Панели от солнечного света

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

Солнечные панели для частного дома: поставь светло себе на службу

Использовать в частных домах и даже дачных домиках альтернативные источники энергии сегодня стало модной тенденцией. Впрочем, это достаточно практично и, как правило, выгодно. Первенство среди таких устройств получили солнечные панели для частного ома (солнечные батареи, солнечные электростанции). Связано это с ежегодным ростом (весьма солидным) производства, снижением цен, многочисленными наработками, упрощающими подбор оборудования и построение систем.

Что это?

Основу любой системы составляют солнечные панели. Они выполняют роль основного источника энергии и, зачастую, становятся наиболее дорогой составляющей.

От их взвешенного выбора зависит:

• производительность домашней электростанции;
• объемы и стоимость работ по монтажу и обслуживанию;
• цена покупки;
• характеристики остальных звеньев.

Критерии выбора

Единственным критерием при проектировании домашней электростанции и выборе оборудования для нее должна стать целесообразность.

Однако понятие это широкое, для его понимания потребуется учет многих факторов:

• Средней и максимальной потребляемой мощности.
• Производительности солнечных модулей.
• Наличия стационарной электросети и режима совместной с ней работы.

• Географического положения местности и климатических условий.
• Финансовых возможностей владельца дома.

Структура домашней солнечной электростанции

Определяется двумя основными положениями:

1. Целью создания и использования.
2. Работой совместно со стационарными электросетями.

Соответственно, рассматривать можно 3 варианта организации солнечного электроснабжения дома:

1. Зависимый от электросети.
2. Полуавтономный с резервированием.
3. Полностью автономный.

Зависимый от сети вариант (электростанция, ведомая сетью)

Такая электростанция строится по простейшей схеме. В ее состав входят:

• Солнечные панели в качестве альтернативного источника энергии.
• Инвертор, преобразующий постоянное напряжение на выходе фотоэлементов в переменное напряжение для потребителей.

Гелиобатареи подключаются на вход инвертора. Его выход соединен с сетью (после счетчика). Основная особенность схемы – отсутствие промежуточных накопителей энергии (аккумуляторов) и устройства для их заряда.

При такой структуре приборы в доме потребляют электроэнергию от солнечных элементов через инвертор. Недостаток мощности восполняется сетью, и, наоборот, ее избыток (например, когда батареи работают в номинальном режиме, а потребители выключены), сбрасывается в сеть.

Достоинства такой схемы:

• Минимальная стоимость по сравнению с другими вариантами.

• Простота настройки и регулировки.

Есть у нее и серьезный недостаток – при отсутствии сетевого напряжения (во время отключения электроэнергии) система не работает.

Автономная схема

В этой системе отсутствует сеть, а электроснабжение дом полностью производится от солнечных батарей.

Такой функционал диктует схему построения:

• Источник энергии – солнечные панели.
• Накопитель (аккумулятор) – берет на себя питание потребителей, когда батареи не вырабатывают электроэнергию (например, в ночное время).
• Контроллер заряда аккумуляторов – устройств, управляющее зарядом накопителей и потребление энергии от фотопанелей.
• Инвертор, как и в предыдущем варианте, преобразующий постоянное напряжение в переменное.

Система работает следующим образом:

• При наличии освещения солнечные батареи вырабатывают энергию.
• Она поступает на вход контроллера, преобразующий ее параметры в нужные для заряда батарей. Аккумуляторы подключены к его выходу.
• К выходу контроллера и зажимам АКБ подключаются входные цепи инвертора. Он преобразует напряжение и подает питание в сеть дома (не путать с централизованной).

Таким образом, при включенных электроприборах они получают энергию непосредственно с солнечных панелей (через контроллер и инвертор), когда светит Солнце. Одновременно, если есть избыток мощности, заряжаются аккумуляторы. Когда солнечный источник не работает, АКБ отдают накопленную энергию (через инвертор) потребителям.

Однако за красивой картинкой обязательно скрываются «подводные камни»:

• Стоимость электростанции выходит весьма значительной.
• Если по каким-либо причинам наблюдается длительный перерыв в работе панелей (поверхность покрыта снегом в зимнее время, дождевые тучи на неделю закрыли Солнце и т.д.), запасенной в аккумуляторах энергии не хватит для работы потребителей.

Решить проблему поможет резервный источник электроэнергии. В вариантах полностью автономных систем его роль может выполнять ветро- или гидро-, дизельный или бензиновый генератор. При наличии сетевого ввода резервным источником выступит стационарная электросеть, а система превратиться в полуавтономную.

Полуавтономная (гибридная) система

Схема такой электростанции практически полностью повторяет предыдущую за единственным исключением – для заряда накопителей используется энергия не только от солнечных панелей, но и от сети. В этом случае контроллер, кроме управления зарядными процессами, получает дополнительную функцию.

В настройках контроллера можно задать приоритет источников:

• При выборе солнечных батарей работающие электроприборы будут, по возможности, запитаны от них, а от сети будут потребляться недостающая мощность и подзаряжаться аккумуляторы.
• При выборе сети до пороговой мощности будет работать стационарный источник, а дополнительную энергию обеспечат гелиопанели.

Монокристаллические

Такие батареи визуально выглядят как панели с сегментами глубокого черного цвета. Получили название за счет конструкции на основе монокристаллов кремния.

Самый существенный недостаток — строгая ориентировка оптических осей кристаллов, что требует точного позиционирования панелей для получения максимальной отдачи. По этой же причине монокристаллы не терпят затенения – генерация энергии значительно снижается.

В настоящий момент обладают самым высоким КПД преобразования – около 22%. При этом стоимость тоже наиболее высокая – порядка 0.9-1.1 доллара за 1 Вт генерируемой мощности.

Поликристаллические модули

Название такие батареи получили за счет размещения на подложке множества кремниевых кристаллов с хаотически ориентированными оптическими осями. Визуально такие модули отличаются синим цветом с «морозным» рисунком.

Естественно, такое расположение кристаллов вызвало потерю КПД преобразования – он находится на уроне 11-16%. Однако это же позволило увеличить эффективность работы при рассеянном свете, что в результате привело к созданию панелей, которые успешно конкурируют с монокристаллическими (при прочих равных, например, размерах) по мощности генерации. Более того, по цене они значительно выигрывают и обходятся в 0.7-0.9 доллара за 1 Вт.

Аморфные

Технология изготовления рабочего тела сходна с поликристаллическими, но в качестве основы выступает аморфный кремний (aSi). При КПД в пределах 8-11% отличаются высокой эффективностью работы в рассеянном свете, могут захватывать и инфракрасный диапазон. В результате обладают лучшей стоимостью – порядка 0.5-0.7 доллара за 1 Вт.

Кроме того, имеют солидное преимущество – гибкую основу. Это означает, что для монтажа не требуется жестких конструкций, материал легко клеится на поверхности любой формы.

Остальные

Модули, предлагаемые производителями, могут быть изготовлены и по другим технологиям:

• Микроморфные, отличаются высокой отдачей при рассеянном и инфракрасном излучении.
• Гибридные, использует несколько полупроводниковых материалов и обеспечивают высокий КПД преобразования (до 44%).
• Полимерные, гибкие с подложкой из полимерных материалов, абсолютные лидеры по стоимости.

Такие предложения следует тщательно изучать, некоторые из них могут оказаться намного выгоднее, чем лидирующие на рынке панели, выполненные по стандартным технологиям.

Вообще, монокристаллические панели можно рекомендовать для установки только жителям южных регионов. Остальным следует выбирать поликристаллы или панели по другим технологиям.

Мощность и количество

Определить, какое количество солнечных панелей необходимо, следует по средней и максимальной мощности потребления. Среднюю легко найти в счетах за электроэнергию – месячное потребление делится на количество дней в месяце. Максимальное находится суммированием мощностей всех имеющихся в доме электроприборов.

Кроме мощности потребителей необходимо учесть:

• Время работы солнечных батарей. Как правило, принимается равным 6 часам, соответственно, мощность генерации нужно кратно увеличить.
• Потери на преобразование при зарядке аккумуляторов и получении переменного напряжения на инверторе. С их учетом необходим запас по мощности не менее 30%.
• Пиковые токи. Например, при средней мощности стиральной машины 500 Вт при работе нагревателя может потребляться до 2 кВт. При пуске насосов или других двигателей, пусковые токи могут превосходить номинальные значения в 5-6 раз. Конечно, львиную долю примут на себя аккумуляторы, но запас модулей по току в 20-30% не помешает.
• Географию и погодные условия местности – коэффициент инсоляции. Найти его для зимнего и летнего времени можно в справочниках.

После расчета необходимой мощности генерации рассчитывается мощность, отдаваемая одной батареей:

Где:

• Кс – стандартный сезонный коэффициент, 0.5 для лета и 0.7 для зимы.
• Wn – мощность панели, заявленная производителем.
• Ki – коэффициент инсоляции, также берется для лета и зимы.

Рассчитанную необходимую мощность генерации делят на оба (летнее и зимнее) значения. Наибольшее из двух чисел будет минимальным количеством панелей, которые потребуются для электроснабжения дома.

Источник