Статья про солнечные панели

Виды солнечных батарей, их особенности, эффективность и установка

В недавнем прошлом мы не могли и подумать о бесплатном электричестве из солнечной энергии. Солнечные батареи казались чем-то из мира фантастики. Ещё лет 20─30 назад они применялись только в космической отрасли. Но технологии стремительно развиваются и всё больше людей используют альтернативные источники энергии. Оборудование для этого постепенно дешевеет и становится более удобным для эксплуатации. Сегодня уже без проблем можно купить автономную солнечную электростанцию для обеспечения потребностей в электроэнергии частного дома. Солнечная энергия неисчерпаема и мы её получаем совершенно бесплатно. Кризисные явления последних лет только сильнее стимулируют людей к экономии. Появилось немало предприятий, которые занимаются выпуском солнечных батарей как за границей, так и в России. Гелиосистемы особенно популярны в частном секторе. Ведь свой дом гораздо легче модифицировать под альтернативные источники энергии, чем многоквартирный дом.

Устройство и принцип работы солнечных батарей

Солнечные батареи улавливают солнечный свет и генерируют электрический ток. Принцип их действия основан на фотоэлектрическом эффекте. Электрический ток генерируется благодаря эмиссии электронов при нагревании полупроводника фотоэлемента. Подробнее о принципе работы солнечной батареи читайте в статье по ссылке. Основа фотоэлектрического элемента – это кремний. КПД фотоэлектрических элементов в теории доходит до 30 процентов при выдаваемой мощности 300 ватт. Но в реальных условиях эксплуатации таких результатов добиться не получается. КПД обычно находится на уровне 12─15%.

Существуют следующие типы:

• Тонкопленочные;
• Монокристаллические;
• Поликристаллические.

Тонкопленочные батареи представляют собой гибкие, складывающиеся панели или даже плёнку. Их плюс заключается в небольших габаритах, мобильности, доступной цене и т. п. Но эффективность их работы оставляет желать лучшего. КПД таких гибких солнечных панелей редко поднимается выше 6%. Они в основном используются в power bank, а также мобильных гаджетах для их подзарядки вдали от электрических сетей.

Монокристаллические фотоэлементы изготавливаются на основе монокристаллов кремния. По внешнему виду такие элементы можно отличить по равномерному синему цвету. Этот тип панелей специалисты рекомендуют устанавливать в регионах, где часто бывает область. Они способны эффективно улавливать рассеянный солнечный свет.

Подробнее о КПД солнечных батарей читайте в статье по указанной ссылке.

Здесь ещё следует упомянуть такой момент. Солнечные батареи не эксплуатируются сами по себе. Они работают в составе автономных гелиосистем. В них входят следующие элементы:

• Солнечные батареи. Они используются по одной или объединяются в цепи. Количество батарей зависит от того, какие электрические параметры нужно получить на выходе;
• Контроллер. Это устройство на базе электронной микросхемы управляет распределением тока в сети и зарядом накопительных аккумуляторов. Читайте подробнее про контроллер заряда солнечной батареи;
• Инвертор. Преобразует постоянный ток от фотоэлементов (12─48 вольт) в переменный (220 вольт, 50 Гц) как тот, что подаётся в бытовых электросетях. От него обеспечивается питание бытовых приборов. Подробнее можно узнать в статье про инвертор для солнечных батарей;
• Аккумулятор. Может быть один или несколько. В солнечный день батареи работают на полную мощность, а ночью простаивают. Поэтому для накопления электроэнергии используются аккумуляторы. Они накапливают заряд днём и отдают его ночью. Для более подробной информации читайте материал про аккумуляторы для солнечных батарей;
• Провода, крепёж и т. п.

Расчёт солнечных батарей и их эффективность

Перед приобретением гелиосистемы нужно провести простые расчёты для того, чтобы понять какой мощности требуется установка. Обычно солнечные батареи выполняются из фотоэлементов, число которых кратно 36. Чтобы понять, сколько вам потребуется панелей, нужно подсчитать расход электричества в вашем доме. Для этого, соберите квитанции за электричество в течение года и просуммируйте киловатты, потраченные за это время. Далее делите на 12 и получаете средний расход за месяц. Полученный результат ещё умножается на 16. Этот коэффициент был получен на основе реальной эксплуатации гелиосистем в российском климате.

Эффективность солнечных батарей

Если говорить об экономической выгоде и оправданности использования солнечных батарей, то в западном мире больше заботятся о состоянии окружающей среды. Но нашего человека можно заинтересовать только экономической выгодой. А здесь ситуация неоднозначная.

С учётом сегодняшней стоимости электричества и российского климата солнечные батареи для энергоснабжения частного дома окупаются примерно за 5 лет. Это приблизительные цифры, поскольку в южных регионах они могут окупиться быстрее, а на севере медленнее. Срок службы полупроводниковых фотоэлементов в батарее около 25 лет. То есть, за пять вы возвращаете стоимость оборудования, а потом получаете бесплатную электроэнергию.

Но здесь нужно помнить, что аккумуляторы в солнечной системе придётся менять регулярно (примерно раз в 5 лет). А если их несколько, то это влетит в копеечку.

Установка солнечных батарей

Для установки солнечных батарей используются различные места: крыша, фасад, свободное место на участке. В идеале фотоэлементы должны быть направлены к солнечным лучам под углом 90 градусов. Так достигается наибольший КПД. Для панелей даже существуют специальные держатели, которые с помощью датчика отслеживают положение солнца, и автоматически корректирую положение. Но в большинстве случаев солнечные панели просто крепятся на южную сторону под углом, равным широте вашего региона.

Расположение солнечных батарей

• Крыша. Это решение выглядит очевидным, но не всегда это самый оптимальный вариант. К тому же, скат крыши, где крепятся солнечные панели должен выходить на юг. Не забывайте, что в процесс эксплуатации поверхность батарей нужно чистить от грязи, пыли, снега. А на крыше это делать труднее всего;
• Фасад, стены. Здесь такое же правило, что и с крышей. Стена должна выходить на юг. Тогда на ней можно размещать солнечные батареи. Перед установкой внимательно проверьте, не падает ли на эту стену тень от других построек, деревьев и т. д. Если тень есть даже непродолжительное время, устанавливать батареи там не стоит. А также не подвешивайте их на западной и восточной стенах. В этом случае на фотоэлементы будут попадать косые лучи практически всё дневное время;
• Установка на свободном месте участка. Это наиболее свободный вариант в плане выбора места и эффективности. Но это требует дополнительного места, на которое не падает тень в течение дня. При таком расположении панели часто закрепляют на шарнирах, чтобы они могли менять расположение вслед за солнцем.

Плюсы и минусы

• Экологичность. Солнечные батареи не наносят ущерба окружающей среде. Здесь нет никаких продуктов сгорания, как на ТЭС;
• Автономность. Можно обеспечить энергоснабжением дома, которые находятся далеко от энергосетей;
• Длительный срок эксплуатации фотоэлементов;
• Солнечная энергия бесплатна. Это значит, что после окупаемости гелиосистемы, вы будете получать электричество бесплатно.

• Небольшая эффективность в северных регионах, а также там, где частые осадки и постоянная облачность;
• Уход при эксплуатации. Поверхность солнечных батарей нуждается в периодической чистке. Нужно убирать грязь, снег, пыль. Это может представлять серьёзную проблему при размещении панелей на крыше;
• Высокая стоимость гелиосистем. Помимо батарей, туда входит немало дорогостоящего оборудования;
• Невысокий КПД;
• Большой срок окупаемости.

Источник

Солнечные батареи: особенности и сферы применения

Солнечные батареи – это популярный во многих странах источник дешевого электричества. Используя природные ресурсы, человек научился добывать электроэнергию не только из воды, потоков ветра и горения полезных ископаемых, но и из солнечных лучей. Стоит понимать, что солнечные панели являются частью системы, сами по себе они не будут генерировать полезный электрический ток. Разберемся, какие бывают солнечные батареи, и стоит ли их устанавливать.

История развития

Свое развитие батареи солнечные начали еще в далеком XIX веке. Предпосылкой этому стали революционные исследования о преобразовании энергии Солнца в более материальную составляющую.

Первые солнечные панели имели КПД всего 1%, а их химической основой являлся селен. Первый вклад в развитие таких элементов питания внесли А. Беккерель, У. Смит, Ч. Фриттс.

Но использование всего 1% от всей энергии, поступающей на солнечную панель – это очень мало. Данные элементы не могли обеспечить бесперебойное питание техники, поэтому исследования продолжались.

В 1954 году трое ученых – Гордон Пирсон, Дэррил Чапин и Кэл Фуллер – изобрели батарею уже с КПД 4%. Она работала на кремнии, а впоследствии ее КПД было увеличено до 20%.

На данный момент солнечные батареи продуцируют только 1% от всей энергии в мире. Их в основном проводят в места труднодоступные для электрификации. Широко применяют этот источник питания в космической промышленности. Специалисты считают, что такому аккумулятору открыты все пути, ведь с каждым годом солнечная активность возрастает.

В наших широтах данные элементы питания устанавливают в частных домах при экономии энергопотребления и заботе об окружающей среде.

Плюсы и минусы солнечных батарей

Солнечная батарея обладает своими преимуществами и недостатками. Рассмотрим их более подробно.

Плюсы:

• Высокая экологичность. При эксплуатации не используются невосполнимые ископаемые, не возникает отходов.
• Отсутствие шума.
• Доступность. Каждый уголок Земного шара освещается Солнцем.
• Постоянство. Если ископаемые могут закончиться, их выработка уменьшиться, то наcчет солнечной энергии беспокоиться не стоит. По данным ученых, нашему светилу еще долго ничего не грозит.
• Обширная область использования. Панели могут применяться как в сельской местности, так и в космосе.
• Новые технологии. На солнечных батареях проводят испытания, на их усовершенствование тратятся громадные суммы, данная область постоянно модернизируется, подвергается инновациям.

Минусы:

• Дороговизна. Не каждый человек может позволить себе установить достаточное количество солнечных элементов питания для обеспечения своих нужд. Электрификация небольшого дачного домика обойдется в 1000-1200 долларов, в то время как на двухэтажных особняк может уйти до 10 000 у.е.
• Солнечное освещение – непостоянная единица. КПД батареи будет снижаться в ночное время, пасмурную погоду.

Комплектация батарей

О солнечных батареях множество людей думают ошибочно. Ведь сама по себе панель на крыше не может дать переменный ток.

Чтобы обеспечить жилище электричеством, придется приобрести:

1. Собственно солнечные панели. Это тот элемент конструкции, который крепится на стены или крышу дома. При попадании кванта солнечного света кремниевые кристаллы начинают колебаться, и создается электрический ток.
2. Аккумулятор. Энергия, которая не пошла на расход бытовых нужд, аккумулируется в этом приборе, и потом ночью или в ненастную погоду она расходуется.
3. Контроллер напряжения. Этот элемент является скорее не обязательным, а желательным. Он повышает продолжительность жизни аккумулятора, сообщает о его предельно низком и высоком заряде.
4. Инвертор, или преобразователь энергии. В аккумуляторе электрический ток находится в постоянном значении, а для бытовых нужд необходим переменный. Инвентор и совершает данное преобразование.

Как мы видим, солнечные панели – это лишь малая часть системы. Они сами состоят из более мелких элементов – модулей. Раз устройство данных элементов питания модульное, при необходимости посредством подсоединения составляющих вы можете добавить панели или убрать лишние.

Виды солнечных батарей

Солнечная панель состоит из компонентов, и они могут быть разными:

• монокристаллическими;
• поликристаллическими;
• пленочными.

В первом случае один фотоэлемент – это один кристалл кремния. Данные батареи имеют наибольший КПД (до 25%), но они являются очень дорогими. Пластины насыщенного синего цвета, а их края немного скругленные.

Поликристаллические фотоэлементы объединяют несколько кристаллов кремния. Они широко распространены, их КПД колеблется в районе 20-23%. Структура неоднородна, и они хуже поглощают солнечный свет, нежели монокристаллические панели. По стоимости они более доступны.

Тонкопленочные (аморфные) фотоэлементы представляют собой напыление полупроводника на подложку. Основное преимущество в том, что их можно расположить буквально на любой поверхности, они гибкие. Недостаток – небольшая производительность.

По техническому принципу электрификацию солнечными элементами делят на:

• открытые системы;
• закрытые системы (автономные);
• комбинированные.

Открытой система называется, когда солнечная панель подключена к общей электросети. В таком случае необходимость приобретения аккумулятора и контролера отпадает. Солнечные батареи подсоединяются к общей сети с помощью инвертора. Если потребляемая бытовыми приборами мощность не превышает ту, которую производят панели, то из общей электросети ток не берется. В случае, когда вы включили приборы повышенного энергопотребления, и батареи не могут их обеспечить током, электричество берется из общей сети. Особенностью является то, что если тока не будет в основной сети, то батареи работать не станут.

С автономными системами все понятно: они замкнутые и не требуют внешней сети. Энергия накапливается в аккумуляторе и расходуется по мере необходимости.

Комбинированные сети не получили широкого распространения, так как они дороги. Сложная конструкция объединяет тип открытой и закрытой системы. При излишке электроэнергии, вырабатываемой батареями, ее можно перенаправить в общую сеть.

Применение солнечных батарей

Кроме космонавтики и обеспечения частных домов электроэнергией, панели или батареи солнечные применяют в следующих сферах:

• Автомобилестроение. Экологичный транспорт приобретает популярность, ведь выхлопы бензина и газов загрязняют атмосферу, а цены на топливо постоянно растут. Машины на солнечной энергии способны развивать скорость до 140 км/ч.
• Эксплуатация водного транспорта (барж, катеров, яхт). Такой транспорт можно встретить в Турции. Лодки развивают небольшую скорость (до 10 км/ч), и это позволяет туристом осмотреть достопримечательности и роскошные пейзажи этой страны.
• Энергообеспечение зданий. В развитых странах Европы многие муниципальные здания и сооружения полностью обеспечивают свои нужды с помощью энергии, которую выделяют солнечные панели.
• Самолетостроение. Благодаря наличию батарей, самолет в полете может длительное время не расходовать топливо.

Отрасль постоянно развивается. Уже изобрели зарядки для телефонов и ноутбуков, работающие от энергии Солнца.

На что обратить внимание при покупке солнечных батарей для дома

Данная информация будет полезна, если вы решили перейти на солнечный источник энергии. Приобретая все комплектующие для такой системы, нужно знать, где можно сэкономить, а на что обратить особое внимание:

1. Покупайте составляющие (панели, аккумулятор, инвертор) в конце зимы-начале весны . Как правило, магазины в это время предоставляют большие скидки.
2. Не покупайте сразу много солнечных батарей. Помните, что эта система модульная, и добрать необходимое количество для обеспечения нужд бытовой техники очень просто.
3. Желательно заменить все лампы накаливания в доме на светодиодные или LED . Они потребляют меньше энергии, а срок службы у них дольше.
4. Для дома приобретайте с олнечные батареи с выходным напряжением в 12 В . Именно такие значения подойдут для бытовой техники, очень мало приборов используют 24 В и 48 В. Все показатели напряжения вы можете найти в паспорте устройств.

При выборе солнечных батарей обратите внимание, что каждая должна быть помещена в защитный корпус из алюминия. Этот металл легкий, прочный, стойкий к коррозии. Сверху защитное стекло должно быть матовым, не давать глянца и бликов.

Обеспечивать свой дом уютом, теплом и не платить за электричество вполне возможно. Для этого нужно установить такую систему энергоснабжения. Но стоит учитывать, что она тоже требует значительных вложений и обладает рядом нюансов. Изучив все положительные и отрицательные стороны, мы надеемся, что вы сделаете правильный выбор.

Источник