Солнечные батареи автономного типа

Автономные солнечные электростанции для дома

28 сентября 2018

Время на чтение:

Повышение стоимости электричества, а также сложности с подключением и обслуживанием энергосетей заставляют потребителей искать альтернативные решения. Дешевый способ обеспечения энергонезависимости — установка бензиновых и дизельных генераторов, но для их работы нужно недешевое топливо. Дорогое решение — солнечные электростанции. Они стоят немало, но энергию дают дармовую.

Принцип работы

Солнечные станции для дома состоят из фотоэлементов, способных преобразовывать лучи светила в электроэнергию. Видов ФЭП очень много, но по-настоящему эффективными считаются лишь несколько из них. Остальные находятся на начальных стадиях разработки и их перспективы туманны.

Сегодня наиболее распространены панели на основе кремния. В них фотоэлементы состоят из двух слоев этого материала. Каждый из них имеет свои физические свойства. Когда на ФЭП попадают фотоны, между слоями кремния возникает разность потенциалов, заставляющая двигаться электроны. Так появляется электрический ток.

Кремниевые фотоэлементы могут быть монокристаллическими и поликристаллическими. Первые дают больше энергии, но при этом стоят дороже.

Отличить разные типы ФЭП друг от друга можно по внешнему виду. Монокристаллические панели имеют вид прямоугольников с обрезанными углами. Форма у поликристаллических элементов квадратная.

Повышенная производительность первого типа ФЭП объясняется чистотой кристаллов кремния. КПД таких панелей достигает 22%. Выработанная энергия собирается в аккумуляторах. Она расходуется в ночное время и пасмурные дни. Накопительные батареи могут быть различной емкости. Их защиту от перезаряда обеспечивает контроллер, в котором имеются выходы, позволяющие подключать приборы, потребляющие постоянный ток.

Еще один важный элемент системы — инвертор. Этот прибор переводит постоянный ток в переменный, необходимый для работы электроприборов в домашней сети. Также имеется распределительный щиток. С его помощью владелец автономной солнечной электростанции для дома может перераспределять мощность на различные приборы и менять напряжение.

Типы солнечных электростанций

Существует несколько разновидностей солнечных электростанций. Большинство из них предназначены для получения энергии в промышленных масштабах. Наиболее распространены следующие виды:

• Башенная. В основе ее работы лежит принцип испарения воды при нагреве солнечной энергией. Вокруг башни находятся отражатели, концентрирующие свет на ее вершине, где расположен резервуар с жидкостью, окрашенный в темный цвет. Они крепятся на опорах с автоматической регулировкой ориентации относительно солнца. Работают солнечные электростанции такого типа следующим образом: полученный от нагрева пар направляется в турбогенератор, находящийся в основании центральной конструкции, и там происходит выработка энергии.
• Тарельчатые. Принцип работы таких станций похож на башенные, но конструктивно они сильно различаются. Здесь каждый модуль имеет собственный приемник и отражатель, направленный на него. Последний состоит из сборки зеркал. Основа системы — двигатель Стерлинга, соединенный с турбиной. Особенность тарельчатых станций в том, что здесь каждый модуль самостоятельно производит электричество.
• Параболоцилиндрические. В них также происходит нагрев теплоносителя за счет света солнца. Только отражатели здесь имеют форму параболического цилиндра длиной до 50 метров. Перед ними на штангах закреплена труба с жидкостью. Нагретый теплоноситель через теплообменник превращает воду в пар, вращающий турбину генератора.
• Фотоэлектрические. Это без преувеличения самые популярные станции. Их используют как в промышленности, так в частных домах. В их основе кремниевые элементы, обладающие достаточной производительностью для снабжения электроэнергией небольших объектов. Такие батареи часто устанавливают на крышах домов.

В конце 30-х годов прошлого века во Франции была запатентована идея солнечно-вакуумной электростанции. Ее реализовали лишь в 1982 году в Испании. В основе системы лежит движение воздуха, возникающее из-за разницы температур. Широкое распространение она не получила из-за небольшой производительности.

Особенности бытовых батарей

В нашей стране такие решения для организации автономного энергоснабжения имеет смысл использовать в южных регионах. Только там есть достаточное количество солнечного света. В северных районах необходимое освещение получить сложно или вовсе невозможно.

Конечно, существуют энергостанции, способные работать в любых условиях. У них неплохой КПД, вот только стоят они очень дорого. Учитывая их цену, дешевле использовать бензиновые генераторы.

Бытовые солнечные электростанции, как правило, почти не используются для обеспечения током всей энергосистемы дома. Их устанавливают, чтобы питать основные бытовые приборы: холодильник, стиральную машину, телевизор.

Электростанции на солнечных батареях для дома делятся на 2 категории: постоянные и временные. Первые аккумулируют энергию постоянно, чем обеспечивают бесперебойную работу всех приборов в здании. Вторые дают временную автономность в случае необходимости. То есть, постоянной подпитки электросети дома от них нет.

По мощности бытовые солнечные батареи делятся на 3 типа:

• Слабые. К ним относятся все станции, вырабатывающие меньше 5 кВт в сутки. Такие системы используются как резервные источники питания. Они способны обеспечить током лишь небольшое количество приборов. Для полноценного электроснабжения их недостаточно.
• Средние. Это батареи, способные генерировать более 5кВт энергии. В теории этого должно хватать для полного обеспечения семьи из 3 человек. Однако, на практике такой производительности все еще недостаточно.
• Мощные. Такие устройства генерируют более 10 кВт. Их достаточно для обеспечения комфортной жизни в частном доме. На самом деле постоянно будут использоваться около 7 кВт. Остальная энергия будет в запасе. Если владелец дома решил обеспечить энергонезависимость дома, то ему нужно выбирать солнечные батареи именно такой мощности.

Существуют и более производительные станции. Но использовать их для энергоснабжения частных домов нецелесообразно. Домашние солнечные батареи и так стоят недешево, а производительные будут очень дорогими. При этом бо́льшая часть генерируемого электричества использоваться не будет.

Сроки службы

Солнечные батареи нужно регулярно обслуживать. Речь идет о замене выходящих из строя компонентов. У хорошей станции срок службы отдельных элементов составляет:

• Солнечная панель — 40 лет.
• Крепежные элементы батареи не имеют срока службы. Они могут быть повреждены только во время стихийного бедствия.
• Инвертор. В зависимости от качества устройства оно может прослужить от 3 до 20 лет. Китайские и российские модели работают всего 3−4 года.
• Контроллер заряда. Хороший образец функционирует без поломок в течение 15 лет.
• Фотоэлектрический инвертор должен проработать десятилетие. Дешевые аналоги из Китая имеют срок службы в 3 раза меньше.
• Аккумуляторы. Гелевые модели в среднем работают 4 года. Автомобильные батареи — не больше 2 лет.

Стоимость солнечных панелей пусть медленно, но постоянно снижается. Электронные компоненты для построения домашних станций становятся надежнее. Возможно, что через десятилетие батареи на ФЭП будут вполне доступными по цене и их обслуживания будет обходиться гораздо дешевле.

Источник

Сравнительный обзор различных видов солнечных батарей

Сейчас доступен такой вид альтернативной энергии, как солнечная. При помощи размещения специальных солнечных батарей можно получать электричество, которое полностью сможет покрыть все ваши энергозатраты. Но здесь одной батареи будет недостаточно, понадобится целая система. Количество панелей зависит от их мощности, типа и потребляемого количества энергии. Перед тем как обзавестись собственной солнечной электростанцией, ознакомьтесь с видами солнечных батарей и выберите для себя оптимальный.

Что такое солнечная батарея

Главная задача солнечной батареи – это преобразовать солнечный свет в электроэнергию. То есть за счет установки нескольких конструкций можно обеспечить дом током, не прибегая к использованию общей электросети. Солнечные панели являются экологически чистым способом преобразования света в ток, при этом они выдают самый высокий показатель эффективности в отличие от других альтернативных источников энергии.

Панель представлена в виде прямоугольника. Размер панели схож с шифером. Это самый распространенный тип. На ней размещено 36 элементов, которые покрыты фотопленкой или стеклом. При помощи соединения и специальных туннелей свободные электроны, которые образуются под действием солнечного света, передвигаются и накапливаются в виде постоянного тока в аккумуляторе. Когда там собирается необходимое количество тока, он при помощи инвертора перерабатывается на переменный с нужным напряжением 220В. Но, чтобы обеспечить дом электроэнергией полностью или частично, понадобится несколько таких солнечных панелей. Важным элементом системы являются крепления для солнечных панелей.

Виды кремниевых батарей

Наиболее популярными являются кремниевые батареи. Они отличаются долговечностью и качественной работой. Их различают два вида: монокристаллические и поликристаллические.

Монокристаллические

Такой вид батарей относится к самым дорогостоящим, потому что они изготавливаются из высококачественных материалов при соблюдении сложного технологического процесса. Главным материалом служит слой из специально выращенных кристаллов кремния. Готовые панели представляют собой бруски с кремниевой решеткой темно-синего цвета с закругленными краями. В процессе производства модуль разрезают на более тонкие пластины.

В результате использования качественного сырья и сложного процесса производства кремниевые монокристаллические панели достигают наивысших показателей производительности (КПД до 25%), а также отличаются длительным сроком эксплуатации с минимальным процентом деградации (около 5% за 25 лет). Высокий показатель эффективности достигается за счет использования всей поверхности модуля, даже захватывая рассеянный солнечный свет.

Несмотря на дороговизну монокристаллических конструкций, они быстрее себя окупают. Кроме того, из-за высокой мощности и производительности их можно использовать в меньшем количестве, тем самым экономя на площади. Однако нужно постоянно за ними ухаживать, так как малейшее загрязнение или затемнение приводит к существенному снижению выработки.

Поликристаллические

В производстве поликристаллических модулей участвует несколько кристаллов. По своим качествам они уступают монокристаллическим. Во-первых, это связано с использованием низкокачественного кремния, а во-вторых, с более простым процессом производства. В их основу заложен материал, который получен при переработке непригодных монокристаллических батарей и залит в формы, поэтому батареи имеют неоднородный цвет синего оттенка.

Солнечные панели из поликристаллов довольно тонкие, но ввиду меньшей производительности их потребуется больше, чтобы обеспечить себя необходимым количеством энергии. Но, несмотря на существенные минусы, поликристаллические солнечные батареи пользуются большой популярностью. Это связано с тем, что они менее прихотливы к захватыванию солнечного света и работают с большей отдачей в пасмурную погоду. Кроме того, с каждым годом инженеры работают над повышением величины КПД поликристаллических модулей, что в скором времени приблизит их к показателю 20-22%.

Виды пленочных батарей

Теперь рассмотрим виды солнечных батарей пленочного типа. Пленочная панель достаточно недавно появилась в сфере получения альтернативной солнечной энергии. На сегодняшний день они не пользуются большой популярностью, в том числе и из-за высокой стоимости, но имеют свои преимущества. Они бывают нескольких типов. Рассмотрим каждый из них: на основе теллурида кадмия и на основе Cigs.

На основе теллурида кадмия

Первый тип пленочной солнечной панели произведен на основе теллурида кадмия. Данное решение оправдано высоким уровнем поглощения кадмием солнечного света. Еще несколько десятков лет назад кадмий активно применялся в космосе, но никак не для домашнего использования, потому что он обладает высокой степенью ядовитости. Но при пользовании солнечными панелями он не составляет угрозы для человеческого здоровья. Все испарения, полученные при его активации солнечной радиацией, уходят в атмосферу.

На основе CIGS

Вторым представителем пленочных солнечных батарей выступают панели на основе использования CIGS. Это полупроводник, который состоит из таких элементов как галлий, медь, индий и селен. Они имеют схожую структуру с кадмиевыми панелями, гибкие и отличаются широким способом применения. Солнечная панель на основе полупроводника CIGS используется в космических спутниках, при производстве жидкокристаллических мониторов или в качестве портативных туристических приспособлений для получения энергии.

Пленочная панель на основе галлия – это новое направление в сфере источников питания. В отличие от кадмиевых батарей эффективность их работы достаточно высока, от 15 до 20%, поэтому они составляют прямую конкуренцию монокристаллическим батареям. Если научно-исследовательским центрам удастся снизить себестоимость производства таких панелей, то они смогут стать лидерами на рынке данной продукции.

Амфорные батареи

Еще одним типом солнечных батарей являются амфорные модули. Такая солнечная батарея производится из амфорного кремния и отличается от стандартных кремниевых батарей способом изготовления. Здесь используется не чистое сырье, а его гибрид, а если быть точнее, то горячие пары, которые осаждают подложку. Принцип напоминает больше производство пленочных батарей. Результатом подобной работы становятся готовые солнечные панели, однако при этом не нужно выращивать кристаллы, что резко сокращает и время, и затраты на производство. Основным материалом выступает силан.

Сегодня на рынке солнечных панелей амфорные модули представлены тремя поколениями. Основная разница между панелями заключается в эффективности их работы. Если первый вариант солнечной панели был выпущен с заявленными характеристиками КПД максимум 5%, второе поколение достигло 9%, то на сегодняшний день их показатель уже равняется 12%. Они не такие распространенные, так как остаются в цене предельно дорогими, но при этом уступают в производительности кремниевым солнечным панелям.

Особые характеристики амфорных батарей:

• Возможность применять гибкую панель на любых участках, строениях или архитектурных объектах.
• Стабильная работа при критически высоких показателях температуры.
• Долгий срок службы – до 25 лет.
• Невысокий процент КПД.
• Лучшая производительность наравне с другими панелями при рассеянном солнечном свете.

Если обратиться к практике, то батарея из амфорного кремния активно используется в качестве тонких пленочных модулей. Это связано с особенностью производственного процесса, где в результате получается панель на гибкой, а не на твердой подложке. Как бы ни казалось странным, амфорные батареи стоят дороже, особенно за счет своей эластичной структуры. Наибольший спрос на них в северных районах, так как благодаря физико-химическому составу модулей им свойственно поглощать солнечную энергию даже при слабом рассеянном свете.

После описания всех видов солнечных панелей остается только сделать вывод, какие модули лучше всего выполняют функцию выработки электроэнергии. Дать однозначный ответ нельзя, потому что необходимо отталкиваться от финансовых возможностей и от желаемой мощности солнечной батареи. Первое место специалисты отдают монокристаллическим панелям ввиду их высокой эффективности и долгого срока службы, однако данный показатель не всегда является значимым. Здесь важно оценить все технические характеристики работы панелей в комплексе, а также сопоставить их стоимость.

Источник