа солнечных электростанций:

1. Автономные. В местах, где нет подключения к центральной сети, в садах, на дачах, автономные солнечные электростанции самые востребованные, хорошо подходят для освещения и других жизненно важных электроприборов. Применение автономных солнечных станций позволяет существенно экономить финансы, на жидкое топливо для генераторов, особенно в районах с большим количеством солнечных дней.
2. Комбинированные с сетью. Если есть центральная сеть, то не нужно отказываться от нее, лучше сделать систему совместную с сетью. Автоматическая работа инвертора, входящего в состав такой станции, будет самостоятельно выбирать источник питания электрических приборов. А входящие в состав аккумуляторные батареи будут источником резервного электроснабжения, при отключениях сети.
3. Сетевые on-grid. Сетевые солнечные электростанции самые выгодные и быстро окупаемые, поскольку не имеют в составе аккумуляторных батарей и преобразование энергии происходит с высоким КПД. Более того, позволяют передавать (продавать) излишки генерируемой электроэнергии в сеть, тем самым ускоряя процесс окупаемости. Во многих странах при такой генерации с помощью возобновляемых источников для продажи электроэнергии действует «зеленый тариф». В РФ в 2019 году принят в первом чтении Федеральный закон №581324-7 «О внесении изменений в ФЗ «Об электроэнергетике» в части развития микрогенерации», который позволит реализовывать электрическую энергию, вырабатываемую альтернативными источниками, по специальному тарифу. Покупка гарантирующим поставщиком электроэнергии от объектов микрогенерации будет обязательной. Цена купли-продажи будет равна средневзвешенной нерегулируемой цене на электроэнергию на ОРЭМ. Доходы физических лиц, возникшие при реализации лишней электроэнергии, произведенной для нужд своего домохозяйства, не будут подлежать налогообложению.

Независимо от выбранного типа солнечной электростанции, стоит понимать, что для надежной и эффективной работы лучше приобретать высококачественные солнечные батареи. Несмотря на более высокую стоимость они более эффективны и долговечны. Срок службы батарей может достигать 30 и более лет. Покупатели часто задают вопрос: «Почему выработка зимой меньше?» Не нужно думать, что из-за холода батарея будет хуже работать. Негативное действие на эффективность работы оказывают осадки в виде снега, которые необходимо удалять, плюс меньшая продолжительность светового дня с высокой облачностью – именно это негативно влияет на выработку электроэнергии в зимнее время. Летом солнечная батарея генерирует меньшее напряжение, чем зимой. В жару температура на поверхности гелиопанели может достигать 50–55 °С, что снижает эффективность фотогальванических элементов.

Источник