Цели установки солнечных батарей

Солнечные батареи: сфера применения и принцип работы оборудования

Если раньше люди были зависимы от централизованного энергоснабжения, то сейчас у всех есть хорошая альтернатива – солнечные батареи. Такое оборудование идеально для установки в частных домах, дачах, на промышленных объектах. Электростанции стали доступнее по цене и разнообразнее по видам и мощности. В этой публикации мы детальнее рассмотрим принцип работы солнечной батареи, ее виды и преимущества использования в быту и на производстве.

Устройство и история появления солнечных батарей

Человечество уже давно задумывалось об использовании неиссякаемой энергии солнца. Первые попытки предпринимались еще в двадцатом веке. Тогда была разработана концепция термальной электростанции. Однако на практике она показывала очень низкую эффективность, ведь концепция подразумевала трансформацию энергии солнца. Проанализировав первую неудачу, ученые пришли к выводу, что необходимо использовать солнечные лучи напрямую. Такой принцип был открыт в 1839 году. Его основал Александр Беккерель. Однако до появления первых полупроводников прошло немало лет. Они были изобретены лишь в 1873 году. Этот год можно назвать началом работы над современными прототипами электростанций.

Если говорить о том, из чего состоит солнечная батарея, то изначально стоит упомянуть фотоэлементы. Их можно назвать маленькими генераторами. Именно они выполняют основную функцию – собирают энергию солнца. Сегодня есть несколько видов солнечных панелей, о которых будет рассказано в следующем разделе. Однако, независимо от вида, современная панель представляет собой основу определенного размера, на которой размещаются вышеупомянутые фотоэлементы. Эти элементы очень хрупкие, поэтому они дополнительно защищаются стеклом и полимерной подложкой.

Однако солнечные панели – это лишь часть всей электростанции. Также в нее входят другие элементы:

1. Аккумуляторная батарея.
2. Контролер заряда.
3. Инвертор.
4. Стабилизатор.

Каждый из перечисленных устройств выполняет свою функцию. Аккумулятор – накапливает и хранит добытую энергию, контролер – контролирует мощность, подключает и отключает батарею, анализируя уровень заряда. Инвертор называют еще преобразователем. Это оборудование превращает прямой ток в переменный. Благодаря ему электричество можно использовать для бытовых целей. Последней составляющей электростанции является стабилизатор. Он защищает всю систему от скачков напряжения.

Какие виды солнечных батарей существуют?

Есть несколько классификационных признаков, по которым все солнечные панели делятся на разные виды:

1. Тип устройств.
2. Материал изготовления фотоэлектрического слоя.

По типу устройства выделяют два вида: гибкие и жесткие. Первый тип отличается своей пластичностью. Такую панель можно легко скрутить в трубочку, ничего не повредив. Твердая панель не меняет своей формы. По материалу изготовления есть три вида: аморфные, поликристаллические, монокристаллические.

Аморфные батареи могут быть гибкими. Они непривередливы к месту установки, но КПД такого устройства очень низкий. Он составляет не более шести процентов. Поликристаллические изделия отличаются низкой ценой. Однако они более эффективны в пасмурную погоду. В очень жаркую погоду их выработка снижается чуть больше чем у монокристаллических модулей.

Если необходим максимальный эффект от электростанции, то следует отдавать предпочтение панелям с монокристаллическими элементами. Уровень их КПД достигает двадцати пяти процентов. Монокристаллические панели являются более дорогими, так как монокристаллический кремний при производстве требует больших энерго и временных затрат.

Сфера применения солнечных батарей

С разработкой новых технологий и развитием концепции питания от солнечной энергии сфера применения панелей стала довольно широкой. Раньше такие устройства обычно устанавливались на небольших частных домах или дачах. Они применялись исключительно в бытовых нуждах, так как потребляемая мощность была минимальная. Сейчас же есть мощнейшие электростанции, показывающие высокую эффективность работы. По этой причине сфера применения панелей стала больше.

Интересный факт! Энергии, которую выделает Солнце за одну секунду, может хватить для обеспечения электричеством всего человечества на пятьсот тысяч лет.

Солнечные батареи стали активно применяться на промышленных и коммерческих объектах, позволяя значительно экономить на их энергоснабжении. Также панели устанавливают на сельскохозяйственных предприятиях, на фермах, военно-космических объектах. Менее мощные панели применяются для изготовления различных приспособлений для быта: фонариков, калькуляторов, зарядных устройств, др. Они служат источником энергии там, где нет возможности подключиться к центральной сети. Такие приспособления пользуются большим спросом у охотников, рыбаков, любителей походов.

Важно! Солнечные электростанции современного образца будут эффективны везде: как в доме, так и на большом промышленном объекте. Однако для этого они должны быть правильно подобраны по необходимой мощности. Расчет данного параметра должен осуществляться специалистом.

Как работает солнечная панель: принцип работы устройства простым языком

Если предстоит покупка солнечных батарей, то нужно обязательно ознакомиться не только с их устройством, но и с принципом работы. Итак, как работает солнечная панель? Несмотря на внешнюю простоту устройства, принцип работы такой электростанции довольно сложный. Он основан на фотоэлектрическом эффекте, который достигается при помощи фотоэлементов.

Солнечные панели собирают лучи. Они попадают на фотоэлектрический слой. Солнечный свет приводит к высвобождению электронов из двух слоев. На освободившиеся место из первого слоя встают электроны второго слоя. Происходит постоянное движение электронов, что приводит к естественному образованию напряжения на внешней цепи. В результате один из фотоэлектрических слоев приобретает отрицательный заряд, а второй – положительный.

Эти действия приводят в работу аккумулятор. Он начинает набирать и хранить заряд. При этом уровень заряда аккумулятора постоянно контролируется. Если он низкий, контролер включает в работу солнечную панель. В случае высокого заряда это же устройство панель отключает. Далее включается в работу инвертор. Он преобразовывает ток из постоянного в переменный. С его помощи на выходе электростанции появляется напряжение в 220 В. Это дает возможность подключать и питать от электростанции бытовые приборы.

Подключение солнечной панели

Эффективность и правильность работы солнечных батарей зависит не только от их вида, мощности, но и от установки и подключения. Должна быть разработана правильная схема подключения всех элементов электростанции и грамотно выбрано место для установки солнечных панелей. Такую работу можно доверять только профессионалам.

Не секрет, что выходное напряжение одной панели относительно невысокое. Обычно используются несколько батарей одновременно. Все панели должны подключаться параллельно-последовательным способом. Такой тип подключения позволяет обеспечивать максимальную эффективность работы оборудования.

Преимущества, недостатки панелей

Солнечные батареи стали дешевле, что сделало их доступнее для более широкого круга потребителей. Однако перед покупкой каждый человек должен детально ознакомиться с преимуществами и недостатками этого источниками энергоснабжения. Среди его неоспоримых достоинств стоит отметить следующие:

• экологическая безопасность. В наше время экология – это одна из насущных проблем. Солнечные электростанции работают без вреда окружающей среде. Они не выделяют при работе вредных веществ;
• быстрая окупаемость. Стоимость электричества, как для бытовых пользователей, так и для предприятий, постоянно растет. С установкой панелей удается полностью или частично перейти на альтернативный источник энергии, являющийся абсолютно бесплатным и доступным каждому. Благодаря этому, покупка и установка оборудования окупается за считанные годы работы;
• легкость использования электростанции. Несмотря на сложное устройство и принцип работы, эксплуатировать станцию довольно просто. Главное – следить за исправностью ее составляющих и не экономить на обслуживании, которое требуется не так часто;
• быстрая установка. Профессионалы монтируют все элементы станции буквально за несколько часов или дней (в зависимости от количества панелей, мощности, др.). Больше времени занимает подбор составляющих и покупка оборудования.

Недостатки у таких установок тоже имеются. Самый основной заключается в дороговизне оборудования. Однако не стоит забывать, что большой вклад при покупке быстро окупится многолетним бесплатным использованием энергии солнца. Вторым серьёзным недостатком солнечных панелей является их зависимость от внешних факторов. Эффективность их работы зависит от погоды, температурных условий, положения по отношению к Солнцу, от чистоты поверхности.

Как достичь максимальной эффективности работы батарей?

Солнечную электростанцию имеет смысл ставить только в регионах с длительным световым днем. Там, где день короткий, можно применять панели только в качестве дополнительного источника света, но не основного. Как уже было замечено, разные виды солнечных батарей имеют свой КПД. Чтобы добиться максимального эффекта, следует выбирать устройства с максимальной производительностью, несмотря на их дороговизну.

Большую роль будет играть правильность расчета мощности всей установки. Это позволит подобрать необходимый размер и количество панелей, мощность других комплектующих станции. Также залогом эффективной работы панелей является мощный аккумулятор. В системе должно быть два аккумулятора, особенно в зимнее время года. Второй аккумулятор позволит накапливать достаточно энергии для обеспечения электричеством объекта в короткие световые дни.

Нельзя забывать и о других факторах, которые влияют на работу станции. Панели должны быть расположены под правильным углом, их нужно обязательно держать в чистоте. В противном случае, КПД батарей будет значительно снижаться.

Источник

Окупаемость солнечных батарей, расчет и сроки рентабельности, целесообразность установки

В статье попытаемся разобраться, какой срок окупаемости имеют солнечные электростанции, установленные в частном доме, коттедже, частном доме. Следует отметить, что расчет или примеры стоит рассматривать в разных конфигурациях:

Цель установки солнечных батарей и использования солнечных электростанций:

1. Дом не имеет центрального электроснабжения, планируется применение только солнечных панелей для получения энергии.
2. Отсутствие центрального электроснабжения, но солнечные панели будут применяться совместно с топливным генератором.
3. Имеется центральное электроснабжение от имеющихся сетей, но задача стоит в переходе на альтернативные источники энергии, когда это возможно, и экономия затрат на электроэнергию.

Для примера возьмем бюджетную солнечную электростанцию, в ее состав входят:

• 4 солнечные батареи мощностью 300Вт.
• Инвертор мощностью 2,4кВт.
• 2 АКБ емкостью 200А.ч. каждый
• Комплектующие (крепления, кабель, автоматы, коннекторы)

Стоимость такого комплекта составит около 120 тыс. руб.

Данный комплект вырабатывает 1200Вт. электроэнергии в час, т.е. в летний день выработка составит до 10 кВт (среднее значение 6-8 часов максимальной мощности, и до 4-х часов 50-30%). Инвертор позволяет подключить номинальную нагрузку до 2400Вт. и кратковременно 4800Вт. (не более 3 сек. для больших пусковых токов насосов, компрессоров и др. оборудования имеющего резкий скачек мощности при запуске). Этого вполне достаточно для питания дома площадью около 100м2.

Аккумуляторы запасают в себе около 4кВт часов энергии. Часть ее расходуется при недостатке мощности солнечных батарей, когда подключенная нагрузка превышает выработку солнечными панелями. Недостаток берется с аккумуляторов. А так же в ночное время, учитывая, что ночью потребление энергии минимально, и этого запаса вполне может хватить на всю ночь.

Сроки окупаемости солнечных батарей:

1. Что касается первого варианта, когда дом не имеет подключения к сети, то здесь окупаемость можно считать с первого дня, так как стоимость присоединения к сетям может составлять от 50 до 500 тыс. руб. и выше в зависимости от технических возможностей и удаленности электросетей.

1. Второй вариант с генератором наиболее оптимальный. В ночное время, при высоких нагрузках и в пасмурные дни, он будет подпитывать систему. Расход топлива составляет в среднем около 3-х литров в час, плюс регулярное обслуживание, итого имеем 130руб. в час + регулярное ТО около 1000руб. раз в 1-3 мес. Но это гораздо меньше, чем использование только генератора. Так как солнечная энергия будет покрывать 50-100% от необходимого количества энергии. В большинстве случаев отсутствия центрального электроснабжения, мы рекомендуем именно такой вариант. Здесь срок окупаемости трудно рассчитать, он зависит от многих факторов, количества пасмурных дней, общей нагрузки, региона размещения, самого генератора (тип, используемое топливо, мощность). Но в среднем можно сказать, что срок составит около 5 лет, на основе расчетов по разным регионам и с различными условиями.

1. Вариант установки солнечных батарей при имеющейся центральной сети имеет наибольший срок окупаемости, от 10 лет и выше. Но здесь стоит учитывать другие плюсы:

• Бесперебойное питание при отключении электричества (аварии, ремонтные работы), что очень важно для большинства потребителей.
• Экономия в солнечные дни, до 100% энергии будет расходоваться именно от солнечных батарей.
• Экологически чистая энергия (нет шума и выхлопных газов от генератора, зеленая энергия как плюс для экологии)
• Срок службы солнечных батарей до 30 лет, установили и забыли.
• С учетом инфляции и повышения тарифов сроки уменьшаются.

Зеленый тариф для физ. лиц использующих возобновляемые источники энергии (ВИЭ):

В данный момент в думе, в первом чтении принят закон о зеленом тарифе, при его окончательном согласовании появится возможность отдавать излишки энергии в сеть, при этом получать за это деньги. Оплата будет осуществляться за каждый кВт отданный в сеть. Максимальная мощность»объекта микрогенерации» составляет 15кВт, т.е. ежечасно можно продавать электричества на 50-60руб. (400-500руб/день) (тарифы для микрогенерирующих объектов еще утверждаются) Так же плюс этого способа, возможность использовать сетевые инверторы, которые могут работать без аккумуляторов, что позволит сделать систему дешевле на 30% от существующих цен. Так как АКБ являются расходниками в солнечных электростанциях, срок их службы составляет 5-7 лет. Но это уже тема для другой статьи, в дальнейшем мы опишем принцип работы сетевых электростанций, все нюансы, плюсы и минусы.

Стоит сделать вывод, что использование солнечных батарей уже сейчас является выгодным вложением денег и залогом энергетической независимости и безопасности .

Можно подбирать комплекты различной мощности и ценовой категории, тем более, что большинство из них можно наращивать в процессе эксплуатации. Начать с малого количества и постепенно добавлять панели в систему.

Наши специалисты готовы подробно проконсультировать по подбору оборудования, рассказать все нюансы и выбрать комплект который подойдет именно для ваших задач.

Источник