Солнечные отражатели для солнечных батарей

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТРАЖАТЕЛЕЙ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ВЫХОДА СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ

Продолжающееся снижение стоимости производства солнечной энергии в домашних условиях привело к резкому увеличению скорости установки как для бытового, так и для коммерческого использования. Увеличение выработки за счет отражения может сделать этот вариант еще более доступным энергоснабжением.

Большинство достижений в производстве солнечной энергии связано с увеличением эффективности фотоэлектрических элементов; цель состоит в том, чтобы увеличить количество ватт, произведенный за определенный период. Джошуа М. Пирс, профессор инженерного дела в Мичиганском технологическом университете, недавно опубликовал статью в Green Building Advisor, которая демонстрирует результаты его исследований по этому вопросу. Работая совместно с исследовательской группой в Канаде, его команда продемонстрировала, что использование зеркал или отражателей для дополнительного освещения панелей может повысить их производительность на целых 30%.

Это дешевое дополнение для увеличения мощности от солнечных батарей еще не очень широко распространено. По словам доктора Пирса, это в основном связано с обеспокоенностью со стороны производителей и их гарантий. Расчет производительности и долговечности панелей основан на предположениях об очень удельном подводе энергии. Если через отражатель на панели поступает больше света, колебания температуры самих панелей будут больше, а выход энергии будет менее предсказуемым. По словам Пирса, многие производители излишне обеспокоены тем, что это может привести к потенциальным сбоям.

Чтобы противостоять тому, что он считает ложным выводом, Пирс и его команда разработали надежную методику, которая может предсказать воздействие отражателей на панели. Они используют модели двунаправленного распределения отражательной способности (BRDF), которые рассчитывают, как свет отражается от неровной поверхности, и прогнозируют его дисперсию. Это позволяет предсказать, как свет будет реагировать со всеми типами отражателей, даже несовершенных, поскольку отражатели не обязательно ведут себя как зеркала.

Модель была протестирована в реальных условиях в Кингстоне, Онтарио, и дала впечатляющие результаты: эффективность возросла на 45% в случае панелей со слабыми углами и на 18% при тестировании с системой, имеющей панели с оптимальными углами. По словам Пирса, в большинстве случаев с хорошо расположенными солнечными батареями собранная энергия должна возрасти в среднем на 30% с включением отражателей.

Источник

Солнечный концентратор: какие существуют виды, сравнение, видео как сделать своими руками

Человеческая цивилизация – самое опасное для планеты явление, оказывающее крайне негативное влияние на состояние экосистемы. Среди многих отрицательных факторов следует остановиться на одном – увеличении в атмосфере углекислого газа. Он запускает в действие необратимое увеличение температуры с непредсказуемыми последствиями. Для минимизации явления на международном уровне принято решения об альтернативной возобновляемой энергетике. Один из ее видов – солнце, для использования его тепловой энергии применяется солнечный концентратор .

Виды конструкции

Задача концентраторов – собрать с большой площади тепловые инфракрасные лучи и направить их в одну точку для передачи энергии носителям. Приемные коллекторы нагреваются до +350–700°С, рабочая температура поддерживается в пределах +600°С, что объясняется физическими свойствами применяемых теплоносителей. Какие схемы применяются при создании солнечных концентраторов?

Параболическая

Агрегаты состоят из лотков параболической формы, лучи фокусируются на установленных металлических трубках черного цвета. Для уменьшения потерь они закрываются стеклянной трубкой – потери минимизируются за счет исключения конвекции воздушных потоков. Тепло солнца передается теплоносителю (солевой расплав из 60% натриевой и 40% калийной селитры), небольшие станции используют простые растворы. Надо знать, что чем ниже плотность жидкости, тем меньше она накапливает энергии, а это уменьшает и так слабый коэффициент полезного действия оборудования.

Установки оснащаются одноосными или двуосными системами слежения за положением солнца, в редких случаях делаются стационарными. Именно такой солнечный концентратор своими руками можно сделать на приусадебном участке, место солевых растворов использовать обыкновенную воду. Недостаток – низкая эффективность повышает стоимость произведенной энергии. Преимущества: сглаживают пиковые нагрузки гибридной системы, на сегодняшний день выработано 4500 ГВт/ч, накоплен большой практический опыт работы установок. У параболических антенн самый простой механизм слежения.

Тарельчатая

Внешним видом и принципом действия напоминает спутниковую антенну, только последняя концентрирует электромагнитные волны кроткого диапазона, а первая тепловые инфракрасные электромагнитные волны. Приемники энергии устанавливаются в фокусе каждой антенны, теплоноситель может нагреваться до +1000°С. Электрическая энергия вырабатывается компактными генераторами непосредственно в антенне. Такие станции применяются как для автономного питания небольших потребителей, так и для подключения к существующим электрическим сетям (в гибридном режиме). Диметр зеркал достигает 7 м, мощность ≈ 25 кВт, КПД до 29%. Недостатки: по многим техническим параметрам не отвечают требованиям потребителей, большой популярностью не пользуются. Достоинства: может регулировать пики нагрузок в сети, имеет высокие параметры преобразования, модульность, работают в гибридных системах.

Башенная

Лучи фокусируются на удаленной башне с теплоприемником, система автоматического слежения за положением солнца обеспечивает постоянную концентрацию лучей в одной точке. Нагретая жидкость подается на генератор или закачивается в хранилище, тепловая энергия из него используется ночью или в облачную погоду. Упрощенный башенный солнечный концентратор для отопления может использоваться для обогрева зданий и сооружений, в том числе и частных домов. Температура жидкости в башне превышает +1000°С, тепло используется для производства электрической энергии, в технических целях или для систем отопления.

Сравнительные технические характеристики различных концентраторов

В настоящее время идеального решения нет, каждый вид оборудования имеет свои сильные и слабые стороны. В таблице даны характеристики действующих промышленных солнечных станций с различными видами концентраторов.

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:

Целью создания и использования.
Работой совместно со стационарными электросетями.

Соответственно, рассматривать можно 3 варианта организации солнечного электроснабжения дома:

Зависимый от электросети.
Полуавтономный с резервированием.
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