Солнечные батареи: как это работает

Солнечные батареи уже сейчас используются для питания самой разнообразной техники: от мобильных гаджетов до электромобилей. Как устроены, какими бывают и на что способны современные солнечные батареи, вы узнаете из этой статьи.

Зміст

• 1 История создания
• 2 Принцип работы
• 3 Существующие разновидности
• 4 Крупнейшие производители
• 5 Выводы

История создания

Так исторически сложилось, что солнечные батареи – это уже вторая попытка человечества обуздать безграничную энергию Солнца и заставить ее работать себе на благо. Первыми появились солнечные коллекторы (солнечные термальные электростанции), в которых электричество вырабатывает нагретая до температуры кипения под сконцентрированными солнечными лучами вода.

Курс

Frontend

Опануйте HTML, CSS та JavaScript і отримайте роботу мрії

РЕЄСТРУЙТЕСЯ!

Солнечная термальная электростанция в испанском городе Севилья

Солнечные же батареи производят непосредственно электричество, что намного эффективнее. При прямой трансформации теряется значительно меньше энергии, чем при многоступенчатой, как у коллекторов (концентрация солнечных лучей, нагрев воды и выделение пара, вращение паровой турбины и только в конце выработка электричества генератором).

Современные солнечные батареи состоят из цепи фотоэлементов – полупроводниковых устройств, преобразующих солнечную энергию напрямую в электрический ток. Процесс преобразования энергии солнца в электрической ток называется фотоэлектрическим эффектом.

Данное явление открыл французский физик Александр Эдмон Беккерель в середине XIX века. Первый же действующий фотоэлемент спустя полвека создал русский ученый Александр Столетов. А уже в двадцатом столетии фотоэлектрический эффект количественно описал не требующий представления Альберт Эйнштейн.

Беккерель, Столетов и Эйнштейн – именно этому «трио» ученых мы обязаны созданием солнечных батарей

 

Принцип работы

Полупроводник – это такой материал, в атомах которого либо есть лишние электроны (n-тип), либо наоборот, их не хватает (p-тип). Соответственно, полупроводниковый фотоэлемент состоит из двух слоев с разной проводимостью. В качестве катода используется n-слой, а в качестве анода – p-слой.

Лишние электроны из n-слоя могут покидать свои атомы, тогда как p-слой эти электроны захватывает. Именно лучи света «выбивают» электроны из атомов n-слоя, после чего они летят в p-слой занимать пустующие места. Таким способом электроны бегут по кругу, выходя из p-слоя, проходя через нагрузку (в данном случае аккумулятор) и возвращаясь в n-слой.

Схема работы фотоэлемента

Первым в истории фотоэлектрическим материалом был селен. Именно с его помощью производили фотоэлементы в конце XIX и начале XX веков. Но учитывая крайне малый КПД (менее 1 процента), селену сразу же начали искать замену.

Массовое же производство солнечных батарей стало возможным после того как телекоммуникационная компания Bell Telephone разработала фотоэлемент на основе кремния. Он до сих пор остается самым распространенным материалом в производстве солнечных батарей. Правда, очистка кремния – процесс крайне затратный, а потому мало-помалу пробуются альтернативы: соединения меди, индия, галлия и кадмия.

Селен – исторически первый, а кремний – самый массовый материал в производстве фотоэлементов

Понятное дело, что мощности отдельных фотоэлементов недостаточно, чтобы питать мощные электроприборы. Поэтому их объединяют в электрическую цепь, тем самым формируя солнечную батарею (другое название – солнечная панель).

На каркас солнечной батареи фотоэлементы крепятся таким образом, чтобы их в случае выхода из строя можно было заменять по одному. Для защиты от воздействия внешних факторов всю конструкцию покрывают прочным пластиком или закаленным стеклом.

Мобильный телефон Samsung E1107 оснащен солнечной батареей

 

Существующие разновидности

Классифицируются солнечные батареи по мощности вырабатываемого электричества, которая зависит от площади панели и ее конструкции. Мощность потока солнечных лучей на экваторе достигает 1 кВт, тогда как в наших краях в облачную погоду она может опускаться ниже 100 Вт. В качестве примера возьмем средний показатель (500 Вт) и в дальнейших расчетах будем отталкиваться от него.

Наручные часы Citizen Eco-Drive с солнечной батареей вместо циферблата

Самым низким коэффициентом фотоэлектрического преобразования обладают аморфные, фотохимические и органические фотоэлементы. У первых двух типов он равен примерно 10 процентам, а у последнего – всего лишь 5 процентам. Это означает, что при мощности солнечного потока в 500 Вт солнечная панель площадью один квадратный метр будет вырабатывать соответственно 50 и 25 Вт электроэнергии.

Монтаж солнечных панелей на крыше жилого дома

В противовес вышеупомянутым типам фотоэлементов выступают солнечные батареи на основе кремниевых полупроводников. Коэффициент фотоэлектрического преобразования на уровне 20%, а при благоприятных условиях — и 25% для них привычное дело. Как результат, мощность метровой солнечной панели может достигать 125 Вт.

Гоночный электромобиль Honda Dream на солнечных батареях появился еще в 1996 г.

Конкурировать по мощности с кремниевыми солнечными батареями способны разве что решения на основе арсенида галлия. Используя это соединение, инженеры научились создавать многослойные фотоэлементы с КФП свыше 30% (до 150 Вт электричества с квадратного метра).

Портативная солнечная панель Solarland мощностью 130 Вт и стоимостью $860

Если же говорить о площади солнечных батарей, то существуют как миниатюрные «пластинки» мощностью до 10 Вт (для частой транспортировки), так и широченные «листы» на 200 Вт и более (сугубо для стационарного использования).

Беспилотный самолет, разработанный NASA Ames Research Center, способен на солнечной энергии пролететь от восточного побережья США до западного

На работу солнечных батарей может негативно влиять ряд факторов. К примеру, с ростом температуры снижается КФП фотоэлементов. Это при том, что солнечные батареи как раз-то и устанавливают в жарких солнечных странах. Получается своеобразная палка о двух концах. Солнечную батарею Voltaic можно носить у себя за спиной

А если затемнить часть солнечной панели, то неактивные фотоэлементы не только прекращают вырабатывать электричество, но и становятся дополнительной, зловредной нагрузкой. «Солнечное дерево – культурный и одновременно научный символ австрийского городка Глайсдорф

 

Крупнейшие производители

Лидерами глобального производства солнечных батарей являются компании Suntech, Yingli, Trina Solar, First Solar и Sharp Solar. Первые три представляют Китай, четвертая – США, а пятая, как нетрудно догадаться, является подразделением японской корпорации Sharp.

Гольфкар на солнечных батареях – бесшумное и экологически чистое средство передвижения

Американская компания First Solar не только производит солнечные батареи, но и принимает непосредственное участие в проектировании и строительстве солнечных электростанций. Мощнейшая в мире СЭС Агуа-Калиенте, которая находится в штате Аризона, США – дело рук инженеров First Solar.

Крупнейшую же украинскую СЭС «Перово» строила и снабжала солнечными панелями австрийская компания Activ Solar.

Китайская же компания Suntech прославилась тем, что готовила к летней Олимпиаде-2008 футбольный стадион под названием «Птичье гнездо» в Пекине.

Вырабатываемая на протяжении дня с помощью солнечных батарей электроэнергия аккумулируется, а затем используется для освещения стадиона, полива травы на футбольном поле и работы телекоммуникационного оборудования. Национальный стадион в Пекине густо усеян солнечными батареями производства Suntech

 

Выводы

Еще два десятилетия назад диковинкой казались микрокалькуляторы с фотоэлементами, что позволяло не менять в них «батарейку-таблетку» годами. Сейчас же мобильные телефоны со встроенной в заднюю крышку солнечной панелью никого не удивляют. А ведь это мелочь в сравнении с автомобилями и самолетами (пусть и беспилотными), которые научились передвигаться при помощи одной лишь солнечной энергии.

Будущее солнечных батарей видится точно таким же светлым, как само солнце. Хочется верить, что именно солнечные батареи позволят наконец-то вылечить смартфоны и планшеты от «розеткозависимости».

Солнечные батареи для дома и дачи: как правильно выбрать и установить

Что такое солнечная батарея

Солнечная батарея представляет собой устройство, которое собирает световую энергию солнечных лучей и преобразует её в электрический ток. В её основе используются фотоэлементы – полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи.

Принцип работы солнечных батарей

Солнечный свет, попадая на кремниевые пластины, высвобождает электроны, которые начинают двигаться по проводникам. Инвертор преобразует постоянный ток в переменный для питания стандартных бытовых приборов.

Области применения

С каждым годом сфера применения солнечных батарей становится всё шире. Устройства активно используются в сельском хозяйстве, промышленности, военно-космической области, медицине, дорожном строительстве, автомобилестроении, авиации и быту.

Вырабатываемая электроэнергия используется для:

• Освещения жилых и нежилых объектов, улиц, придомовых территорий.
• Обеспечения энергией медицинского и телекоммуникационного оборудования.
• Накопления энергии и подзарядки портативных устройств и микроэлектроники.
• Энергообеспечения зданий.

Преимущества и нюансы солнечных батарей

Преимущества:

• Бесшумная работа.
• Отсутствие выбросов парниковых газов и образования отходов.
• Неисчерпаемый запас энергии.
• Минимальные затраты при эксплуатации.
• Отсутствие технического обслуживания.
• Длительный срок службы без ухудшения эксплуатационных характеристик.

Нюансы:

• Зависимость от погоды.
• Относительно высокая цена.
• Необходимость специальных навыков при монтаже.

Виды солнечных батарей

Солнечные батареи для дома или дачи можно разделить на три большие группы: кремниевые, плёночные и аморфные.

Батареи, которые относятся к последним двум группам, не выгодны для использования в частном доме.

К кремниевым батареям относятся монокристаллические и поликристаллические системы, которые являются наиболее популярными.

Монокристаллические

Более эффективные, но при этом более дорогие. Кремниевые пластины по форме напоминают квадрат со срезанными углами. Благодаря однородной поверхности достигается высокий КПД – до 20%, но только при прямых лучах солнца. Они хуже воспринимают рассеянный и боковой свет.

Поликристаллические

Производительность панелей составляет 11-16%.

• Имеют более низкую стоимость.
• Большой выбор производителей.
• Подходят для рассеянного света и имеют более широкий угол восприятия солнечных лучей.

Комплектация и общие характеристики

В базовую комплектацию автономной солнечной электростанции входит:

• Солнечная батарея. Преобразует солнечный свет в электричество.
• Контроллер. Оптимизирует работу батареи и повышает эффективность выработки электроэнергии.
• Инвертор. Преобразует постоянный ток в переменный.
• Аккумулятор. Сохраняет полученную электроэнергию.

Показатель	Монокристаллические солнечные батареи	Поликристаллические солнечные батареи
Кристаллическая структура	Зёрна кристалла параллельны. Кристаллы ориентированы в одну сторону.	Зёрна кристалла не параллельны. Кристаллы ориентированы в разные стороны.
Температура производства	1400°С	800-1000°С
Цвет	Чёрный	Синий
Стабильность	Высокая	Высокая, но меньше, чем у моно
Цена	Высокая	Высокая, но меньше, чем у моно

Как правильно выбрать автономную систему

Перед покупкой солнечной электростанции учитывайте следующие параметры:

• Суточное потребление подключаемых электроприборов.
• Место установки солнечных панелей (ориентация на юг, оптимальный угол наклона, отсутствие тени на панелях).
• Место установки АКБ (должны находиться в помещении при плюсовой температуре, но не выше 25 градусов).
• Пиковые нагрузки электроприборов (насосы, холодильник).
• Круглогодичная или только летняя эксплуатация системы.

Монокристаллические чаще используются в регионах с высокой солнечной активностью, поликристаллические – с низкой активностью солнца. Если вам нужна солнечная батарея для дачи – обратите внимание на микроморфные модели. Они недорогие, но имеют в 2 раза большую площадь. Системы из микроморфного кремния могут эффективно работать под широким углом и в пасмурную погоду. Для больших станций, которые устанавливаются на крышах предприятий и на земле, лучше использовать гетероструктурные модули (КПД 22%) российского производителя «Хевел» (Hevel).

Краткий обзор производителей

Лидирующие мировые производители солнечных панелей:

• TopRaySolar (Китай) выпускает панели из монокристаллического кремния мощностью 20-300 Вт и поликристаллические кремниевые батареи мощностью 20-300 Вт.
• Axitec (Германия) разрабатывает фотоэлементы на основе монокристаллического и поликристаллического кремния мощностью от 260 до 330 Вт.
• Hevel (Россия) – производитель микроморфных панелей, а также гетероструктурных с высоким КПД (22%).

Установка солнечных панелей

Монтаж системы требует специальных навыков. Самостоятельная установка не рекомендуется, поскольку при малейшей ошибке в расчётах вы рискуете обесточить дом. В случае неудачи стоимость ремонта может превысить цену за монтажные услуги.

Чаще всего цена монтажа рассчитывается от стоимости системы в размере 10-15%. Высоких цен пугаться не стоит. компании, которые устанавливают данное оборудование, за эту сумму предоставляют гарантию (что всё будет подключено и установлено правильно) как минимум на 1 год.

Заказывая профессиональную установку, вы избавитесь от проблем. Специалисты рассчитают необходимое количество панелей, помогут определиться с типом батарей, правильно определят оптимальное место установки, угол наклона и другие параметры.

Монтаж стандарной установки до 5 кВт выполняется в течение одного дня.

Выгодно ли использовать солнечные батареи на даче

Устанавливая солнечные батареи на своём загородном участке, владелец дома предполагает, что сразу же начнёт экономить на освещении. Это правда, но только при установке СЕТЕВОЙ солнечной электростанции без использования аккумуляторов.

• Срок окупаемости в среднем составляет 5-10 лет в зависимости от тарифа на электричество.
• Максимальную эффективность данная установка принесёт тем владельцам дачных участков, которые проживают в широтах с преобладающим большинством солнечных дней.
• В зимнее время в средней полосе России количество солнечных дней сильно уменьшается и на все нужды вырабатываемой энергии не хватит.

Отопление от солнечных батарей в России

Считается, что установка солнечных батарей является отличной инвестицией в дом и в будущее. Системы недорогие, экологичные и автономные. На первый взгляд кажется, что про перебои с электричеством и счета можно забыть. Однако в России отопление от солнечных панелей, как и желание отказаться от городской сети, является всё же нерентабельным.

Качественная солнечная электростанция – недешёвое оборудование. Для необходимой мощности потребуется множество панелей и аккумуляторов. В регионах с низкими тарифами на электричество такая установка будет изначально невыгодной. Но в труднодоступных районах, где требуется постоянный подвоз дизельного топлива и техническое обслуживание генераторов, солнечные электростанции получаются более выгодными и имеют срок окупаемости 2-3 года.

С одной стороны, электростанция на фотоэлементах не требует особого обслуживания, но 1-2 раза в год вытирать пыль и счищать снег всё-таки необходимо. К тому же при ежедневной эксплуатации автономной системы у аккумуляторов снижается срок службы до 3-4 лет, т. к. он измеряется количеством циклов заряда-разряда. Это означает, что тратить средства на замену АКБ всё же придётся.

Другой вариант возможной установки солнечных панелей для экономии электричества — это сетевая солнечная электростанция без аккумуляторов. Она позволяет замещать электричество из городской сети в дневное время суток. Такая система окупается за 5-10 лет в зависимости от стоимости электроэнергии. Основное преимущество — это модульность (можно ставить параллельно несколько станций) системы, которое даёт возможность дальнейшего расширения без замены уже установленного оборудования. И, конечно, срок эксплуатации 35-40 лет без специального технического обслуживания.

Также если на даче часто отключают электричество, можно использовать гибридную солнечную электростанцию, которая объединяет в себе бесперебойную систему (замена генератора) и сетевую для экономии электричества.

Солнечные батареи: ставить или нет

Безусловно, автономная солнечная электростанция на поликристаллических или монокристаллических батареях незаменима в местах, где электричество вовсе отсутствует. Но там, где есть электричество, есть смысл подключить сетевую станцию без АКБ, которая будет компенсировать затраты днём, а лишнюю энергию можно будет продавать в городскую сеть по специальному «зелёному» тарифу.

Пример использования солнечных батарей на даче: всю неделю с понедельника по пятницу солнечные батареи отдают лишнюю электроэнергию в городскую сеть (и вам за это платят), а в выходные вы приезжаете на дачу и отдыхаете бесплатно.

Компания 220-on предлагает оптимальное, проверенное оборудование под текущие задачи клиента без накруток и переплат. В каталоге собраны модели от надёжных и проверенных производителей. Все модели обеспечивают высокую производительность и мощность.

Специалисты 220-on выполнят монтаж и проведут гарантийное и постгарантийное обслуживание. Получить консультацию по подбору оборудования можно по телефону +7 (495) 646-12-20 или по бесплатной горячей линии 8-800-500-20-74.

Солнечные батареи.

Виды и устройство. Работа и применение

На долю солнечной энергии приходится около одного процента всех мощностей, получаемых традиционными и нетрадиционными способами. Добиться этого удается за счет повсеместного использования специальных чувствительных приемников излучения. Солнечные батареи в виде панелей из полупроводниковых фотоэлементов позволяют трансформировать и накапливать экологически чистую и дешевую энергию. Совершенствованию этой технологии способствует постоянно растущие тарифы на электроэнергию, получаемую традиционными способами и слишком дорого обходящуюся потребителю.

Солнечные батареи – хорошая альтернатива традиционным источникам, отличающаяся простотой устройства. Типовая гелиосистема состоит из следующих основных частей:

1. Контроллер.
2. Батарея.
3. Инвертор.
4. Коллектор.
5. Электрооборудование.

Самый важный компонент системы коллектор (солнечные панели) воспринимает излучение Солнца и преобразует его в постоянный электрический ток. На основе таких панелей собираются рабочие модули, объединенные в солнечные коллекторы определенной мощности.

Встроенный в систему контроллер необходим для управления процессом накопления электрической энергии в аккумуляторах, ток зарядки которых поддерживается на фиксированном уровне. Инверторное электронное устройство позволяет получить из постоянного напряжения необходимые для работы оборудования переменные 220 В.

Принцип работы такой системы очень прост. При попадании на фотоэлементы солнечных лучей по ним начинает протекать электрический ток, который через контроллер поступает в цепь зарядки аккумулятора. Полностью зараженная батарея передает накопленный заряд на инверторное устройство, преобразующее постоянное напряжение в переменные 220 В.

Требования к конструкции системы

Солнечные батареи способны генерировать дешевую электрическую энергию лишь при выполнении ряда основных требований, предъявляемых к конструкции:

• Суммарная площадь коллектора, изготовленного из фотоэлементов, должна быть достаточно большой.
• На питание контроллера и инверторного устройства расходуется энергия, забираемая от того же аккумулятора.
• Зарядки батарей должно быть достаточной для того, чтобы система продолжала функционировать некоторое время в пасмурную погоду.

При разработке таких систем учитывается необходимость в резервном аккумуляторе, подзаряжаемом от местной электросети. Потребность в нем объясняется тем, что если солнечные батареи разрядятся, то контроллер и инвертор не смогут нормально работать.

Разновидности солнечных батарей

Солнечные элементы различаются по своей конструкции, размерам коллекторных сборок и максимальной мощности. По используемому для их изготовления материалу эти изделия делятся на кремниевые и пленочные. Первые традиционно применяются в солнечных коллекторах, устанавливаемых в частных хозяйствах и на других объектах. Они подразделяются на поликристаллические, монокристаллические и аморфные.

Особого внимания заслуживают пленочные.

При их производстве используются следующие полупроводниковые элементы:

• Кадмий.
• Материалы с аббревиатурой «CIGS».
• Индий.

Кадмиевые пленки использовались в самых первых образцах солнечных батарей в космических целях. (70-е годы двадцатого века). Сегодня они в основном применяются при изготовлении солнечных элементов бытового и промышленного назначения. Модули из полупроводникового материала «CIGS» изготавливаются на основе двух компонентов (селенида меди и индия).

Классификация по размерам

Согласно этой характеристике пленочные панели условно делятся на крупногабаритные, средних размеров и компактные или мобильные. Этот показатель нормируется соответствующими стандартами и принимает ряд фиксированных значений.

Крупногабаритные изделия применяются в установках промышленного назначения или в бытовых гелиосистемах большой мощности. Для небольших частных хозяйств подойдут солнечные панели меньших габаритов, а компактные устройства удобны тем, что их можно переносить с одного места на другое.

Мобильные модули могут иметь несколько исполнений:

• Низкой мощности.
• Гибкие.
• Закрепленные на подложке.
• Универсальные.

Мощности первых хватает лишь для подзарядки мобильных телефонов, а вторые легко сворачиваются в рулон и переносятся в таком виде. Они пользуются большим спросом у туристов и у людей, предпочитающих активный отдых.

Закрепленные на подложке солнечные батареи имеют значительный вес (7-10 кг) и позволяют получать большее количество энергии. Они разработаны для любителей путешествий и дальних поездок, но могут использоваться и для автономной работы в частном хозяйстве или при организации электроснабжения небольшого загородного домика. Универсальные пленки, также подходящие для любителей туризма, оснащаются несколькими переходниками. При весе всего лишь 1,5 кг они позволяют заряжать на природе сразу несколько мобильных телефонов.

Показатель мощности

Мощность солнечной батареи – ее способность обеспечивать заданную величину тока в нагрузке в единицу времени. Эта величина определяется по ее максимальному значению, индивидуальному для каждого вида изделия. При нахождении точного значения исходят из введенной для этого типа преобразователей константы (солнечной постоянной), равной 1 кВт на 1 м².

Она измеряется в определенных климатических условиях (в солнечный день с температурой воздуха 25°C) при строго вертикальном падении лучей. Из-за низкого КПД солнечных гелиосистем (его среднее значение составляет не более 24%) максимальная мощность в расчете на 1 м² не может превышать 0,24 кВт. Этот показатель определяется в идеальных условиях, создаваемых за счет коррекции положения воспринимающих поверхностей по отношению к Солнцу.

В реальной обстановке потребуется учитывать целый ряд факторов, включая погоду, климатические условия в данной местности и время года. При расчете показателя мощности также придется вводить поправки на продолжительность светлого времени суток в данном месте.

Преимущества и недостатки солнечных батарей

К преимуществам преобразователей солнечной энергии относят:

• Относительно высокий КПД (от 14 до 30%), если сравнивать их с другими видами альтернативных источников энергии.
• Абсолютная экологичность, которой в современных условиях уделяется особое внимание.
• Экономичность эксплуатации и простота обслуживания гелиосистем.
• Универсальность, надежность и долговечность.
• Быстрая окупаемость вложений.

Экономичность солнечных батарей проявляется в том, что в южных регионах страны они могут использоваться для горячего водоснабжения. Это позволяет сэкономить до 60% тепловой энергии в течение года. Солнечные батареи могут быть востребованы не только в частном хозяйстве.

Их допускается эксплуатировать на самых различных объектах, включая промышленные предприятия, а также учебные и медицинские учреждения. В заводских условиях они применяются в качестве технологических источников теплой воды в летнее время. Зимой их можно использовать для централизованного отопления помещений и вспомогательных построек.

Такие системы окупаются в течение нескольких лет, что позволяет их владельцу сэкономить значительные суммы. С учетом существующих тарифов на электроэнергию и дизельное топливо можно утверждать, что сроки окупаемости гелиосистем составят 3-4 года. Эти цифры справедливы для частных хозяйств с проживающей в них семьей из 5-7 человек. При замене гелиосистемами газовых источников энергии окупаемость составит около 8-10 лет.

Несмотря на перечисленные положительные качества, солнечные батареи не лишены недостатков. К минусам этих систем относят низкий КПД (если сравнивать с традиционными источниками энергии) и допустимость использования только в регионах со значительным количеством солнечных дней.

Особенности конструкции и электропитания элементов гелиосистем

Получить необходимую токовую отдачу от солнечных панелей удается при условии, если количество фотоэлементов в модуле как минимум составляет от 36 до 72 штук. Возможны варианты исполнения с вдвое увеличенным числом фоточувствительных элементов (от 72 до 144 штук). К недостаткам последних относят сложность транспортировки и снижение надежность всей системы.

Солнечные батареи с входящими в их состав контроллером и инверторным устройством рассчитаны на питающие напряжения, которые выбираются из стандартного ряда значений: 12, 24 или 48 В. При подборе подходящей конструкции предпочтение отдается последнему показателю, позволяющему получать меньший ток в нагрузке и использовать соединительные проводники с небольшим сечением.

С другой стороны, при меньших напряжениях (12 В, например) проще подобрать и заменить в случае необходимости вышедшие из строя аккумуляторы. При выборе системы с питанием 24 Вольта возникают сложности с полной заменой сразу двух аккумуляторов. А в случае обновления 48-вольтового электропитания необходима замена сразу 4-х АКБ. Для комплекса из солнечных батарей потребуются аккумуляторы особой марки, выпускаемые с пометкой «Solar» и подбираемые из одной партии.

Похожие темы:

• Окна батареи. Прозрачные солнечные батареи. Работа и применение
• Солнечные зарядные устройства. Виды и работа. Применение

Принцип работы солнечной батареи — как работает солнечная панель?

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.

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.

Солнечные панели это — «АГАТ ЕЛЕКТРО»

Солнечные панели это полупроводниковые изделия, которые аккумулируют солнечную энергию и преобразовывают ее в электрический ток. Солнечные панели постоянно дорабатываются, поскольку энергия солнца обещает стать одним из основных экологически чистых источников энергии в будущем. Использование энергии солнца, является весьма интересным и полезным процессом.

Практичность, экономность, экологическая безопасность и простота в эксплуатации стремительно повышают популярность альтернативных источников энергии, одним из которых являются – солнечные панели.

Солнечная панель состоит из полупроводников

Солнечные панели (солнечные батареи) – это наборы соединенных друг с другом и заключенных в раму фотоэлектрических преобразователей (солнечных ячеек). Солнечная ячейка (солнечный элемент) – это отдельное небольшое полупроводниковое устройство, преобразующее энергию света в электричество.

Фотоэлектрический преобразовательный элемент солнечной панели

Главные выгоды солнечных систем

Использование солнечной энергии для дома, для получения электричества имеет ряд преимуществ:

1. Доступность. Солнце есть практически везде.

2. Автономность. Не требует дополнительных затрат (топлива и т.п.).

3. Надежность. Постоянная и бесшумная работа.

4. Длительный гарантийный срок работы.

5. Отсутствие лицензирования.

6. Возможность произвольного изменения мощности солнечной системы.

Конечно, идеальных систем не бывает. Хотя солнечные панели и являются оптимальным выбором для автономных систем электроснабжения, но надо учитывать, что и у них тоже есть свои ограничения.

Солнечные модули/батареи производятся мощностью от 6 до 185 ватт с выходным напряжением 12 и 24 вольта.

По виду изготовления выделяют три основных типа: тонкопленочные, монокристаллические и поликристаллические солнечные панели.

Поликристаллические, монокристаллические и тонкопленочные солнечные панели

Чтобы определить, какая солнечная батарея подойдет вам как нельзя лучше – надо знать, где именно вы хотите ее установить, сколько вам необходимо энергии и для каких целей.

Солнечная панель это удобная, практичная и полезная вещь для человеческого применения, если где-то нет электричества, то солнце есть везде. Солнечная батарея может быть разного размера и соответственно мощности. Идя в поход, вы можете взять ноутбук, телефон и т.п.

Солнечные панели/батареи состоят из набора солнечных элементов (фотоэлектрических преобразователей), где те в свою очередь, преобразуют солнечную энергию в электричество.

Солнечная панель состоит из отдельных солнечных элементов, которые соединяются последовательно и параллельно для того, чтобы увеличить выходные параметры (ток, напряжение и мощность).

При последовательном соединении элементов увеличивается выходное напряжение, а вот при параллельном – выходной ток. Для того чтобы одновременно увеличить и ток, и напряжение комбинируют два способа соединения. В этом случае немаловажно, что при таком способе соединения выход из строя одного из солнечных элементов не приводит к выходу из строя батареи в целом (всей цепочки), что повышает надежность работы всей солнечной системы.

Следовательно, солнечная батарея состоит из параллельно-последовательно соединенных солнечных элементов, а величина максимально возможного тока отдаваемого батареей прямо пропорциональна числу параллельно включенных, а энергодинамическая сила (ЭДС) – последовательно включенных солнечных элементов. Таким методом комбинируют типы соединения и собирают батарею с требуемыми параметрами.

Солнечные панели для частного дома и коммерческих предприятий

Монтаж и установка солнечных панелей осуществляется легче и удобней чем монтаж и установка ветрогенераторов (ветряков). Солнечные панели весят до 20 кг, а чтоб установить ветрогон, необходимо заказывать спецтехнику (кран, грузовик и т.п.).

Выполнять монтаж солнечных панелей не сложно, важно правильно расположить и закрепить панели на крыше и естественно сделать электромонтажные работы. Крыша дома, является идеальным местом для установки солнечных панелей, желательно (более продуктивней), чтобы панели были размещены в южную сторону. Как раз там самое больше светит солнце, и ваши панели принесут вам больше энергии и соответственно денег для тех, кто подключен по «Зеленому тарифу».

Наземная установка солнечных панелей также возможна, но в этом случае нужна большая открытая площадка или участок без затенений строениями и деревьями. Наземные установки солнечных батарей больше всего применяется в промышленных электростанциях коммерческого назначения.

Практически солнечные панели установить и применить можно везде, но эффективность отдачи электричества будет там, где больше светит солнце. Не желательно делать установку солнечных батарей на северной стороне, близстоящим и затеняющим зданиям, деревьям, установка получится не рентабельной из-за мало солнечной местности.

Меньшая эффективность работы панелей будет и в местах с высокой сезонной облачностью или туманами в побережной зоне. В таком случае проводится исследование интенсивности солнечного света, по результатам которого, станет ясно, какое количество энергии смогут вырабатывать солнечные панели в данной месте, и является ли вообще установка целесообразной.

Наземные установки солнечных батарей/панелей

Зимние солнечные панели

Как ни странно, но многие предполагают, что солнечные панели работают от солнечного тепла. Это не так. Солнечные батареи используют именно, и только, солнечный свет, а не тепло или солнечные лучи. При работе панели сами выделяют тепло и греются. Для более производительной работы они должны охлаждаться, что и происходит естественным способом, так как они всегда доступны ветру.

Следовательно, в зимний период, батареям довольно комфортно работать, они вырабатывают электричество даже под снегом, а сам снег даже тает от рабочего тепла фотоэлементов.

В пасмурную, бессолнечную погоду, панели вырабатывают меньше электричества, чем обычно, но в солнечную морозную погоду панели будут очень эффективны.

Обычно при установке солнечных панелей выставляется средний, универсальный угол наклона, но для большей их продуктивности ставят наземные конструкции с автоматической или ручной сезонной регулировкой угла наклона панелей.

В начале 21-го века, лидерами солнечной энергетики в Европейском Союзе являлись как раз не самые солнечные страны: Германия, Бельгия и Чехия. Солнечные батареи можно и нужно использовать в Украине, а особенно в солнечных регионах, поскольку ЕС предложил для нашей страны очень льготные условия (Зеленый тариф) по освоению альтернативной энергетики.

Компания «АГАТ ЕЛЕКТРО» реализует высококачественное оборудование, которое позволяет успешно решать задачи, связанные с энергоснабжением в частных домах, коттеджах, объектах строительства и сооружениях, а так же в тех местах, где отсутствует возможность подключения к стандартной электрической сети.

Персонал компании – высококвалифицированные специалисты, они ответят на любые имеющиеся у вас вопросы, касательно выбора, приобретения, обслуживания и установки солнечных батарей.

ООО «АГАТ ЕЛЕКТРО» работает официально и имеет лицензию АЕ №525308. Наши преимущества: многолетний (более 10-ти лет) опыт, гарантированная надежность, эффективность и простота в комплексных решениях. Основное внимание наша компания уделяет подбору оборудования, предлагая оптимальные решения, лучшие компоненты с учетом характеристик и возможностью их дальнейшего расширения и модернизации. Всегда применяем комплексную услугу (под ключ) – «Из рук в руки» в том числе: оформление всей проектной и разрешительной документации, а также, решение других нюансов с Облэнерго по «Зеленому тарифу». Проводим полную комплектацию, монтаж, установку и обслуживание солнечных электростанций в Кременчуге и Украине в целом.

ООО «АГАТ ЕЛЕКТРО» – лицензия АЕ №525308

Для любой консультации или услуги обращайтесь в наш офис: проспект Свободы, 6а, г. Кременчуг тел.: (097) 262 63 07, (096) 818 81 05 Посетите наши магазины электрооборудования и электротехники: ул. Вадима Пугачева, 5, ул. В.Бойко, 14, г. Кременчуг тел.:  (096) 818 86 04 Всегда рады помочь !

Как работают солнечные батареи? — ecosun на vc.ru

2072 просмотров

Сколько энергии мы можем получить от Солнца?

Солнечная энергия удивительна. В среднем на каждый квадратный метр поверхности Земли поступает 164 Вт солнечной энергии (цифру мы объясним более подробно ниже). Другими словами, вы могли бы поставить действительно мощную (150 Вт) настольную лампу на каждый квадратный метр поверхности Земли и осветить всю планету энергией Солнца! Или, другими словами, если бы мы покрыли всего один процент пустыни Сахара солнечными батареями, мы могли бы генерировать достаточно электричества, чтобы питать весь мир. Это хорошо в солнечной энергии: ее очень много — гораздо больше, чем мы могли бы когда-либо использовать.

Но есть и обратная сторона. Энергия, которую посылает Солнце, прибывает на Землю как смесь света и тепла . И то, и другое невероятно важно: свет заставляет растения расти, обеспечивая нас пищей, в то время как тепло сохраняет нас достаточно теплыми, чтобы выжить, — но мы не можем использовать ни солнечный свет, ни тепло непосредственно для управления телевизором или автомобилем. Нам нужно найти какой-то способ преобразования солнечной энергии в другие виды энергии, которые мы могли бы использовать более легко, например, электричество. И это именно то, что делают солнечные элементы.

Основные солнечные элементы

Чтобы узнать, как работают солнечные панели, вам нужно понять, как они сделаны. Многие солнечные панели используют кремний, один из самых распространенных элементов планеты. Но поскольку создание кристаллов кремния подходящего качества сложно и дорого, домашние солнечные системы обычно строятся из аналогичных, но менее дорогих материалов, таких как медь, индий, галлий и селенид (CIGS). Они не так эффективны, как высококачественный кремний, но все же обеспечивают достаточную мощность при разумных затратах.

Кремний — это материал, из которого сделаны транзисторы (крошечные переключатели) в микросхемах, и солнечные элементы работают аналогичным образом. Кремний — это материал, называемый полупроводником . Некоторые материалы, особенно металлы , позволяют электричеству проходить через них очень легко; они называются проводниками. Другие материалы, такие как пластик и дерево , вообще не позволяют электричеству течь через них; они называются изоляторами. Полупроводники, такие как кремний, не являются ни проводниками, ни изоляторами: они обычно не проводят электричество, но при определенных обстоятельствах мы можем заставить их это делать.

Солнечный элемент представляет собой сэндвич из двух разных слоев кремния, которые были специально обработаны или легированы, чтобы они могли электричеством проходить через них определенным образом. Нижний слой легирован, поэтому в нем слишком мало электронов. Он называется кремнием p-типа или положительного типа (потому что электроны заряжены отрицательно, и их в этом слое слишком мало). Верхний слой легирован противоположным образом, чтобы дать ему немного слишком много электронов. Это называется кремнием n-типа или отрицательного типа.

Когда мы помещаем слой кремния n-типа на слой кремния p-типа, на стыке двух материалов создается барьер (важнейшая граница, где встречаются два вида кремния). Никакие электроны не могут пересечь барьер, поэтому, даже если мы подключим этот кремниевый бутерброд к фонарику, ток не будет течь: лампочка не загорится. Но если мы проливаем свет на бутерброд, происходит нечто замечательное. Мы можем думать о свете как о потоке энергичных «легких частиц», называемых фотонами., Когда фотоны попадают в наш сэндвич, они отдают свою энергию атомам в кремнии. Поступающая энергия выбивает электроны из нижнего слоя p-типа, поэтому они перепрыгивают через барьер к слою n-типа выше и текут по кругу. Чем больше света светит, тем больше электронов подпрыгивает и течет больше тока.

Это то, что мы подразумеваем под фотоэлектрическим напряжением, создающим свет, и это один из видов того, что ученые называют фотоэлектрическим эффектом .

Превращение солнечной энергии в электричество

Видимый солнечный свет состоит из невидимых частиц, называемых фотонами. У них есть энергия, но нулевая масса покоя. Когда фотоны сталкиваются с другими частицами, их энергия преобразуется в другие формы в зависимости от вида атомов, к которым они прикасаются. Большинство столкновений создают только тепло.

Но электричество также может быть произведено, когда фотоны делают электроны в атомах настолько возбужденными, что они отрываются и перемещаются свободно. Кремниевые электроны n-типа ищут электроны в кремнии p-типа, чтобы заменить отсутствующие электроны и поток между двумя полученными типами.

Замечательные свойства полупроводников, таких как кремний, позволяют поддерживать электрический дисбаланс. Это означает постоянную подачу электричества, пока фотоны попадают на солнечные панели. Ток собирается по проводам и распространяется по всей системе.

Солнечный элемент представляет собой сэндвич из кремния n-типа (синий) и кремния p-типа (красный). Он генерирует электричество, используя солнечный свет, чтобы электроны перепрыгивали через соединение между различными ароматами кремния:

• Когда солнечный свет падает на клетку, фотоны (легкие частицы) бомбардируют верхнюю поверхность.
• Фотоны (желтые капли) несут свою энергию через клетку.
• Фотоны отдают свою энергию электронам (зеленым пятнам) в нижнем слое p-типа.
• Электроны используют эту энергию, чтобы перепрыгнуть через барьер в верхний слой n-типа и уйти в контур.
• Обтекание цепи электронами заставляет лампу загореться.

Насколько эффективны солнечные батареи?

Основное правило физики, называемое законом сохранения энергии, гласит, что мы не можем волшебным образом создавать энергию или заставить ее исчезнуть в воздухе; все, что мы можем сделать, это преобразовать его из одной формы в другую. Это означает, что солнечный элемент не может производить больше электрической энергии, чем он получает каждую секунду в качестве света. На практике, как мы вскоре увидим, большинство клеток преобразует около 10–20 процентов энергии, которую они получают, в электричество. Типичный однопереходный кремниевый солнечный элемент имеет теоретический максимальный КПД около 30 процентов, известный как предел Шокли-Кейссера, Это в основном потому, что солнечный свет содержит широкую смесь фотонов с различными длинами волн и энергией, и любой однопереходный солнечный элемент будет оптимизирован для захвата фотонов только в пределах определенной полосы частот, тратя впустую остальное. Некоторые из фотонов, попадающих на солнечный элемент, не имеют достаточно энергии, чтобы выбить электроны, поэтому они эффективно тратятся впустую, в то время как у некоторых слишком много энергии, а избыток также теряется. Самые лучшие, передовые лабораторные ячейки могут управлять 46-процентной эффективностью в абсолютно идеальных условиях, используя множество соединений для захвата фотонов с различной энергией.

4 фактора, которые влияют на производство солнечной электроэнергии

• Тень. Затененные солнечные панели не будут вырабатывать столько же энергии, сколько панели на полноценном солнце. Если ваша крыша лишена солнечного света, затенена необрезанными деревьями или зданиями, солнечная энергия может оказаться не лучшим выбором.
• Сезонность. Как и погода, выработка солнечной энергии меняется день ото дня и месяц за месяцем. Облачный зимний день не будет таким же продуктивным, как солнечный летний. Но важно сосредоточиться на круглогодичной картине. Например, снег иногда может отражать свет и улучшать фотоэлектрические характеристики. Таким образом, в действительности холодный месяц станет солнечным антагонистом, только если слякоть не покроет панели.
• Наклон. Солнечные панели должны иметь хороший наклон. Направление, в котором стоит ваш дом, его расположение, и даже уклон крыши, оказывают существенное влияние на эффективность работы солнечной солнечной системы. В идеале солнечные панели должны находиться под тем же углом, что и широта, на которой они установлены. Отклонения от 30 до 45 градусов обычно работают хорошо в большинстве сценариев.
• Азимут. Угол солнечного азимута — это направление компаса, откуда идет солнечный свет. В полдень солнечный свет исходит с юга в северном полушарии и с севера в южном полушарии. Неправильный угол азимута может снизить эффективность солнечной панели дома до 35%. Азимут нуля (обращенный к экватору) обычно является лучшим выбором.

Реальные бытовые солнечные панели могут достичь эффективности около 15 процентов, дать процентное соотношение здесь или там, и это вряд ли станет намного лучше. Солнечные элементы первого поколения с однопереходными солнечными батареями не будут приближаться к 30-процентному КПД ограничения Шокли-Кейссера, не говоря уже о лабораторных показателях в 46 процентов. Все виды неприятных реальных факторов будут влиять на номинальную эффективность, включая конструкцию панелей, то, как они расположены и под каким углом находятся, попадают ли они в тень, в какой чистоте вы их держите, насколько они горячие (повышение температуры имеют тенденцию снижать их эффективность), и вентилируются ли они (позволяя воздуху циркулировать внизу), чтобы они оставались прохладными.

Типы фотоэлектрических солнечных элементов

Большинство солнечных панелей, которые вы видите сегодня на крышах домов, по сути, представляют собой просто кремниевые бутерброды, специально обработанные («легированные»), чтобы сделать их лучшими электрическими проводниками. Ученые называют эти классические солнечные элементы первым поколением, в значительной степени отличая их от двух разных, более современных технологий, известных как второе и третье поколение. Так в чем же разница?

Первое поколение

Около 90 процентов солнечных панелей в мире изготовлены из пластин кристаллического кремния (сокращенно c-Si), нарезанных из крупных слитков, которые выращиваются в суперчистых лабораториях, процесс которых может занять до месяца. Слитки либо принимают форму монокристаллов (монокристаллический или моно-Si), либо содержат несколько кристаллов (поликристаллический, мульти-Si или поли-c-Si). Солнечные элементы первого поколения работают так, как мы показали выше: они используют одно простое соединение между кремниевыми слоями n-типа и p-типа, которые вырезаны из отдельных слитков. Таким образом, слиток n-типа можно получить, нагревая куски кремния с небольшим количеством фосфора, сурьмы или мышьяка в качестве легирующей добавки, в то время как слиток р-типа будет использовать бор в качестве легирующей примеси. Ломтики кремния n-типа и p-типа затем сливаются для соединения. Добавлены еще несколько наворотов (например, антиотражающее покрытие, которое улучшает поглощение света и придает фотоэлектрическим элементам их характерный синий цвет, защитное стекло на передней панели и пластиковая подложка, а также металлические соединения, позволяющие подключить элемент к цепи), но простой pn-переход — это сущность большинства солнечных панелей.

Второе поколение

Классические солнечные элементы представляют собой относительно тонкие пластины — обычно их доля составляет миллиметровую глубину (около 200 микрометров, 200 микрон или около того). Но они являются абсолютными плитами по сравнению с элементами второго поколения, широко известными как тонкопленочные солнечные элементы(TPSC) или тонкопленочные фотоэлектрические элементы (TFPV), которые снова примерно в 100 раз тоньше (несколько микрометров или миллионные доли метра глубиной). Хотя большинство из них все еще сделаны из кремния (другая форма, известная как аморфный кремний, a-Si, в которой атомы расположены случайным образом, а не точно упорядочены в правильной кристаллической структуре), некоторые сделаны из других материалов, в частности, теллурида кадмия (Cd -Te) и диселенид меди-индия-галлия (CIGS). Поскольку они чрезвычайно тонкие, легкие и гибкие, солнечные элементы второго поколения можно ламинировать на окнах, окнах в крыше, черепице и всех видах «подложек» (материалов подложки), включая металлы , стекло и полимеры (пластики). То, что элементы второго поколения приобретают в гибкости, они жертвуют эффективностью: классические солнечные элементы первого поколения по-прежнему превосходят их. Таким образом, в то время как первоклассные ячейки первого поколения могут достигать эффективности 15–20 процентов, аморфный кремний изо всех сил пытается достичь более 7 процентов, а лучшие тонкопленочные ячейки Cd-Te справляются только с 11 процентами, а ячейки CIGS не лучше чем 7–12 процентов. Это одна из причин, почему, несмотря на их практические преимущества, элементы второго поколения до сих пор оказывали относительно небольшое влияние на солнечный рынок.

Третье поколение

Новейшие технологии сочетают в себе лучшие черты ячеек первого и второго поколения. Как и клетки первого поколения, они обещают относительно высокую эффективность (30 процентов и более). Как и элементы второго поколения, они, скорее всего, будут изготовлены из материалов, отличных от «простого» кремния, таких как аморфный кремний, органические полимеры (создание органических фотоэлектрических элементов), кристаллы перовскита, и имеют несколько соединений (из нескольких слоев) различных полупроводниковых материалов. В идеале это сделало бы их дешевле, эффективнее и практичнее, чем клетки первого или второго поколения.

Сколько энергии мы можем получить с солнечными панелями?

В теории огромное количество. Давайте на время забудем солнечные элементы и просто рассмотрим чистый солнечный свет. До 1000 Вт необработанной солнечной энергии попадает на каждый квадратный метр Земли, направленной прямо с Солнца (это теоретическая мощность прямого солнечного света в полдень в безоблачный день — солнечные лучи излучают перпендикулярно поверхности Земли и дают максимальное освещение или инсоляцию), как это технически известно. На практике, после того, как мы скорректировали наклон планеты и время суток, лучшее, что мы можем получить, это, возможно, 100–250 Вт на квадратный метр в типичных северных широтах (даже в безоблачный день). Это составляет примерно 2–6 кВт/ч в день (в зависимости от того, находитесь ли вы в северном регионе, например, в Канаде или Шотландии, или наоборот в южном полушарии, например, в Аризоне или Мексике). Умножение производства на целый год дает нам где-то между 700 и 2500 кВт/ч на квадратный метр (700–2500 единиц электроэнергии). Более жаркие регионы, очевидно, обладают гораздо большим солнечным потенциалом: например, на Ближнем Востоке ежегодно получается на 50–100 процентов больше солнечной энергии, чем в Европе.

К сожалению, типичные солнечные элементы эффективны только на 15 процентов, поэтому мы можем захватить только часть этой теоретической энергии. Вот почему солнечные панели должны быть такими большими: количество энергии, которую вы можете производить, очевидно, напрямую связано с тем, сколько места вы можете позволить себе покрыть панелями. Один солнечный элемент (примерно размером с компакт-диск) может генерировать около 3–4,5 Вт; типичный солнечный модуль, изготовленный из массива около 40 элементов (5 рядов по 8 элементов), может генерировать около 100–300 Вт; поэтому несколько солнечных панелей, каждая из которых состоит из 3–4 модулей, могут генерировать абсолютный максимум в несколько киловатт (вероятно, достаточно для удовлетворения пиковой потребности дома в электроэнергии).

Источник: ecosun.tech

Что такое солнечная панель? Как работает солнечная панель?

Солнечная энергия начинается с солнца. Солнечные панели (также известные как «фотоэлектрические панели») используются для преобразования солнечного света, состоящего из частиц энергии, называемых «фотонами», в электричество, которое можно использовать для питания электрических нагрузок.

Солнечные панели могут использоваться для самых разных целей, включая системы удаленного энергоснабжения кабин, телекоммуникационное оборудование, дистанционное зондирование и, конечно же, для производства электроэнергии бытовыми и коммерческими солнечными электрическими системами.

На этой странице мы обсудим историю, технологии и преимущества солнечных батарей. Мы узнаем, как работают солнечные батареи, как они изготавливаются, как вырабатывают электричество и где можно купить солнечные панели.

Краткая история солнечных панелей

История развития солнечной энергетики насчитывает более 100 лет. В первые дни солнечная энергия использовалась в основном для производства пара, который затем можно было использовать для привода машин. Но только после открытия Эдмоном Беккерелем «фотогальванического эффекта», который позволил преобразовывать солнечную электрическую энергию солнечного света. Открытие Беккереля затем привело к изобретению в 189 г.3 Чарльза Фриттса первого настоящего солнечного элемента, который был образован путем покрытия листов селена тонким слоем золота. И из этого скромного начала возникло устройство, известное нам сегодня как солнечная панель .

Рассел Ол, американский изобретатель, работающий в Bell Laboratories, запатентовал первый в мире кремниевый солнечный элемент в 1941 году. Изобретение Ола привело к производству первой солнечной панели в 1954 году той же компанией. Солнечные панели нашли свое первое широкое применение в космических спутниках. Для большинства людей первая солнечная панель в их жизни, вероятно, была встроена в их новый калькулятор — примерно в 19 веке.70-е!

Сегодня солнечные панели и полные системы солнечных панелей используются для питания самых разных приложений. Да, солнечные батареи в виде фотоэлементов до сих пор используются в калькуляторах. Однако они также используются для обеспечения солнечной энергией целых домов и коммерческих зданий, таких как штаб-квартира Google в Калифорнии.

Как работают солнечные батареи?

Солнечные панели собирают чистую возобновляемую энергию в виде солнечного света и преобразуют этот свет в электричество, которое затем можно использовать для питания электрических нагрузок. Солнечные панели состоят из нескольких отдельных солнечных элементов, которые сами состоят из слоев кремния, фосфора (обеспечивающего отрицательный заряд) и бора (обеспечивающего положительный заряд). Солнечные панели поглощают фотоны и при этом инициируют электрический ток. Результирующая энергия, генерируемая фотонами, ударяющими о поверхность солнечной панели, позволяет электронам сбиваться с их атомных орбит и высвобождаться в электрическое поле, создаваемое солнечными элементами, которое затем втягивает эти свободные электроны в направленный ток. Весь этот процесс известен как фотоэлектрический эффект. Средний дом имеет более чем достаточную площадь крыши для необходимого количества солнечных панелей для производства достаточного количества солнечной электроэнергии для обеспечения всех его потребностей в электроэнергии.

В хорошо сбалансированной конфигурации с подключением к сети солнечная батарея вырабатывает электроэнергию в течение дня, которая затем используется в доме ночью. Программы чистого измерения позволяют владельцам солнечных генераторов получать оплату, если их система производит больше энергии, чем необходимо в доме. В автономных солнечных батареях необходимыми компонентами являются аккумуляторная батарея, контроллер заряда и, в большинстве случаев, инвертор. Солнечная батарея посылает электричество постоянного тока через контроллер заряда в аккумуляторную батарею. Затем энергия поступает от аккумуляторной батареи к инвертору, который преобразует постоянный ток в переменный ток (AC), который можно использовать для устройств, не использующих постоянный ток. С помощью инвертора размеры массивов солнечных панелей могут соответствовать самым высоким требованиям к электрической нагрузке. Переменный ток может использоваться для питания нагрузок в домах или коммерческих зданиях, транспортных средствах и лодках для отдыха, удаленных кабинах, коттеджах или домах, удаленном управлении дорожным движением, телекоммуникационном оборудовании, мониторинге потока нефти и газа, RTU, SCADA и многом другом.

Преимущества солнечных панелей

Использование солнечных панелей — очень практичный способ производства электроэнергии для многих целей. Очевидным было бы жить вне сети. Жизнь вне сети означает проживание в месте, которое не обслуживается основной электросетью. Удаленные дома и хижины хорошо выигрывают от систем солнечной энергии. Больше не нужно платить огромные суммы за установку электрических столбов и прокладку кабеля от ближайшей точки доступа к основной сети. Солнечная электрическая система потенциально менее дорога и может обеспечивать электроэнергию более трех десятилетий при правильном обслуживании.

Помимо того, что солнечные батареи позволяют жить вне сети, возможно, самое большое преимущество, которое вы получите от использования солнечной энергии, заключается в том, что это чистый и возобновляемый источник энергии. С глобальным изменением климата стало более важно делать все возможное, чтобы уменьшить давление на нашу атмосферу из-за выбросов парниковых газов. Солнечные панели не имеют движущихся частей и требуют минимального обслуживания. Они прочно построены и служат десятилетиями при правильном обслуживании.

Последним, но не менее важным преимуществом солнечных батарей и солнечной энергии является то, что после того, как система оплатит свои первоначальные затраты на установку, электроэнергия, которую она будет производить, будет использоваться в течение оставшегося срока службы системы, который может достигать 15 -20 лет в зависимости от качества системы, абсолютно бесплатно! Для владельцев систем солнечной энергии, подключенных к сети, преимущества начинаются с того момента, когда система подключается к сети, потенциально устраняя ежемесячные счета за электроэнергию или, что самое приятное, фактически получая дополнительный доход владельца системы от электрической компании. Как? Если вы используете меньше энергии, чем производит ваша солнечная электрическая система, эта избыточная мощность может быть продана, иногда с премией, вашей электроэнергетической компании!

Существует множество других применений и преимуществ использования солнечных батарей для выработки электроэнергии — их слишком много, чтобы перечислять здесь. Но, просматривая наш веб-сайт, вы получите общее представление о том, насколько универсальной и удобной может быть солнечная энергия.

Сколько стоят солнечные батареи?

Цены на солнечные панели существенно снизились за последние пару лет. Это здорово, потому что в сочетании с федеральной налоговой льготой на инвестиции в солнечную энергетику в размере 30 долларов и другими применимыми стимулами СЕЙЧАС самое лучшее время для инвестиций в систему солнечной энергии. И учтите: система солнечной энергии стоит примерно столько же, сколько автомобиль среднего размера!

Где я могу купить солнечные панели?

Ну, прямо здесь, на этом сайте, конечно!

Наши бренды солнечных панелей включают наиболее уважаемых производителей в сфере производства солнечных панелей. Эти бренды включают такие названия, как BP Solar, General Electric и Sharp, среди прочих. Мы предлагаем только солнечные панели самого высокого качества от производителей с проверенной репутацией в области технологий солнечных панелей. Имея более чем 30-летний опыт работы в сфере производства солнечных панелей, вы можете быть уверены, что в MrSolar.com мы разбираемся в солнечных панелях!

Сохранить

Сохранить

Как работает солнечная энергия? | Министерство энергетики

Перейти к основному содержанию

Количество солнечного света, падающего на поверхность земли за полтора часа, достаточно, чтобы справиться с потреблением энергии во всем мире в течение всего года. Солнечные технологии преобразуют солнечный свет в электрическую энергию либо с помощью фотоэлектрических (PV) панелей, либо с помощью зеркал, концентрирующих солнечное излучение. Эта энергия может быть использована для выработки электроэнергии или сохранена в батареях или тепловых накопителях.

Ниже вы можете найти ресурсы и информацию об основах солнечного излучения, фотоэлектрических и концентрирующих солнечно-тепловых технологиях, интеграции систем электросетей и неаппаратных аспектах (мягких затратах) солнечной энергии. Вы также можете узнать больше о том, как использовать солнечную энергию и отрасль солнечной энергетики. Кроме того, вы можете глубже погрузиться в солнечную энергию и узнать, как Управление технологий солнечной энергии Министерства энергетики США проводит инновационные исследования и разработки в этих областях.

Солнечная энергия 101

Солнечное излучение — это свет, также известный как электромагнитное излучение, испускаемый солнцем. В то время как каждое место на Земле получает некоторое количество солнечного света в течение года, количество солнечной радиации, достигающей любой точки на поверхности Земли, варьируется. Солнечные технологии улавливают это излучение и превращают его в полезные формы энергии.

Основы солнечного излучения

Учить больше

Глоссарий по солнечной энергии

Учить больше

Существует два основных типа технологий использования солнечной энергии: фотоэлектрические (PV) и концентрированная солнечно-тепловая энергия (CSP).

Основы фотогальваники

Вы, вероятно, больше всего знакомы с фотоэлектрическими элементами, которые используются в солнечных панелях. Когда солнце светит на солнечную панель, энергия солнечного света поглощается фотоэлементами в панели. Эта энергия создает электрические заряды, которые движутся в ответ на внутреннее электрическое поле в клетке, заставляя течь электричество.

Основы солнечной фотоэлектрической технологии Узнать больше

Основы проектирования солнечной фотоэлектрической системы Узнать больше

PV Cells 101: Учебник по солнечной фотоэлектрической ячейке Узнать больше

Солнечная производительность и эффективность Узнать больше

Основы концентрации солнечной и тепловой энергии

Системы концентрации солнечной тепловой энергии (CSP) используют зеркала для отражения и концентрации солнечного света на приемниках, которые собирают солнечную энергию и преобразуют ее в тепло, которое затем можно использовать для производить электроэнергию или хранить для последующего использования. Он используется в основном на очень больших электростанциях.

Основы концентрации солнечной и тепловой энергии Узнать больше

Система накопления тепла, концентрирующая солнечную и тепловую энергию. Основы Узнать больше

Система Power Tower, концентрирующая солнечную и тепловую энергию. Основы Узнать больше

Линейная концентраторная система, концентрирующая солнечную и тепловую энергию. Основы Узнать больше

Основы системной интеграции

Технология использования солнечной энергии не ограничивается выработкой электроэнергии с помощью фотоэлектрических систем или систем CSP. Эти системы солнечной энергии должны быть интегрированы в дома, предприятия и существующие электрические сети с различными сочетаниями традиционных и других возобновляемых источников энергии.

Основы интеграции солнечных систем Узнать больше

Солнечная интеграция: распределенные энергетические ресурсы и микросети Узнать больше

Солнечная интеграция: основы инверторов и сетевых услуг Узнать больше

Солнечная интеграция: основы солнечной энергии и хранения Узнать больше

Основы мягких затрат

На стоимость солнечной энергии также влияет ряд не связанных с оборудованием затрат, известных как мягкие затраты. Эти расходы включают в себя получение разрешений, финансирование и установку солнечных батарей, а также расходы, которые несут солнечные компании, чтобы привлечь новых клиентов, оплатить поставщикам и покрыть свою прибыль. Для систем солнечной энергии на крыше мягкие расходы составляют наибольшую долю общих затрат.

Основы расходов Solar Soft Узнать больше

Основы сообщества солнечной энергии Узнать больше

Соедините точки: инновации в жилищной солнечной энергии Узнать больше

Развитие солнечной рабочей силы Узнать больше

Going Solar Basics

Солнечная энергия может помочь снизить стоимость электроэнергии, внести свой вклад в отказоустойчивую электрическую сеть, создать рабочие места и стимулировать экономический рост, генерировать резервную энергию в ночное время и при отключении электроэнергии в сочетании с хранилища и работают с одинаковой эффективностью как в малых, так и в больших масштабах.

Основы сообщества солнечной энергии Узнать больше

Руководство фермера по переходу на солнечную энергию Узнать больше

Руководство домовладельца по переходу на солнечную энергию Узнать больше

Потенциал солнечной крыши Узнать больше

Основы солнечной энергетики

Солнечные энергетические системы бывают всех форм и размеров. Жилые системы находятся на крышах по всей территории Соединенных Штатов, и предприятия также предпочитают устанавливать солнечные батареи. Коммунальные предприятия также строят большие солнечные электростанции, чтобы обеспечить энергией всех потребителей, подключенных к сети.

Ежеквартальное обновление солнечной промышленности Узнать больше

Ресурсы солнечной энергии для соискателей Узнать больше

Анализ стоимости солнечной технологии Узнать больше

истории успеха Узнайте больше

Погрузитесь глубже

Узнайте больше об инновационных исследованиях, которые Управление технологий солнечной энергии проводит в этих областях.

Фотогальваника

Концентрация солнечной и тепловой энергии

Системная интеграция

Мягкие расходы

Производство и конкурентоспособность

База данных исследований солнечной энергии

В дополнение к этой основной информации о солнечной энергии вы можете найти больше информационных ресурсов солнечной энергии здесь.

Что такое солнечная панель? Определение солнечной панели, значение солнечной панели

Что такое солнечная панель? Определение солнечной панели, значение солнечной панели — The Economic Times Рост

Возврат за 5 лет

12,94 %

Инвестировать сейчас

Поиск

+

Новости бизнеса›Определения›Космические технологии›Солнечная панель

Предложите новое определение

Предлагаемые определения будут рассмотрены для включения в Economictimes. com

Space-Technology

• Предварительное определение

• Следующее определение

определение

. поглощать солнечные лучи и преобразовывать их в электричество или тепло.

Описание: Солнечная панель на самом деле представляет собой набор солнечных (или фотогальванических) элементов, которые можно использовать для выработки электроэнергии за счет фотогальванического эффекта. Эти ячейки расположены в виде сетки на поверхности солнечных панелей.

Таким образом, его также можно описать как набор фотоэлектрических модулей, смонтированных на поддерживающей его конструкции. Фотоэлектрический (PV) модуль представляет собой упакованную и соединенную сборку из 6×10 солнечных элементов.

Когда дело доходит до износа, эти панели очень прочны. Солнечные батареи изнашиваются крайне медленно. За год их эффективность снижается примерно на один-два процента (иногда и меньше).

Большинство солнечных панелей состоят из солнечных элементов из кристаллического кремния.

Установка солнечных панелей в домах помогает бороться с вредными выбросами парниковых газов и, таким образом, способствует уменьшению глобального потепления. Солнечные панели не загрязняют окружающую среду и являются чистыми. Они также уменьшают нашу зависимость от ископаемого топлива (которое ограничено) и традиционных источников энергии.

В наши дни солнечные панели используются в различных электронных устройствах, таких как калькуляторы, которые работают до тех пор, пока есть солнечный свет.

Однако единственным существенным недостатком солнечных батарей является их довольно высокая стоимость. Кроме того, солнечные панели устанавливаются на открытом воздухе, так как им нужен солнечный свет для зарядки.

Прочитайте больше новостей на

• Солнечная панельэлектриация, ситсолярные ячейки
• Photovoltaic Effecting un’s Rays

• . Вот некоторые моменты, которые вы должны иметь в виду. Этой зимой рабочие установили солнечную и аккумуляторную систему в моем доме в пригороде Нью-Йорка. Это была крупная инвестиция, но она уже начала окупаться за счет снижения счетов за коммунальные услуги и обеспечения спокойствия, что у нас будет хотя бы немного электричества во время перебоев в подаче электроэнергии, которые здесь часты, потому что ураганы часто ломают линии электропередач.

• Заинтересованы в солнечных панелях? Вот несколько советов. Этой зимой в моем доме в пригороде Нью-Йорка рабочие установили систему солнечных батарей и аккумуляторов. Это была крупная инвестиция, но она уже начала окупаться за счет снижения счетов за коммунальные услуги и обеспечения спокойствия, что у нас будет хотя бы немного электричества во время перебоев в подаче электроэнергии, которые здесь часты, потому что ураганы часто ломают линии электропередач.
• Комиссия по ценным бумагам и биржам расследует Tesla в связи с заявлениями разоблачителей о дефектах солнечных панелей. Согласно жалобе, Tesla также не уведомила своих клиентов о том, что неисправные электрические разъемы могут привести к пожару.
• Мнение: Загадка, стоящая перед переходом к более «зеленой» экономике Новые государственные расходы повышают спрос на материалы, необходимые для построения более «чистой» экономики. В то же время ужесточение регулирования ограничивает предложение, препятствуя инвестициям в шахты, металлургические комбинаты, нефтяные месторождения или любые источники, извергающие углерод.
• «Борьба с отходами солнечной энергии путем переработки, повторного использования и регенерации» В настоящее время нет законов, предписывающих безопасную утилизацию отходов солнечной энергии, в отличие от WEEE в Европе, и необходимо уделить приоритетное внимание предотвращению захоронения отходов.
• Базовая таможенная пошлина на солнечные элементы и модули для повышения тарифов обходятся компаниям в 900 крор в год: Инд-РаАсмита Пант, старший аналитик Ind-Ra, сказала: «Повышение тарифов увеличит затраты на покупку электроэнергии для отключения солнечной энергии. -покупателей на 9 миллиардов рупий (900 крор рупий) в год, учитывая, что около 10 ГВт солнечной энергии будет введено в эксплуатацию в ближайшие 12 месяцев».
• Как работает солнечное ограждение? Преимущества и области примененияСолнечная изгородь работает как электрическая изгородь, которая наносит кратковременный, но сильный удар током, когда люди или животные соприкасаются с изгородью. Шок обеспечивает сдерживающий эффект, гарантируя отсутствие человеческих жертв.
• Солнечная микросеть — переломный момент для электрификации и трансформации сельских районов Индии Солнечная микросеть — это инновация, которая может снабжать самые отдаленные районы Индии чистой энергией, которая теперь может искоренить энергетическую бедность.
• Махараштра: производители солнечных батарей против платы за поддержку сетиАссоциация, насчитывающая около 450 членов, также заявила, что накопленные солнечные электростанции могут заряжаться по номинальной ставке до одного Re за единицу
• Андхра-Прадеш: станция Виджаявада устанавливает солнечные панели на крышке над платформойСолнечная крыша была установлена ​​за 60 лакхов рупий. Учитывая жаркий и влажный климат Виджаявады, железнодорожники изучают способы использования солнечной энергии для удовлетворения потребностей станции в электричестве.0227

Загрузить еще

Trending Definitions Долговые фонды Ставка репоВзаимный фондВаловой внутренний продуктСбор данныхРекламаПродуктМонополияКриптографияАмортизация

Что такое солнечная энергия и как работают солнечные панели?

Перейти к разделу «Как работают солнечные батареи»

Что такое солнечная энергия?

Проще говоря, солнечная энергия является самым распространенным источником энергии на Земле. Около 173 000 тераватт солнечной энергии попадают на Землю в любой момент времени, что более чем в 10 000 раз превышает общую потребность мира в энергии.

Улавливая солнечную энергию и превращая ее в электричество для вашего дома или бизнеса, солнечная энергия является ключевым решением в борьбе с нынешним климатическим кризисом и уменьшении нашей зависимости от ископаемого топлива.

Как работает солнечная энергия?

Наше Солнце — природный ядерный реактор. Он испускает крошечные пакеты энергии, называемые фотонами, которые преодолевают расстояние в 93 миллиона миль от Солнца до Земли примерно за 8,5 минут. Каждый час на нашу планету воздействует достаточное количество фотонов, чтобы генерировать достаточно солнечной энергии, чтобы теоретически удовлетворить глобальные потребности в энергии на целый год.

В настоящее время на фотоэлектрическую энергию приходится только пять десятых процента энергии, потребляемой в Соединенных Штатах. Но солнечные технологии совершенствуются, а стоимость использования солнечной энергии быстро снижается, поэтому наша способность использовать изобилие солнечной энергии растет.

В 2017 году Международное энергетическое агентство показало, что солнечная энергия стала самым быстрорастущим источником энергии в мире — впервые рост солнечной энергии превысил рост всех других видов топлива. С тех пор солнечная энергия продолжает расти и бить рекорды по всему миру.

Как погода влияет на солнечную энергию?

Погодные условия могут влиять на количество электроэнергии, вырабатываемой солнечной системой, но не совсем так, как вы думаете.

Идеальные условия для производства солнечной энергии, конечно же, включают ясный солнечный день. Но, как и большинство электроники, солнечные панели на самом деле более эффективны в холодную погоду, чем в теплую. Это позволяет панели производить больше электроэнергии за то же время. При повышении температуры панель генерирует меньше напряжения и производит меньше электроэнергии.

Хотя солнечные батареи более эффективны в холодную погоду, зимой они не обязательно производят больше электроэнергии, чем летом. Более солнечная погода часто бывает в теплые летние месяцы. Помимо меньшего количества облаков, солнце обычно светит большую часть дня. Таким образом, даже если ваши панели могут быть менее эффективными в теплую погоду, они, скорее всего, будут производить больше электроэнергии летом, чем зимой.

Получают ли некоторые штаты больше солнечной энергии, чем другие?

Очевидно, что в одних штатах больше солнца, чем в других. Таким образом, реальный вопрос заключается в следующем: если погода может влиять на производство солнечной энергии, являются ли некоторые штаты лучшими кандидатами на солнечную энергию, чем другие? Короткий ответ — да, но не обязательно из-за погоды.

Возьмем, к примеру, облака. Любой, кто загорал в пасмурный день, знает, что солнечное излучение проникает сквозь облака. По той же причине солнечные панели могут производить электричество даже в пасмурные дни. Но в зависимости от облачного покрова и качества солнечных панелей эффективность производства электроэнергии солнечными панелями обычно падает с 10 до 25 процентов и более по сравнению с солнечным днем.

Другими словами, солнечная энергия может хорошо работать в типично пасмурных и холодных местах. Нью-Йорк, Сан-Франциско, Милуоки, Бостон, Сиэтл — во всех этих городах бывает ненастная погода, от дождя и тумана до метели, но это также города, где люди получают огромную экономию за счет использования солнечной энергии.

Где бы вы ни жили, солнечная энергия может стать отличной инвестицией и отличным способом борьбы с изменением климата. Сколько вы сэкономите — и как быстро вы увидите возврат своих инвестиций в конкретном штате — зависит от многих факторов, таких как стоимость электроэнергии, доступные солнечные стимулы, чистые измерения и качество ваших солнечных панелей.

Как работают солнечные панели?

Когда фотоны попадают в солнечный элемент, они выбивают электроны из атомов. Если к положительной и отрицательной сторонам ячейки присоединены проводники, она образует электрическую цепь. Когда электроны проходят через такую ​​цепь, они генерируют электричество. Несколько ячеек составляют солнечную панель, и несколько панелей (модулей) могут быть соединены вместе, чтобы сформировать солнечную батарею. Чем больше панелей вы можете развернуть, тем больше энергии вы можете ожидать.

Из чего сделаны солнечные батареи?

Фотогальванические (PV) солнечные панели состоят из множества солнечных элементов. Солнечные элементы сделаны из кремния, как полупроводники. Они состоят из положительного и отрицательного слоев, которые вместе создают электрическое поле, как в батарее.

Как солнечные панели вырабатывают электричество?

Фотоэлектрические солнечные панели генерируют электричество постоянного тока. При электричестве постоянного тока электроны движутся в одном направлении по цепи. В этом примере показана батарея, питающая лампочку. Электроны движутся от отрицательной стороны батареи через лампу и возвращаются к положительной стороне батареи.

В электричестве переменного тока электроны толкаются и притягиваются, периодически меняя направление, подобно цилиндру автомобильного двигателя. Генераторы создают электричество переменного тока, когда катушка провода вращается рядом с магнитом. Многие различные источники энергии могут «крутить ручку» этого генератора, например, газ или дизельное топливо, гидроэлектроэнергия, атомная энергия, уголь, ветер или солнечная энергия.

Электричество переменного тока было выбрано для энергосистемы США прежде всего потому, что его передача на большие расстояния обходится дешевле. Однако солнечные панели создают электричество постоянного тока. Как мы получаем электричество постоянного тока в сеть переменного тока? Мы используем инвертор.

Что делает солнечный инвертор?

Солнечный инвертор получает электричество постоянного тока от солнечной батареи и использует его для создания электричества переменного тока. Инверторы похожи на мозг системы. Наряду с преобразованием постоянного тока в переменный, они также обеспечивают защиту от замыканий на землю и статистику системы, включая напряжение и ток в цепях переменного и постоянного тока, выработку энергии и отслеживание точки максимальной мощности.

Центральные инверторы с самого начала доминировали в солнечной промышленности. Внедрение микроинверторов является одним из крупнейших технологических сдвигов в фотоэлектрической отрасли. Микроинверторы оптимизируют работу каждой отдельной солнечной панели, а не всей солнечной системы, как это делают центральные инверторы.

Это позволяет каждой солнечной панели работать с максимальным потенциалом. Когда используется центральный инвертор, проблема с одной солнечной панелью (возможно, она находится в тени или загрязнилась) может снизить производительность всей солнечной батареи. Микроинверторы, такие как те, что используются в домашней солнечной системе SunPower Equinox, решают эту проблему. Если у одной солнечной панели есть проблема, остальная солнечная батарея по-прежнему работает эффективно.

 

Как работает система солнечных батарей?

Вот пример того, как работает домашняя солнечная энергетическая установка. Сначала солнечный свет падает на солнечную панель на крыше. Панели преобразуют энергию в постоянный ток, который поступает на инвертор. Инвертор преобразует электричество из постоянного тока в переменный, который затем можно использовать для питания вашего дома. Он невероятно прост и чист, и с каждым годом становится все более эффективным и доступным.

Однако, что произойдет, если вы не будете дома, чтобы использовать электричество, которое ваши солнечные батареи вырабатывают каждый солнечный день? А что происходит ночью, когда ваша солнечная система не вырабатывает электроэнергию в режиме реального времени? Не беспокойтесь, вы по-прежнему можете получать выгоду от системы, называемой «нетто-измерение».*

Типичная фотоэлектрическая система, подключенная к сети, в часы пик дневного света часто производит больше энергии, чем нужно одному потребителю, поэтому избыточная энергия возвращается в сеть для использования в другом месте. Потребитель, имеющий право на чистое измерение, может получить кредиты за произведенную избыточную энергию и может использовать эти кредиты для получения электроэнергии из сети ночью или в пасмурные дни. Чистый счетчик регистрирует отправленную энергию по сравнению с энергией, полученной из сети. Прочтите нашу статью о чистом счетчике и о том, как он работает.

Добавление хранилища к солнечной системе еще больше увеличивает эти преимущества. С помощью системы накопления солнечной энергии клиенты могут хранить свою собственную энергию на месте, что еще больше снижает их зависимость от электроэнергии из сети и сохраняет возможность обеспечивать свой дом энергией в случае отключения электроэнергии. Если система хранения включает программное обеспечение для мониторинга, это программное обеспечение отслеживает выработку солнечной энергии, потребление энергии в доме и тарифы на коммунальные услуги, чтобы определить, какой источник энергии использовать в течение дня, чтобы максимально использовать солнечную энергию, предоставляя клиенту возможность снизить расходы в часы пик и способность сохранять мощность для последующего использования во время отключения.

Если вы хотите узнать, сколько может сэкономить ваш дом или бизнес, назначьте время, чтобы мы разработали индивидуальный дизайн и расценки на потенциальную экономию.

Похожие сообщения

• Сколько солнечных панелей вам нужно: размер панели и коэффициенты мощности
• Как устанавливаются домашние солнечные панели
• Является ли мой дом хорошим кандидатом на солнечную энергию

• *. Коммунальные кредиты и поощрения, такие как чистые счетчики, различаются в зависимости от местоположения и могут быть изменены. Пожалуйста, посетите веб-сайт dsireusa.org для получения подробной информации о политике использования солнечной энергии в вашем регионе.

Системы солнечной энергии: что такое солнечные панели?

Узнайте о солнечной энергии  | Солнечная 101

Последнее обновление 01.11.2021

С 1954 года, когда ученые из Bell Telephone обнаружили, что кремний — элемент, содержащийся в песке — создает электрический заряд при воздействии солнечного света, солнечные технологии развились и были приняты более чем в 2 миллионах домов по всей стране. Сегодня системы солнечных панелей представляют собой очень привлекательный вариант для домов и предприятий в качестве чистой и доступной энергии.

Системы солнечных панелей: основы

Благодаря разработке солнечных панелей мы можем использовать энергию неисчерпаемого источника энергии — солнца. Системы солнечных панелей работают очень просто: 

• В течение дня солнечные элементы в ваших солнечных панелях поглощают энергию солнечного света;
• Цепи внутри клеток собирают эту энергию и превращают ее в энергию постоянного тока (DC);
• Электроэнергия постоянного тока проходит через устройство, называемое инвертором, для преобразования его в полезную электроэнергию переменного тока (AC), которая выходит из ваших стенных розеток;
• Все это означает, что вы можете использовать это электричество в своем доме, хранить его с помощью солнечной батареи или отправлять обратно в сеть.

 

Ниже мы рассмотрим краткий обзор систем солнечных батарей, а также оборудования, которое вам понадобится для производства энергии с использованием солнца. Уже разбираетесь в том, как работает солнечное оборудование? Большой! Ознакомьтесь со следующими статьями в нашем разделе «Солнечная энергия 101» или перейдите к следующему разделу, чтобы узнать о преимуществах солнечной энергии.

Что такое солнечная панель?

Солнечная панель — это устройство, которое собирает солнечный свет и превращает его в полезную электроэнергию . Солнечные панели обычно состоят из солнечных элементов (сделанных из кремния), электропроводки, металлического каркаса и стеклянного покрытия. Типичная солнечная панель имеет ширину около четырех футов и высоту шесть футов.

Какие компоненты составляют систему солнечных панелей?

Солнечные батареи — очень простые системы. Любая система солнечных панелей состоит всего из четырех основных компонентов и не содержит движущихся частей, что делает их очень эффективными в установке и обслуживании. Четыре компонента системы солнечных батарей: 

1. Солнечные фотоэлектрические панели – для преобразования солнечной энергии в электричество
2. Инверторы – для преобразования электричества постоянного тока в электричество переменного тока
3. Стеллажи и монтажные системы – для крепления солнечных панелей к крыше (или к земле, в зависимости от типа установки)
4. Системы мониторинга производительности – для отслеживания и контроля производительности и состояния ваших солнечных панелей и инверторов

Солнечные панели

Солнечные панели состоят из ряда кремниевых солнечных элементов, покрытых листом стекла и удерживаемых вместе металлическим каркасом, с проводкой и схемой внутри и позади элементов для сбора потока электрического тока, выходящего из солнечной батареи. клетки. Каждая солнечная панель, также называемая солнечным модулем, обычно имеет размер около 4 на 6 футов и весит около 30 фунтов.

Несмотря на отсутствие движущихся частей, «активный» компонент солнечной панели находится в самих кремниевых элементах: когда солнечный свет попадает на кремниевые солнечные элементы, он активирует электроны, которые начинают течь через элемент. Провода в ячейках улавливают этот поток электронов, который затем объединяется с выходом других ячеек в солнечной панели. Для более подробного ознакомления с тем, как на самом деле работают солнечные панели и солнечные элементы, ознакомьтесь с нашей статьей на эту тему.

Как правило, солнечные батареи имеют формат 60 или 72 ячейки. Тем не менее, многие компании экспериментируют с новыми способами повышения эффективности солнечных элементов при преобразовании солнечного света в электрический ток, так что теперь вы увидите много «полуразрезанных» солнечных панелей, где каждая ячейка разрезается пополам, так что вы получаете двойную мощность. количество ячеек на солнечном модуле (например, 120 или 144).

Не все панели созданы одинаковыми

Чтобы выбрать солнечные панели, подходящие для вашего дома и вашего кошелька, необходимо учитывать множество критериев, включая качество продукции, долговечность и долгосрочную работу. Узнайте больше о том, как оценивать солнечные панели, в Руководстве покупателя EnergySage по солнечным батареям.

Инверторы

Элементы ваших солнечных панелей собирают солнечную энергию и превращают ее в электричество постоянного тока. Однако в большинстве домов и предприятий используется переменный ток (AC). Инверторы превращают электроэнергию постоянного тока с ваших панелей в полезную электроэнергию переменного тока. Существует два основных типа солнечных инверторов: струнные (или централизованные) инверторы и микроинверторы. Струнные инверторы также могут добавлять оптимизаторы мощности, чтобы они работали аналогично системе микроинверторов.

Струнный (или централизованный) инвертор: Один инвертор соединяет весь массив солнечных панелей с вашей электрической панелью. Струнные инверторы часто являются наименее дорогим вариантом инвертора и представляют собой очень надежную технологию, которая исторически была наиболее часто устанавливаемым типом инвертора. К каждому инвертору можно подключить несколько рядов панелей; однако, если производство электроэнергии одной из панелей в цепочке падает (что может произойти из-за затенения), это может временно снизить производительность всей этой цепочки.

Микроинверторы: Если вы выбираете микроинверторы, они (обычно) устанавливаются на каждую солнечную панель, что позволяет каждой панели максимизировать производительность. Если некоторые из ваших панелей затенены в разное время дня или если они не все установлены в одном направлении, микроинверторы сведут к минимуму проблемы с производительностью. Стоимость микроинверторов, как правило, выше, чем стоимость струнных инверторов.

Оптимизаторы мощности:  Системы, в которых используются оптимизаторы мощности, представляют собой гибрид микроинверторов и систем струнных инверторов. Как и микроинверторы, на каждой панели установлены оптимизаторы мощности. Однако вместо того, чтобы преобразовывать электричество постоянного тока от солнечных панелей в электричество переменного тока, оптимизаторы «кондиционируют» электричество постоянного тока перед отправкой его в централизованный инвертор. Как и микроинверторы, они хорошо работают, когда одна или несколько панелей затенены или если панели установлены в разных направлениях. Системы оптимизатора мощности, как правило, стоят больше, чем системы струнных инверторов, но меньше, чем системы микроинверторов.

Стеллажные и монтажные системы

Солнечные стеллажные и монтажные системы — это оборудование, которое крепит ваши солнечные панели к крыше или к земле.

Для оптимальной работы солнечные панели должны быть направлены на юг и устанавливаться под углом от 30 до 45 градусов (в зависимости от того, насколько далеко вы находитесь от экватора). Панели, обращенные на восток или запад и расположенные под углом в пять и более градусов, по-прежнему будут работать хорошо, но будут производить на 10–20% меньше электроэнергии, чем панели, установленные в идеальных условиях. Для бытовых солнечных батарей большинство систем, устанавливаемых на крыше, являются «лежачими» системами, что означает, что наклон ваших солнечных панелей параллелен уклону вашей крыши. В некоторых случаях, однако, вы можете использовать стеллажи, чтобы наклонить или расположить панели под углом, который лучше всего подходит для захвата солнечных лучей.

Существует два типа креплений: фиксированные крепления, в которых панели остаются неподвижными, и следящие крепления, которые позволяют панелям «следовать» за солнцем, когда оно движется по небу в течение дня (одноосные направляющие крепления) и во время смена времен года (двухосные крепления гусениц). Крепления для трекеров подходят только для наземных солнечных батарей.

Системы мониторинга производительности

Системы мониторинга производительности предоставляют вам подробную информацию о производительности вашей системы солнечных батарей. С помощью системы мониторинга вы можете измерять и отслеживать количество электроэнергии, вырабатываемой вашей системой каждый час.

Все инверторы, наиболее часто используемые на бытовом рынке, поставляются с приложениями для мониторинга производства , чтобы вы могли отслеживать производительность своих панелей. В некоторых случаях приложение также предоставляет мониторинг потребления , чтобы помочь вам отслеживать общую экономию от вашей системы солнечных батарей. Примечание: этот дополнительный мониторинг потребления может осуществляться за дополнительную плату.

Мониторинг вашей системы солнечных панелей может помочь вам выявить любые проблемы с производительностью, чтобы обеспечить максимальное производство электроэнергии и финансовую отдачу от вашей системы солнечных панелей.

Существует два основных типа систем мониторинга:

• Мониторинг на месте: Устройство мониторинга физически находится на вашем участке и записывает количество произведенной электроэнергии.
• Удаленный мониторинг: Ваша солнечная фотоэлектрическая система передает данные о своей производительности в службу мониторинга, к которой вы можете получить доступ через Интернет или с помощью мобильного устройства.

Начните свое путешествие по солнечной энергии сегодня с EnergySage

EnergySage — это национальный онлайн-рынок солнечной энергии: когда вы регистрируете бесплатную учетную запись, мы связываем вас с солнечными компаниями в вашем регионе, которые конкурируют за ваш бизнес с индивидуальными предложениями солнечной энергии, адаптированными к вашим потребностям. твои нужды. Ежегодно EnergySage посещают более 10 миллионов человек, чтобы узнать о солнечной энергии, купить ее и инвестировать в нее. Зарегистрируйтесь сегодня, чтобы узнать, сколько солнечной энергии может сэкономить вам.

Стоимость солнечных батарей: оно того стоит?

Что такое солнечная энергия для дома?

Домовладельцы, которые устанавливают системы солнечной энергии, могут получить многочисленные преимущества: более низкие счета за электроэнергию, более низкий углеродный след и потенциально более высокую стоимость дома. Но эти преимущества обычно сопряжены со значительными затратами на установку и техническое обслуживание, а величина выигрыша может сильно различаться от одного дома к другому.

Эта статья поможет домовладельцам произвести финансовые расчеты, необходимые для определения целесообразности использования солнечной энергии в их домах.

Key Takeaways

• Те, кто хочет стать экологичнее, могут подумать об оснащении своего дома солнечными панелями.
• Мало того, что солнечная энергия полезна для окружающей среды, вы можете зарабатывать деньги, продавая избыточную энергию в сеть.
• Несмотря на то, что за последние годы затраты снизились, установка и обслуживание солнечных панелей могут быть довольно дорогими.
• Солнечные панели лучше всего подходят для домов, в которых много солнечного света в течение всего года.
• Прежде чем приступить к использованию солнечной энергии, обязательно ознакомьтесь с социальными и экономическими факторами.

Нажмите «Играть», чтобы узнать, стоит ли использовать солнечную энергию

Понимание солнечной энергии

В принципе, решить, имеет ли финансовый смысл установка солнечной энергии для вашего дома, просто. Вам нужно будет рассчитать:

1. Стоимость системы солнечной энергии
2. Сколько энергии она будет производить
3. Сколько вы заплатили бы за такое же количество энергии
4. Через сколько лет ваши первоначальные инвестиции окупятся за счет сэкономленных затрат на электроэнергию
5. Окупится ли система через пять лет

Если это так и у вас есть первоначальный капитал, это, вероятно, отличная идея. Если вам придется дольше ждать сбережений или взять кредит, чтобы позволить себе систему, вам нужно тщательно обдумать решение.

Однако на практике все обстоит не так просто. Каждый из этих факторов сильно различается, и это может сделать затраты и выгоды от установки солнечной энергии для двух домов, даже если они соседи, радикально разными.

Однако есть некоторые инструменты, которые могут помочь. Solar Reviews предлагает калькулятор, который быстро предоставит вам репрезентативные затраты и экономию для системы солнечной энергии в любой части США. Калькуляторы, подобные этому, — хорошее место для начала, если вы новичок в солнечной энергии и хотите понять базовую модель затрат. .

В оставшейся части этой статьи мы рассмотрим каждый из ключевых факторов, которые следует учитывать при расчете затрат и потенциальной экономии солнечной энергии для вашего дома.

Прежде чем приобретать солнечные панели, получите предложения от нескольких авторитетных установщиков для сравнения.

Стоимость солнечной энергии для домовладельцев

Во-первых, давайте посмотрим на стоимость установки системы солнечной энергии для вашего дома. Средняя первоначальная стоимость системы солнечной энергии для дома составляет от 3500 до 16 000 долларов.

Почему огромный диапазон затрат? Что ж, многое зависит от размера системы, которую вы хотите установить, и типа панелей, которые вы хотите использовать. Какую бы систему вы ни использовали, имейте в виду, что солнечная энергия требует больших капиталовложений, и основные затраты на владение системой приходятся на аванс при покупке оборудования. Солнечный модуль почти наверняка будет составлять самую большую часть общих расходов.

Есть и некоторые дополнительные расходы. Другое оборудование, необходимое для установки, включает в себя инвертор (для преобразования постоянного тока, вырабатываемого панелью, в переменный ток, используемый бытовыми приборами), измерительное оборудование (если необходимо увидеть, сколько энергии вырабатывается) и различные компоненты корпуса вместе с кабели и электропроводка. Некоторые домовладельцы также рассматривают возможность хранения аккумуляторов. Исторически сложилось так, что батареи были непомерно дорогими и ненужными, если коммунальное предприятие платило за избыточную электроэнергию, подаваемую в сеть (см. ниже). Стоимость монтажных работ также должна быть учтена.

В дополнение к затратам на установку, существуют некоторые дополнительные расходы, связанные с эксплуатацией и обслуживанием фотоэлектрической солнечной батареи. Помимо регулярной очистки панелей, инверторы и батареи (если они установлены) обычно нуждаются в замене после нескольких лет использования.

Субсидии

Хотя вышеуказанные расходы относительно просты — часто компания, занимающаяся установкой солнечных батарей, может указать цену на них для домовладельца, — определение субсидий, доступных от правительства и / или вашей местной коммунальной службы, может оказаться более сложной задачей. Государственные стимулы часто меняются, но исторически правительство США разрешало налоговый кредит в размере до 30% от стоимости системы.

Более подробную информацию о программах стимулирования в США, включая программы в каждом штате, можно найти на веб-сайте Базы данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии и эффективности (DSIRE). В других странах такая информация часто доступна на правительственных сайтах или веб-сайтах по защите солнечной энергии. Домовладельцам также следует проконсультироваться со своей местной коммунальной компанией, чтобы узнать, предлагает ли она финансовые стимулы для установки солнечных батарей, и определить, какова ее политика в отношении подключения к сети и продажи избыточной энергии в сеть.

97,7 гигаватт

В 2020 году в США было установлено 19,2 гигаватт солнечной фотоэлектрической мощности, что позволило достичь общей установленной мощности 97,7 ГВт постоянного тока, чего достаточно для питания 17,7 миллионов американских домов.

Расчет производства энергии

Второй фактор, который вам необходимо учитывать при расчетах, — это количество энергии, которое будет производить ваша система, и время, когда она это сделает. Это может быть очень сложным расчетом даже для опытных инженеров-солнечников. Однако давайте пробежимся по основам.

Одним из наиболее важных соображений является уровень солнечного излучения, доступный в географическом положении дома; другими словами, насколько солнечно там, где вы живете. Когда дело доходит до использования солнечных батарей, как правило, лучше быть ближе к экватору, но необходимо учитывать и другие факторы. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) составляет карты для США, показывающие уровни солнечного излучения, а инструменты на ее веб-сайте предоставляют подробную информацию о солнечном свете для конкретных мест в США.

Не менее важна ориентация вашего дома: для массивов на крыше южная крыша без деревьев или других объектов, препятствующих солнечному свету, максимизирует доступную солнечную энергию. Если это невозможно, панели можно установить на внешние опоры и установить вдали от дома, что потребует дополнительных затрат на дополнительное оборудование и кабели.

И тогда вы должны учитывать размер вашей системы. Размер солнечной панели указывается с точки зрения теоретического выходного электрического потенциала в ваттах. Однако типичная мощность, реализованная для установленных фотоэлектрических систем, известная как коэффициент мощности, составляет от 15% до 30% теоретической мощности. Бытовая система мощностью 3 киловатт-часа (кВтч), работающая с коэффициентом мощности 15%, будет производить 3 кВтч x 15% x 24 часа в сутки x 365 дней в году = 3,9.42 кВтч в год или примерно треть типичного потребления электроэнергии домохозяйством США.

Сколько вы сэкономите?

Как только вы узнаете, сколько будет стоить система солнечной энергии и сколько энергии она будет производить, вы сможете (теоретически) предсказать, сколько вы сможете сэкономить на затратах на энергию в год.

Однако это еще один хитрый расчет, потому что многое зависит от того, как вы платите за электроэнергию в данный момент. Коммунальные службы часто взимают с бытовых потребителей фиксированную плату за электроэнергию, независимо от времени потребления. Это означает, что вместо того, чтобы компенсировать высокую стоимость пикового производства электроэнергии, солнечные энергетические системы домовладельцев просто компенсируют цену, взимаемую с них за электроэнергию, которая намного ближе к средней стоимости производства электроэнергии.

Однако многие коммунальные компании в США ввели схемы ценообразования, которые позволяют домовладельцам взимать плату по разным ставкам в течение дня, пытаясь отразить фактическую стоимость производства электроэнергии в разное время: это означает более высокие ставки во второй половине дня и более низкие ставки во второй половине дня. ночь. Солнечная батарея PV может быть очень полезной в областях, где используется такая изменяющаяся во времени скорость, поскольку произведенная солнечная энергия компенсирует наиболее дорогостоящую электроэнергию.

То, насколько это выгодно для данного домовладельца, зависит от точного времени и величины изменения ставки в соответствии с таким планом. Точно так же коммунальные услуги в некоторых местах имеют схемы ценообразования, которые меняются в разное время года из-за регулярных сезонных колебаний спроса. Те, у кого более высокие тарифы летом, делают солнечную энергию более ценной.

Некоторые коммунальные предприятия имеют многоуровневые тарифные планы, в которых предельная цена электроэнергии меняется по мере роста потребления. В соответствии с этим типом плана выгода от солнечной системы может зависеть от использования электроэнергии в доме; в некоторых районах, где показатели резко возрастают по мере увеличения потребления, большие дома (с большими потребностями в энергии) могут получить наибольшую выгоду от солнечных батарей, которые компенсируют маргинальное потребление с высокими затратами.

Для некоторых домов можно даже зарабатывать деньги, продавая солнечную энергию обратно в сеть. В США это делается с помощью планов «чистого учета», в которых бытовые потребители используют мощность, которую они передают в сеть (когда скорость выработки электроэнергии от солнечной батареи больше, чем скорость потребления электроэнергии домохозяйствами) для компенсации. мощность, потребляемая в другое время; ежемесячный счет за электроэнергию отражает чистое потребление энергии. Конкретные правила и политика чистых измерений различаются в зависимости от региона. Домовладельцы могут обратиться к базе данных DSIRE, а также должны связаться со своими местными коммунальными службами, чтобы найти более конкретную информацию.

Расчет стоимости солнечной энергии

На этом этапе вы сможете сделать окончательный расчет и оценить, имеет ли смысл использовать солнечную энергию для вас.

Общие затраты и выгоды солнечной системы теоретически могут быть оценены с использованием метода дисконтированных денежных потоков (DCF). Оттоки в начале проекта будут состоять из затрат на установку (за вычетом субсидий), а притоки поступят позже в виде компенсационных затрат на электроэнергию (как напрямую, так и за счет чистых измерений).

Однако вместо использования DCF жизнеспособность солнечной энергии обычно оценивается путем расчета приведенной стоимости электроэнергии (LCOE), а затем сравнения ее со стоимостью электроэнергии, взимаемой местной коммунальной службой. LCOE для бытовой солнечной энергии обычно рассчитывается как стоимость / киловатт-час (долл. США / кВтч или ¢ / кВтч) — тот же формат, который обычно используется в счетах за электроэнергию. Для аппроксимации LCOE можно использовать следующее уравнение:

LCOE ($/кВтч) = чистая текущая стоимость (NPV) стоимости владения за весь срок эксплуатации ($) / выход энергии за весь срок службы (кВтч)

Обычно предполагается, что срок службы фотоэлектрического солнечного модуля составляет от 25 до 40 лет. Стоимость владения включает затраты на техническое обслуживание, которые необходимо дисконтировать, чтобы найти NPV. Затем LCOE можно сравнить со стоимостью электроэнергии от коммунального предприятия; помните, что релевантная цена — это цена, которая возникает в периоды пика или близкого к пику производства фотоэлектрической солнечной энергии.

Стоит ли использовать солнечную энергию?

После того, как вы проделаете все эти расчеты, вы, скорее всего, получите одно число — количество лет, которое потребуется солнечной системе, чтобы окупить себя за счет экономии ваших счетов за электроэнергию. Если вы живете в солнечной части страны и в настоящее время у вас высокие счета за коммунальные услуги, возможно, вы ищете систему, которая достигнет этой точки через пять лет. Другим домовладельцам, возможно, придется ждать 10 или 20 лет, чтобы достичь этой точки.

Другими словами, большинство домовладельцев в конечном итоге увидят выгоду от системы солнечной энергии; на то, чтобы это осознать, могут уйти десятилетия. Таким образом, стоит ли устанавливать такую ​​систему, часто зависит от ряда гораздо менее технических факторов, чем те, которые мы перечислили выше: как долго вы собираетесь оставаться в своем доме, субсидии, доступные в вашем районе, и просто ли вы хотите внести свой вклад в защиту окружающей среды.

Плюсы и минусы солнечных панелей для дома

Как и большинство вещей, солнечная энергия имеет свои преимущества и недостатки. В то же время некоторые экономические затраты могут быть покрыты социальными выгодами для окружающей среды и снижением вашего углеродного следа, что может быть для вас важнее, чем чисто денежная оценка.

Плюсы

• Зеленая энергия, снижающая выбросы углекислого газа

• Чистый учет позволяет продавать избыточную произведенную энергию

• Вы можете иметь право на определенные налоговые льготы

Минусы

• Затраты на установку и обслуживание по-прежнему высоки

• Солнечная энергия работает только при отсутствии солнца

• Части системы необходимо заменять каждые несколько лет

• Срок действия некоторых налоговых льгот истек или истекает

Может ли дом работать только на солнечной энергии?

Практически это не всегда возможно. Это связано с тем, что солнечные батареи работают только тогда, когда светит солнце, а когда облачно или ночью, они не производят электричество. Есть несколько аккумуляторных решений для обеспечения питания в это время, но они по-прежнему довольно дороги. Большинство домов с солнечными панелями все еще время от времени полагаются на сеть.

Действительно ли вы экономите деньги с солнечными панелями?

В зависимости от того, где вы живете, система может со временем окупиться, а то и больше. Это потому, что вы не будете тратить столько денег, покупая электроэнергию у вашей коммунальной службы. Если есть чистые измерения, вы можете еще больше сократить свои счета.

Сколько стоит солнечная панель?

С годами цены неуклонно снижались. Общая стоимость будет зависеть от того, сколько киловатт мощности будет генерировать ваш массив. Согласно отчетам потребителей, после учета налоговых льгот на солнечную энергию стоимость системы солнечных панелей в доме среднего размера в США в 2021 году колеблется от 11 000 до 15 000 долларов.