Солнечные панели (батареи) для дома

Солнечные батареи: терминология

В тематике «солнечной энергетики» достаточно много нюансов и путаницы. Часто новичкам разобраться во всех незнакомых терминах поначалу бывает трудно. Но без этого заниматься гелиоэнергетикой, приобретая себе оборудование для генерации “солнечного” тока, неразумно.

По незнанию можно не только выбрать неподходящую панель, но и попросту сжечь ее при подключении либо извлечь из нее слишком незначительный объем энергии.

Вначале следует разобраться в существующих разновидностях оборудования для гелиоэнергетики. Солнечные батареи и солнечные коллекторы – это два принципиально разных устройства. Оба они преобразуют энергию лучей солнца.

Однако в первом случае на выходе потребитель получает энергию электрическую, а во втором тепловую в виде нагретого теплоносителя, т.е. солнечные панели используют для отопления дома.

Максимум отдачи от солнечной панели можно будет получить, только зная, как она работает, из каких компонентов и узлов состоит и как все это правильно подключается

Второй нюанс – это понятие самого термина «солнечная батарея». Обычно под словом «батарея» понимается некое аккумулирующее электроэнергию устройство. Либо на ум приходит банальный отопительный радиатор. Однако в случае с гелиобатареями ситуация кардинально иная. Они ничего в себе не накапливают.

Солнечной панелью генерируется постоянный электроток. Чтобы преобразовать его в переменный (используемый в быту), в схеме должен присутствовать инвертор

Солнечные батареи предназначены исключительно для генерации электрического тока. Он, в свою очередь, накапливается для снабжения дома электричеством ночью, когда солнце опускается за горизонт, уже в присутствующих дополнительно в схеме энергообеспечения объекта аккумуляторах.

Батарея здесь подразумевается в контексте некой совокупности однотипных компонентов, собранных в нечто единое целое. Фактически это просто панель из нескольких одинаковых фотоэлементов.

Сколько нужно солнечных батарей для дома и дачи?

Здесь все просто. Покупателю не нужно заниматься сложным расчетом мощности солнечной станции и подбирать для нее батареи. Эту работу уже проделали специалисты компаний, выпускающих и продающих данное оборудование.

Потребителю остается лишь выбрать из предложенного ряда готовый комплект, исходя из своих потребностей. В качестве примера рассмотрим несколько стандартных вариантов, которые представлены на сайтах продавцов (актуально на 2016 год).

Гелиостанция, построенная на одной панели мощностью 250 Ватт, рассчитана на энергоснабжение потребителей, перечисленных в таблице №1.

Таблица №1 Набор потребителей для солнечной станции мощностью 250 Ватт

Ее ориентировочная цена складывается из стоимости устройств, указанных в таблице №2.

Таблица №2 Стоимость оборудования для 250-ти ваттной станции

Солнечная станция мощностью 500 Ватт способна обеспечить электричеством набор бытовых приборов, указанный в таблице №3.

Таблица №3 Энергетический потенциал гелиостанции мощностью 500 Ватт

Ее ориентировочную стоимость (с разбивкой по видам и моделям оборудования) вы найдете в таблице №4.

Таблица №4

Гелиостанция на 1000 Ватт способна питать током не только экономные светодиодные лампочки, телевизор, ноутбук и спутниковую антенну. Одновременно с ними она «потянет» микроволновку, водяной насос или мощную электроплиту (таблица №5).

Таблица №5

Основа данной гелиостанции — 4 солнечные панели мощностью по 250 Ватт каждая. За весь комплект оборудования (без стоимости монтажа, соединительных муфт и кабеля) нужно заплатить сумму, указанную в таблице №6

Таблица №6 Ориентировочная стоимость оборудования гелиостанции мощностью в 1 КВт

Изучая представленные комплекты оборудования, нетрудно заметить, что стоимость инвертора сравнима с ценой солнечной батареи. Поэтому некоторые владельцы солнечных станций предпочитают обходиться без инверторного преобразователя. Они покупают для своего дома бытовые приборы, работающие от постоянного тока напряжением 12 Вольт. Помимо высокой цены инвертор при работе потребляет около 10% энергии, получаемой от солнечной батареи. Поэтому его исключение из цепочки оборудования дает неплохую экономию.

Варианты использования солнечных батарей

Отталкиваясь от предыдущей мысли, можно точно определить оптимальные способы использования солнечных батарей. Это сокращение платежей за электроэнергию (использование сетевой солнечной электростанции без аккумуляторов) и  автономная (или гибридная)  домашняя электростанция, предназначенная для запитывания наиболее важных электроприборов: освещения, холодильника, водяного насоса, работы интернета (роутера), зарядки телефонов и работы прочих, не слишком энергоёмких устройств.

Солнечные батареи вполне могут обеспечить полноценную работу неэнергоёмких приборовИсточник al-energy.ru

Рассмотрим сценарии использования солнечных батарей подробнее.

Сокращение расходов на электричество

Подобная схема идеальна для тех потребителей электроэнергии, которые вынуждены в дневное время платить за неё по повышенному тарифу. С одной стороны, это частный сектор, где установлены двухтарифные счётчики, а с другой – владельцы коммерческих предприятий, которым электроэнергия продаётся дороже в 2 раза дороже. Это могут быть офисы, магазины, торговые центры, производственные предприятия, многоквартирные дома, для которых по каким-либо причинам действует дорогой тариф и любые другие абоненты энергоснабжающих компаний, которые хотят экономить.

Для всех этих потребителей оптимальным вариантом является сетевая солнечная электростанция. Прелесть этой схемы в том, что здесь нет необходимости в использовании аккумуляторов, цена которых составляет ощутимую часть сметы всего комплекта солнечных батарей.

Аккумуляторы – одна из наиболее дорогих частей системы – для сетевой солнечной станции не нужныИсточник al-energy.ru

Примерный порядок работы при таком подключении:

• Ночью питание идёт полностью из сети. Если стоят двухтарифные счётчики то платежи минимальные.
• В дневное время основная нагрузка ложится на солнечные батареи. Если вдруг в пиковые часы их мощности не хватит, то недостача восполняется от сети энергоснабжающей компании.
• В те часы, когда солнечные батареи дают избыток мощности, то излишки поступают (продаются) в сеть энергоснабжающей компании, тем самым частично или полностью нивелируя затраты из предыдущих пунктов.

Чем дороже стоит киловатт электроэнергии от энергоснабжающей компании, тем быстрее окупится оборудование солнечных батарей. Обычно это происходит в срок до 8 лет, а потом ( когда собственник возвратил вложенные средства)  электроэнергия от солнца приносит прибыль. Учитывая, что только гарантия на солнечные панели около 10 лет, предполагаемый срок службы оборудования минимум 25-30 лет, а самая старая солнечная панель беспрерывно работает уже 60 лет, выгода очевидна.

Автономное энергоснабжение основных электроприборов или большой бесперебойник

Если не принимать во внимание самые мощные электроприборы, то в целом, для энергопотребления частного дома вполне достаточно средней мощности в пару кВт/ч, что вполне может обеспечить даже не самая дорогая комплектация солнечных батарей. Варианты комплектаций солнечных батарейИсточник al-energy.ru

Варианты комплектаций солнечных батарейИсточник al-energy.ru

Такая схема работы актуальна как для дачных участков без подведённого электричества, так и для тех населённых пунктов, где электричество могут отключить в самое «подходящее» время (разумеется, о предварительном оповещении, обычно, речь даже не идёт) и на неопределённый срок – из-за поломок на линии или плановых работ.

Даже если у вас в доме много мощных электроприборов и нет нужды экономить электроэнергию, то фразу: «Ну не могло электричество на пять минут позже отключиться…» – в своё время говорили все. А солнечная батарея будет в качестве большого бесперебойного источника питания, который в случае внезапного отключения электричества не только позволит правильно завершить работу мощного оборудования, но и не оставит вас, например, без ноутбука. Характеристики и цены на автономные солнечные электростанции смотрите на этой странице.

И это всё не учитывая того, что пока электричество в сети есть, то генерируемый солнечными батареями ток можно отводить (продавать) в сеть энергоснабжающей компании, тем самым возвращая вложенные инвестиции.

Сетевой инверторИсточник alicdn.com

Материалы для создания солнечной пластины

Приступая к сооружению солнечной батареи необходимо запастись следующими материалами:

• силикатные пластины-фотоэлементы;
• листы ДСП, алюминиевые уголки и рейки;
• жёсткий поролон толщиной 1,5-2,5 см;
• прозрачный элемент, выполняющий роль основания для кремниевых пластин;
• шурупы, саморезы;
• силиконовой герметик для наружных работ;
• электрические провода, диоды, клеммы.

Количество требуемых материалов зависит от размера вашей батареи, которая чаще всего ограничивается количеством доступных фотоэлементов. Из инструментов вам понадобиться: шуруповёрт или набор отвёрток, ножовка по металлу и дереву, паяльник. Для проведения испытаний готовой батареи понадобиться тестер-амперметр.

Теперь рассмотрим самые важные материалы более подробно.

Кремниевые пластины или фотоэлементы

Фотоэлементы для батарей бывают трёх видов:

• поликристаллические;
• монокристаллические;
• аморфные.

Поликристаллические пластины характеризуются низким КПД. Размер полезного действия составляет около 10 – 12 %, но зато этот показатель не понижается с течением времени. Продолжительность работы поликристаллов – 10 лет.

Солнечную батарею собирают из модулей, которые в свою очередь составляют из фотоэлектрических преобразователей. Батареи с жесткими кремниевыми фотоэлементами представляют собой некий сэндвич с последовательно расположенными слоями, закрепленными в алюминиевом профиле

Монокристаллические фотоэлементы могут похвастаться более высоким КПД – 13-25% и долгими сроками работы – свыше 25 лет. Однако со временем КПД монокристаллов снижается.

Монокристаллические преобразователи получают путем пиления искусственно выращенных кристаллов, что и объясняет наиболее высокую фотопроводимость и производительность.

Пленочные фотопреобразователи получают путем нанесения тонкого слоя аморфного кремния на полимерную гибкую поверхность

Гибкие батареи с аморфным кремнием – самые современные. Фотоэлектрический преобразователь у них напылен или наплавлен на полимерную основу. КПД в районе 5 – 6 %, но пленочные системы крайне удобны в укладке.

Пленочные системы с аморфными фотопреобразователями появились сравнительно недавно. Это предельно простой и максимально дешевый вид, но быстрее соперников теряющий потребительские качества.

Нецелесообразно использовать фотоэлементы разного размера. В данном случае максимальный ток, вырабатываемый батарей, будет ограничен током наиболее маленького по размеру элемента. Значит, более крупные пластины не будут работать на полную мощность.

При покупке фотоэлементов поинтересуйтесь у продавца способом доставки, большинство продавцов используют метод воскования, чтобы предотвратить разрушение хрупких элементов

Стоимость фотоэлементов достаточно высока, но многие магазины продают так называемые элементы группы В. Изделия, отнесённые к этой группе имеют брак, но пригодны к использованию, а их стоимость ниже, чем у стандартных пластин на 40-60%.

Каркас и прозрачный элемент

Каркас для будущей панели можно сделать из деревянных реек или алюминиевых уголков.

Второй вариант более предпочтителен по целому ряду причин:

• Алюминий – лёгкий металл, не дающий серьёзной нагрузки на опорную конструкцию, на которую планируется установка батареи.
• При проведении антикоррозийной обработки алюминий не подвержен воздействию ржавчины.
• Не впитывает влагу из окружающей среды, не гниёт.

При выборе прозрачного элемента необходимо обратить внимание на такие параметры, как показатель преломления солнечного света и способность поглощать ИК-излучение. От первого показателя напрямую будет зависеть КПД фотоэлементов: чем показатель преломления ниже, тем выше КПД кремниевых пластин

От первого показателя напрямую будет зависеть КПД фотоэлементов: чем показатель преломления ниже, тем выше КПД кремниевых пластин.

Минимальный коэффициент светоотражения у плексиглас или более дешёвого его варианта – оргстекла. Чуть ниже показатель преломления света у поликарбоната.

От величины второго показателя зависит, будут ли нагреваться сами кремниевые фотоэлементы или нет. Чем меньше пластины подвергаются нагреванию, тем дольше они прослужат. ИК-излучения лучше всего поглощает специальное термопоглощающее оргстекло и стекло с ИК-поглощением. Немного хуже – обычное стекло.

Если есть возможность, то оптимальным вариантом будет использование в качестве прозрачного элемента антибликового прозрачного стекла.

По соотношению стоимости к показателям преломления света и поглощения ИК-излучения оргстекло – самый оптимальный вариант для изготовления гелиобатареи

Виды солнечных батарей для частного дома

Видов солнечных батарей насчитывается около десятка. Каждый обладает своими достоинствами и подходит для определенных условий. Но все можно разделить на два обобщенных вида: кремниевые и полимерные.

Кремниевые панелиПолимерная панель

Кремниевые батареи

В солнечных панелях данного вида используются особенные свойства кремния. Кванты света, попадающие на пластину, выталкивают электроны с орбиты атома. При этом создается определенное количество электронов, которого достаточно для образования тока.

Важно! Пары элементов недостаточно для возникновения мощности, которой бы хватило для хозяйственных нужд. Поэтому элементы соединяются параллельно или последовательно в панели, которые могут быть размером от нескольких см2 до десятков м2.
Одна панель способна обеспечить резервное питание для битовых приборовДесятки панелей, объединенные в одну систему. Кремниевые элементы отличаются высоким коэффициентом полезного действия, однако и по стоимости такие панели – одни из самых дорогих за счет сложности изготовления

Чтобы разобраться, сколько стоит солнечная батарея для частного дома, рассмотрим все виды кремниевых панелей:

Кремниевые элементы отличаются высоким коэффициентом полезного действия, однако и по стоимости такие панели – одни из самых дорогих за счет сложности изготовления. Чтобы разобраться, сколько стоит солнечная батарея для частного дома, рассмотрим все виды кремниевых панелей:

Монокристаллические.

Главная особенность – все ячейки, поглощающие свет, повернуты в одну сторону. Благодаря этому, монокристаллические батареи обладают наивысшим КПД (около 22%), но максимальная энергоотдача происходит только при направленности ячеек прямо к солнцу.

Обратите внимание! Во время заката, рассвета, а так же в пасмурные дни передача энергии таких батарей заметно снижается, поэтому данный вид панелей идеально подходит только для южных стран.
Монокристаллическая панель черного цвета

Поликристаллические.

Кремниевые ячейки в батареях данного типа направленны в разные стороны. Поэтому они менее результативны при прямом попадании солнечных лучей (КПД равен 18%), но имеют отличный показатель энергоэффективности в пасмурную погоду. Так что они лучше подходят для регионов с небольшим количеством солнечных дней в году.

Поликристаллическая панель синего цвета

Аморфные.

Аморфные панели производят путем напыления тонкого слоя кремния на подложку. Они обладают очень маленьким КПД (5-6%), однако обладают двумя неоспоримыми преимуществами:

1. Самая высокая (в сравнении с двумя предыдущими видами) эффективность в пасмурную погоду.
2. Низкая цена.

Современные аморфные панели на крыше загородного дома

Гибридные.

Особенность таки панелей заключается в объединении кристаллов и аморфного кремния. Благодаря этому, эффективность в солнечную погоду у них как у монокристаллических панелей, а в пасмурную как у аморфных.

Гибридная панель

Полимерные батареи

Данный преобразователь состоит из подложки, электродов, полимерного активного и защитного слоев. Такая батарея гибкая и легкая, кроме того ее можно резать, изготавливая устройства любых форм и размеров.

Процесс изготовления рулона полимерной батареи

Полимерные солнечные батареи – пока только развивающий вид преобразователей, отличающийся небольшим КПД (около 6,5%), малым весом, низкой стоимостью и высокой экологической безопасностью.

Почему так важна эффективность?

Большое значение эффективность приобретает при расчёте площади, которую вы можете использовать под систему солнечных батарей. При сопоставимых размерах описанных модулей от Amerisolar AS–6P30 280W (1.63 квадратных метра) и NeOn 340 W от LG (1.71 квадратных метра), разница в мощности на один квадратный метр на выходе будет составлять 15.6%. С одной стороны, это может показаться не очень эффективным, учитывая разницу в цене более чем в два раза, но в случае с ограниченным пространством или более агрессивной внешней средой, возможно, сдвинет ваш выбор в пользу этого известного производителя.

Увеличенный коэффициент полезного действия подчеркивает не только эффективность технологии изготовления, но и качественные материалы, используемые при изготовлении. Это сможет сказаться на сроках работы устройств, на устойчивость панелей к так называемой деградации. Не стоит забывать также и про гарантийные обязательства производителя. Имея представительства и гарантийные сервисы почти во всех уголках мира — LG сможет похвастаться более лояльным подходом к клиентам и выполнением своих обязательств.

Принцип работы солнечной батареи

В результате перетечки зарядов на границе p- и n- слоев, в n-слое образуется зона нескомпенсированного положительного заряда, а в p-слое – отрицательного заряда, т.е. известный всем из школьного курса физики p-n-переход. Разность потенциалов, возникающая на переходе контактная разность потенциалов (потенциальный барьер) препятствует прохождению электронов с p-слоя, но беспрепятственно пропускает неосновные носители в направлении противоположном, что позволяет получить фото-ЭДС при попадании на ФЭП солнечного света.  

При облучении солнечным светом, поглощенные фотоны начинают генерировать неравновесные электронно-дырочные пары. Генерируемые же вблизи перехода электроны, из p-слоя переходят в n-область.

Аналогичным образом попадают в p-слой избыточные дырки и слоя n (рисунок а). Получается, что в p-слое накапливается  положительный заряд,  а в n- слое – отрицательный, вызывая напряжение во внешней цепи (рисунок б). У источника тока есть два полюса: положительный — p-слой и отрицательный — n-слой.

Это основной принцип работы солнечный элементов. Электроны, таким образом, будто бегают по кругу, т.е. выходят из p-слоя и возвращаются в n-слой, проходя нагрузку (аккумулятор).

Фотоэлектрический отток в однопереходном элементе обеспечивают лишь те электроны, которые обладают энергией выше, чем ширина некой запрещенной зоны. Те же, которые обладают меньшей энергией, в этом процессе не участвуют. Это ограничение снять позволяют структуры многослойные, состоящие из более чем один СЭ, у которых ширина запрещенной зоны различная. Их называют каскадными, многопереходными или тандемными. Фотоэлектрическое преобразование у них выше за счет того, что работают такие СЭ с более широким солнечным спектром. В них фотоэлементы располагаются по мере уменьшения ширины запрещенной зоны. Солнечные лучи вначале попадают на фотоэлемент с самой широкой зоной, при этом происходит поглощение фотонов с наибольшей энергией.

Затем, фотоны, пропущенные верхним слоем, попадают на следующий элемент и т.д. В области каскадных элементов основным направлением исследования является использование в качестве одного компонента или нескольких арсенида галлия. У таких элементов  эффективность преобразования составляет 35%. Элементы соединяют в батарею, поскольку  изготовить отдельный элемент большого размера (следовательно, и мощности) не позволяют технические возможности.

Солнечные элементы способны работать длительное время. Они себя зарекомендовали как стабильный и надежный источник энергии, пройдя испытания в космосе, где главной опасностью для них является метеорная пыль и радиация, которые приводят к эрозии кремниевых элементов. Но, поскольку, на Земле эти факторы не оказывают на них столь негативного действия, можно предположить, что срок службы элементов будет еще более продолжительным.

Солнечные батареи уже находятся на службе человека, являясь источником питания для  различных устройств, начиная от мобильных телефонов и заканчивая электромобилями.

И это уже вторая попытка человека обуздать безграничную солнечную энергию, заставив работать ее себе во благо. Первой попыткой было создание солнечных коллекторов, электричество в которых вырабатывалось за счет нагрева сконцентрированными лучами солнца воды до температуры кипения.

Термальная солнечная электростанция в Испании (город Севилья)

Преимущество солнечных батарей в  том, что они непосредственно производят электричество, теряя энергии намного меньше, чем солнечные многоступенчатые коллекторы, в которых процесс ее получения связан с концентраций лучей Солнца, нагревом воды, выделением пара, вращающего паровую турбину и только после этого выработке генератором электричества. Основные параметры солнечных батарей – в первую очередь, мощность

Затем важно, каким запасом энергии они обладают

Зависит этот параметр от емкости аккумуляторов и их числа. Третьим параметром является пиковая мощность потребления, означающая количество одновременно возможных подключений приборов. Еще одним важным параметров является номинальное напряжение, от которого зависит выбор дополнительного оборудования: инвертора, солнечной панели, контроллера, аккумулятора.

Обзор солнечных батарей для туристов

Так как альтернативные солнечные источники энергии с каждым годом становятся все более популярными, ассортимент этих изделий настолько широк, что понять, какие солнечные панели лучше брать для похода, без подсказок других людей попросту невозможно. Чтобы облегчить решение «головоломки», лучше привести примеры эффективного оборудования. Этот обзор солнечных батарей для туристов поможет будущим покупателям или сориентироваться, или найти «свою» модель.

Goal Zero Nomad 7

Это одна из самых популярных моделей на мировом рынке. Nomad 7 от Goal Zero оснащена монокристаллической панелью мощностью 7 Вт, она полностью герметична, потому не боится ни дождя, ни снега, ни падения в реку. Помимо порта USB (1 А, 5 В, 7 Вт) устройство имеет разъем для аккумуляторов (1,1 А, 6,5 В, 7 Вт) и коннектор, дающий возможность присоединить еще один подобный прибор. Батарея достаточно компактна даже в разложенном виде (38х229х432 мм), поэтому может использоваться в тесном пространстве.

Goal Zero Adventure Kit

Складная модель от того же производителя подходит для зарядки всех существующих гаджетов. В устройстве есть несколько выходов: USB, на 5 и 12 В. Мощность накопителя составляет 7 Вт, а рабочее напряжение 12 В, сила тока на USB-разъеме — 600-700 мА. В нижней части прибора находится индикаторный фонарик, который способен работать без зарядки 20 часов. Размеры устройства в закрытом состоянии — 25х150х230 мм, его вес — 362 г. Весь комплект заряжается на протяжении 4-5 часов.

SOLAR

Это многофункциональное мобильное устройство произведено в Китае, его можно использовать в любых неблагоприятных условиях: при температуре от -40° до +50°. Данный аппарат имеет серьезную мощность (около 10 Вт), ток зарядки составляет 800 мА. Размеры прибора — 4,5х224х450 мм, масса — 1 кг. Эта солнечная батарея универсальна, она подходит для зарядки любой техники: мобильных телефонов, портативных компьютеров и т. д. Минусы — высокая цена, вес, отсутствие дополнительного адаптера.

SCN-4/6

Еще один «поднебесный» представитель — аморфное кремниевое устройство от компании Sun-Charge. Его особенность — небольшой аккумулятор. Прибор имеет мощность 3,9 Вт, приемлемый вес (290 г) и очень эффектный дизайн. Размеры батареи — 10х195х200 мм. Недостаток — отсутствие надежной защиты от механических воздействий, поэтому эта солнечная батарея требует аккуратного обращения.

SOLARMONKEY ADVENTURER

Данный компактный прибор выпускается фирмой PowerTraveller. Устройство также используют для зарядки гаджетов через порт USB, есть переходник для Apple: модель имеет буферный аккумулятор, емкость которого составляет 2500 мА·ч, который полностью заряжается за 9 часов. В конструкции используются полисиликоновые элементы, их КПД составляет 17%. Габариты этой солнечной батареи — 22,75х96х170 мм, вес устройства — 265 г.

AcmePower AP-MF1918

Это еще один универсальный аккумулятор, идеальный для зарядки любой электроники — телефонов, плееров, навигаторов и т. д. Модель может выступать в роли осветительного прибора. Емкость аккумулятора составляет 1000 мА·ч, зарядный ток — 800 мА, рабочее напряжение — 5-6 В. Для полной зарядки солнечной батареи потребуется около 10 часов. Устройство имеет защиту от КЗ. Его вес 77 г, размеры — 16х57х123 мм. В комплект входит 5 переходников.

СЗУ2-БСА-7.5

Это российская модель, которая заслуженно завоевала место в этом списке. Такое зарядное универсальное устройство способно заряжать как портативное, мобильное оборудование, так и свинцовые аккумуляторы. Складная конструкция имеет завидную мощность (14Вт) и довольно большой вес — 1,1 кг, может работать при разных температурах: от -30 до +40°. Ее размеры в разложенном состоянии — 3х230х1640 мм.

Fuse

Эта солнечная батарея от компании Voltaic Systems предназначается для фиксации на рюкзаке. Время зарядки от солнечных лучей составляет 7 часов, 5,5 часа — от других источников (внешний аккумулятор, сеть). Сила тока — 1А, напряжение — 5,5 В, мощность 6 Вт, вес — 600 г. Батарея довольно компактна: ее размеры — 20х210х280 мм.

Эффективность батарей гелиосистемы

Один фотоэлемент даже в полдень при ясной погоде выдает совсем немного электроэнергии, достаточной разве что для работы светодиодного фонарика.

Чтобы повысить выходную мощность, несколько ФЭП объединяют по параллельной схеме для увеличения постоянного напряжения и по последовательной для повышения силы тока.

Эффективность солнечных панелей зависит от:

• температуры воздуха и самой батареи;
• правильности подбора сопротивления нагрузки;
• угла падения солнечных лучей;
• наличия/отсутствия антибликового покрытия;
• мощности светового потока.

Чем ниже температура на улице, тем эффективней работают фотоэлементы и гелиобатарея в целом. Здесь все просто. А вот с расчетом нагрузки ситуация сложнее. Ее следует подбирать исходя из выдаваемого панелью тока. Но его величина меняется в зависимости от погодных факторов.

Гелиопанели выпускаются с расчетом на выходное напряжение, кратное 12 В – если на аккумулятор надо подать 24 В, то две панели к нему придется подсоединить параллельно

Постоянно отслеживать параметры солнечной батареи и вручную корректировать ее работу проблематично. Для этого лучше воспользоваться контроллером управления, который в автоматическом режиме сам подстраивает настройки гелиопанели, чтобы добиться от нее максимальной производительности и оптимальных режимов работы.

Идеальный угол падения лучей солнца на гелиобатарею – прямой. Однако при отклонении в пределах 30-ти градусов от перпендикуляра эффективность панели падает всего в районе 5%. Но при дальнейшем увеличении этого угла все большая доля солнечного излучения будет отражаться, уменьшая тем самым КПД ФЭП.

Если от батареи требуется, чтобы она максимум энергии выдавала летом, то ее следует сориентировать перпендикулярно к среднему положению Солнца, которое оно занимает в дни равноденствия по весне и осени.

Для московского региона – это приблизительно 40–45 градусов к горизонту. Если максимум нужен зимой, то панель надо ставить в более вертикальном положении.

И еще один момент – пыль и грязь сильно снижают производительность фотоэлементов. Фотоны сквозь такую “грязную” преграду просто не доходят до них, а значит и преобразовывать в электроэнергию нечего. Панели необходимо регулярно мыть либо ставить так, чтобы пыль смывалась дождем самостоятельно.

Некоторые солнечные батареи имеют встроенные линзы для концентрирования излучения на ФЭП. При ясной погоде это приводит к повышению КПД. Однако при сильной облачности эти линзы приносят только вред.

Если обычная панель в такой ситуации будет продолжать генерировать ток пусть и в меньших объемах, то линзовая модель работать прекратит практически полностью.

Солнце батарею из фотоэлементов в идеале должно освещать равномерно. Если один из ее участков оказывается затемненным, то неосвещенные ФЭП превращаются в паразитную нагрузку. Они не только в подобной ситуации не генерируют энергию, но еще и забирают ее у работающих элементов.

Панели устанавливать надо так, чтобы на пути солнечных лучей не оказалось деревьев, зданий и иных преград.

Обзор бескремниевых устройств

Некоторые солнечные панели, изготовленные с применением редких и дорогостоящих металлов, имеют КПД более 30%. Они в разы дороже своих кремниевых аналогов, но всё-таки заняли высокотехнологичную торговую нишу, благодаря своим особенным характеристикам.

Солнечные панели из редких металлов

Существует несколько типов солнечных панелей из редких металлов, и не все они имеют КПД выше, чем у монокристаллических кремниевых модулей.

Однако способность работать в экстремальных условиях позволяет производителям таких солнечных панелей выпускать конкурентоспособную продукцию и проводить дальнейшие исследования.

Панели из теллурида кадмия активно используются при облицовке зданий в экваториальных и аравийских странах, где их поверхность нагревается днем до 70-80 градусов

Основными сплавами, применяемыми для изготовления фотоэлектрических элементов, являются теллурид кадмия (CdTe), селенид индия- меди-галлия (CIGS) и селенид индия-меди (CIS).

Кадмий – токсический металл, а индий, галлий и теллур являются довольно редкими и дорогостоящими, поэтому массовое производство солнечных панелей на их основе даже теоретически невозможно.

КПД таких панелей находится на уровне 25-35%, хотя в исключительных случаях может доходить до 40%. Ранее их применяли в основном в космической отрасли, а сейчас появилось новое перспективное направление.

Из-за стабильной работы фотоэлементов из редких металлов при температурах 130-150°C их используют в солнечных тепловых электростанциях. При этом лучи солнца от десятков или сотен зеркал концентрируются на небольшой панели, которая одновременно генерирует электроэнергию и обеспечивает передачу тепловой энергии водяному теплообменнику.

В результате нагрева воды образуется пар, который заставляет вращаться турбину и генерировать электроэнергию. Таким образом солнечная энергия преобразуется в электрическую одновременно двумя путями с максимальной эффективностью.

Полимерные и органические аналоги

Фотоэлектрические модули на основе органических и полимерных соединений начали разрабатывать только в последнем десятилетии, но исследователи уже добились значительных успехов. Наибольший прогресс демонстрирует европейская компания Heliatek, которая уже оснастила органическими солнечными панелями несколько высотных зданий.

Толщина её рулонной пленочной конструкции типа HeliaFilm составляет всего 1 мм.

При производстве полимерных панелей используются такие вещества, как углеродные фуллерены, фталоцианин меди, полифенилен и другие. КПД таких фотоэлементов уже достигает 14-15%, а стоимость производства в разы меньше, чем кристаллических солнечных панелей.

Остро стоит вопрос срока деградации органического рабочего слоя. Пока что достоверно подтвердить уровень его КПД через несколько лет эксплуатации не представляется возможным.

Преимуществами органических солнечных панелей являются:

• возможность экологически безопасной утилизации;
• дешевизна производства;
• гибкая конструкция.

К недостаткам таких фотоэлементов можно отнести относительно низкий КПД и отсутствие достоверной информации о сроках стабильной работы панелей. Возможно, что через 5-10 лет все минусы органических солнечных фотоэлементов исчезнут, и они станут серьезными конкурентами для кремниевых пластин.

Какие производители изготавливают солнечные батареи

Производством солнечных батарей занимаются многие фирмы. Среди лучших мировых производителей широко известны:

• First Solar (США);
• Canadian Solar (Канада);
• Sharp (Япония);
• Sun Power (США);
• Kyocera Solar (Япония);
• RenaSola (Китай);
• Tianwei New Energy (Китай);
• Schott Solar (Германия);
• Kaco new energy(Германия) и многие другие.

Среди российских производителей известны:

• Телеком-СТВ;
• ООО «Хевел»;
• «Солнечный ветер»;
• «Сатурн».

Следует отметить наличие российского производства, которое, несмотря на неблагоприятные климатические условия, успешно функционирует и продвигает свою продукцию на рынке.