Солнечные батареи что это: Солнечные батареи: все про альтернативный источник энергии — solar-energ.ru. Принцип работы солнечной батареи для дома: устройство, схема, эффективность
Использование солнечной энергии для обеспечения жизненных потребностей в 21 веке является актуальным вопросом не только для корпораций, но и для населения. Теперь использование солнечных батарей для получения экологической электроэнергии привлекает много людей своей доступностью, автономностью, неиссякаемостью и минимальными вложениями. Теперь эти явления настолько привычны и обыденны, что уже давно прочно обосновались в нашу каждодневную жизнь.
Данный источник электроэнергии используется для освещения, функционирования бытовых электроприборов и отопления. Уличные фонари на солнечных батареях используются повсеместно в городской черте, на дачных участках и территориях загородных коттеджей.
Содержание
Принцип работы солнечной батареи
Как работает солнечная батарея, во многом зависит от ее устройства. Первоначально фотоэлементы изготавливались из кремния. Они и сейчас очень популярны, но поскольку процесс очистки кремния достаточно трудоемок и затратен, разрабатываются модели с альтернативными фотоэлементами из соединений кадмия, меди, галлия и индия, но они менее производительны.
КПД солнечных батарей с развитием технологий вырос. На сегодняшний день это показатель возрос от одного процента, который регистрировался в начале столетия, до более двадцати процентов. Это позволяет в наши дни использовать панели не только для обеспечения бытовых нужд, но и производственных.
Технические характеристики
Устройство солнечной батареи довольно простое, и состоит из нескольких компонентов:
- Непосредственно фотоэлементы / солнечная панель;
- Инвертор, преобразовывающий постоянный ток в переменный;
- Контроллер уровня заряда аккумулятора.
Аккумуляторы для солнечных батарей купить следует с учетом необходимых функций. Они накапливают и отдают электроэнергию. Запасание и расход происходит в течение всего дня, а ночью накопленный заряд только расходуется. Таким образом, происходит постоянное и непрерывное снабжение энергией.
Чрезмерная зарядка и разрядка батареи укорачивает ее эксплуатационный срок. Контроллер заряда солнечной батареи автоматически приостанавливают накопление энергии в аккумуляторе, когда он достиг максимальных параметров, и отключают нагрузку устройства при сильной разрядке.
(Tesla Powerwall — аккумулятор для солнечных панелей на 7 КВт — и домашняя зарядка для электромобилей)
Сетевой инвертор для солнечных батарей является самым важным элементом конструкции. Он преобразовывает полученную от солнечных лучей энергию в переменный ток различной мощности. Являясь синхронным преобразователем, он совмещает выходное напряжение электрического тока по частоте и фазе со стационарной сетью.
Фотоэлементы могут соединяться как последовательно, так и параллельно. Последний вариант увеличивает параметры мощности, напряжения и тока и позволяет устройству работать, даже если один элемент потеряет функциональность. Комбинированные модели изготовлены с использованием обеих схем. Эксплуатационный срок пластин около 25 лет.
Установка солнечных батарей
Если конструкции будут использоваться для электрообеспечения жилых пространств, то место установки следует выбирать тщательно. Если панели будут загорожены высотными зданиями или деревьями, то трудно будет получить необходимую энергию. Их необходимо разместить там, где поток солнечных лучей максимален, то есть на южную сторону. Конструкцию лучше установить под наклоном, угол которого равен географической широте месторасположения системы.
Солнечные панели должны размещаться таким образом, чтобы хозяин имел возможность периодически очищать поверхность от пыли и грязи или снега, поскольку это приводит к более низкой способности выработки энергии.
Солнечная батарея своими руками
Те, кто хочет сэкономить, задумываются, как сделать солнечную батарею в домашних условиях самостоятельно, чтобы она обладала необходимыми эксплуатационными параметрами и полностью обеспечивала энергетические потребност. Это особенно актуально для мест отдаленных от главных артерий цивилизации.
Солнечные батареи своими руками в домашних условиях изготавливаются из соответствующих элементов, которые можно купить в открытом доступе в специализированных компаниях или через интернет магазины. Если кремниевые пластины должны приобретаться у производителей, то остальные элементы, такие как лента, рамка, пленка, стекло, припой и прочее можно вполне обнаружить и дома в хозяйстве.
Солнечная батарея своими руками из подручных средств изготавливается некоторыми умельцами из медных листов, зажимов, мощных электроплит, соли и из других материалов. Такие кустарные устройства не смогут полностью обеспечить необходимой электроэнергией и могут использоваться лишь в небольших масштабах.
Лучше всего солнечные батареи купить у производителя, поскольку они обладают гарантией и необходимыми функциональными и эксплуатационными параметрами, и, значит, не подведут. Производство солнечных батарей базируется на применении новейших технологий, которые постоянно развиваются, предлагая более усовершенствованные модели. В зависимости от размеров устройств, они могут использовать для различных целей в местах, где нет снабжения электроэнергией. Они встречаются на калькуляторах, часах, различных мобильных устройствах.
Так, например, рюкзак с солнечной батареей будет незаменимым помощником тех, кто любит путешествовать с комфортом. Он накопит достаточно энергии, чтобы зарядить фонарик для освещения туристической палатки или чтобы во время похода заряжать необходимые гаджеты. Судя по отзывам, солнечные батареи используются часто и с удовольствием для удовлетворения разнообразных нужд не только на природе, но и в быту.
Современные устройства со встроенными солнечными модулями
- Power bank с солнечной батареей – внешний накопитель с фотоэлементами для преобразования солнечных лучей в заряд аккумулятора. Он обладает несколькими портами и предназначен для зарядки смартфонов или планшетов. Это незаменимое устройство для тех кто, много времени тратят в дороге и пользуются гаджетами. Устройство, зависимо от модели может дополняться различными функциями, как, к примеру, фонариком.
- Робот конструктор – наборы с различными элементами, из которых можно собрать несколько конструкций, которые двигаются автономно. Это лучшая игрушка для любознательных детей. Робот конструктор на солнечной батарее купить интересно будет не только малышам, но и вполне взрослым дяденькам, поскольку захватывающим является не только движение робота, но и сам процесс сборки.
- Уличные садовые светильники на солнечных батареях – идеальное решение для сада, огорода или приусадебного участка. Благодаря накопленному заряду они будут светиться всю ночь. Для этого не нужно прокладывать специальную проводку. Их можно брать с собой на рыбалку или семейный поход. Чрезвычайная мобильность, компактность и удобство делают фонари самыми востребованными изделиями на солнечных батареях.
Возможности эксплуатации настолько разнообразны, а технологии так быстро развивается, что скоро солнечные модули охватят все сферы жизни современного человека.
Солнечная батарея — бытовой термин, используемый в разговорной речи или ненаучной прессе. Обычно под термином «солнечная батарея» или «солнечная панель» подразумевается несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток.
В отличие от солнечных коллекторов, производящих нагрев материала-теплоносителя, солнечная батарея производит непосредственно электричество. Однако для производства электричества из солнечной энергии используются и солнечные коллекторы: собранную тепловую энергию можно использовать и для вырабатывания электричества. Крупные солнечные установки, использующие высококонцентрированное солнечное излучение в качестве энергии для приведения в действие тепловых и др. машин (паровой, газотурбинной, термоэлектрической и др.), называются Гелиоэлектростанции (ГЕЭС).
Различные устройства, позволяющие преобразовывать солнечное излучение в тепловую и электрическую энергию, являются объектом исследования гелиоэнергетики (от гелиос греч. Ήλιος, Helios — солнце). Производство фотоэлектрических элементов и солнечных коллекторов развивается быстрыми темпами в самых разных направлениях. Солнечные батареи бывают различного размера: от встраиваемых в микрокалькуляторы до занимающих крыши автомобилей и зданий.
Использование
Микроэлектроника
Зарядное устройствоДля обеспечения электричеством и/или подзарядки аккумуляторов различной бытовой электроники — калькуляторов, плееров, фонариков и т. п.
Электромобили
На крыше автомобиля Prius, 2008Для подзарядки электромобилей.
Энергообеспечение зданий
Солнечная батарея на крыше домаСолнечные батареи крупного размера, как и солнечные коллекторы, очень широко используются в тропических и субтропических регионах с большим количеством солнечных дней. Особенно популярны в странах Средиземноморья, где их помещают на крышах домов.
Новые дома Испании с марта 2007 года должны быть оборудованы солнечными водонагревателями, чтобы самостоятельно обеспечивать от 30 % до 70 % потребностей в горячей воде, в зависимости от места расположения дома и ожидаемого потребления воды. Нежилые здания (торговые центры, госпитали и т. д.) должны иметь фотоэлектрическое оборудование [1].
В Нидерландах запущен проект по созданию оконного стекла «Smart Energy Glass» с функциональностью фотоэлемента (см. сайт проекта (англ.) ).
Энергообеспечение населённых пунктов
Солнечно-ветровая энергоустановкаИспользование в космосе
Солнечная батарея на МКССолнечные батареи — один из основных способов получения электрической энергии на космических аппаратах: они работают долгое время без расхода каких-либо материалов, и в то же время являются экологически безопасными, в отличие от ядерных и радиоизотопных источников энергии.
Однако при полётах на большом удалении от Солнца (за орбитой Марса) их использование становится проблематичным, так как поток солнечной энергии обратно пропорционален квадрату расстояния от Солнца. При полётах же к Венере и Меркурию, напротив, мощность солнечных батарей значительно возрастает (в районе Венеры в 2 раза, в районе Меркурия в 6 раз).
Эффективность фотоэлементов и модулей
Мощность потока солнечного излучения на входе в атмосферу Земли (AM0), составляет около 1366 ватт[2] на квадратный метр (см. также AM1, AM1.5, AM1.5G, AM1.5D [3], [4]). В то же время, удельная мощность солнечного излучения в Европе в очень облачную погоду даже днём может[5] быть менее 100 Вт/м². С помощью наиболее распространённых промышленно производимых солнечных батарей можно преобразовать эту энергию в электричество с эффективностью 9—24 %. При этом цена батареи составит около 1—3 долларов США за Ватт номинальной мощности. При промышленной генерации электричества с помощью фотоэлементов цена за кВт·ч составит 0,25 долл. По мнению Европейской Ассоциации Фотовольтаики (EPIA), к 2020 году стоимость электроэнергии, вырабатываемой «солнечными» системами, снизится до уровня менее 0,10 € за кВт·ч для промышленных установок и менее 0,15 € за кВт·ч для установок в жилых зданиях.[6]
Сообщается, что в отдельных лабораториях получены солнечные элементы с эффективностью 43 %[7]. В январе 2011 года ожидается поступление на рынок солнечных элементов с эффективностью 39%[8].
| Тип | Коэффициент фотоэлектрического преобразования, % |
|---|---|
| Кремниевые | |
| Si (кристаллический) | 24,7 |
| Si (поликристаллический) | 20,3 |
| Si (тонкопленочная передача) | 16,6 |
| Si (тонкопленочный субмодуль) | 10,4 |
| III-V | |
| GaAs (кристаллический) | 25,1 |
| GaAs (тонкопленочный) | 24,5 |
| GaAs (поликристаллический) | 18,2 |
| InP (кристаллический) | 21,9 |
| Тонкие пленки халькогенидов | |
| CIGS (фотоэлемент) | 19,9 |
| CIGS (субмодуль) | 16,6 |
| CdTe (фотоэлемент) | 16,5 |
| Аморфный/Нанокристаллический кремний | |
| Si (аморфный) | 9,5 |
| Si (нанокристаллический) | 10,1 |
| Фотохимические | |
| На базе органических красителей | 10,4 |
| На базе органических красителей (субмодуль) | 7,9 |
| Органические | |
| Органический полимер | 5,15 |
| Многослойные | |
| GaInP/GaAs/Ge | 32,0 |
| GaInP/GaAs | 30,3 |
| GaAs/CIS (тонкопленочный) | 25,8 |
| a-Si/mc-Si (тонкий субмодуль) | 11,7 |
Факторы, влияющие на эффективность фотоэлементов
Особенности строения фотоэлементов вызывают снижение производительности панелей с ростом температуры.
Частичное затемнение панели вызывает падение выходного напряжения за счёт потерь в неосвещённом элементе, который начинает выступать в роли паразитной нагрузки. От данного недостатка можно избавиться путём установки байпаса на каждый фотоэлемент панели.
Из рабочей характеристики фотоэлектрической панели видно, что для достижения наибольшей эффективности требуется правильный подбор сопротивления нагрузки. Для этого фотоэлектрические панели не подключают напрямую к нагрузке, а используют контроллер управления фотоэлектрическими системами, обеспечивающий оптимальный режим работы панелей.
Производство
Очень часто одиночные фотоэлементы не вырабатывают достаточной мощности. Поэтому определенное количество PV элементов соединяется в так называемые фотоэлектрические солнечные модули и между стеклянными пластинами монтируется укрепление. Эта сборка может быть полностью автоматизирована.[10]
Топ десять
Крупнейшие производители фотоэлектрических элементов (по суммарной мощности) в 2010 году.[11]
- Suntech Power (англ.)русск.
- First Solar (англ.)русск.
- Sharp Solar (англ.)русск.
- Yingli (англ.)русск.
- Trina Solar (англ.)русск.
- Canadian Solar (англ.)русск.
- Hanwha Solarone (англ.)русск.
- SunPower (англ.)русск.
- Renewable Energy Corporation (англ.)русск.
- SolarWorld
Производство в России
Заводы производящие солнечные батареи[источник не указан 646 дней]:
- ООО «Хевел» (Новочебоксарск)[12]
- «Телеком-СТВ» (Зеленоград)
- «Солнечный ветер» (Краснодар)[13]
- ОАО «НПП «Квант» (Москва)[14][15]
- ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов»
- ЗАО «Термотрон-завод» (Брянск)
- ОАО «Сатурн» Краснодар[16]
См. также
Ссылки
Примечания
- ↑ Spain requires new buildings use solar power
- ↑ «Solar Spectra: Air Mass Zero»
- ↑ «Solar Photovoltaic Technologies»
- ↑ «Reference Solar Spectral Irradiance: Air Mass 1.5»
- ↑ По материалам: www.ecomuseum.kz
- ↑ «Конкурентоспособность энергетики» // Photon Consulting
- ↑ Австралийцы установили новый рекорд КПД солнечных батарей (рус.). Membrana. Membrana (28 августа 2009). Архивировано из первоисточника 25 июня 2012. Проверено 6 марта 2011.
- ↑ На рынок выходят солнечные батареи с рекордным КПД (рус.). Membrana. Membrana (25 ноября 2010). Архивировано из первоисточника 25 июня 2012. Проверено 6 марта 2011.
- ↑ http://www.nitolsolar.com/rutechnologies/
- ↑ Производство фотоэлектрического солнечного модуля. Архивировано из первоисточника 25 июня 2012.
- ↑ PVinsights announces worldwide 2010 top 10 ranking of PV module makers
- ↑ ООО «Хевел». Архивировано из первоисточника 25 июня 2012.
- ↑ Солнечный ветер. Архивировано из первоисточника 25 июня 2012.
- ↑ Официальный сайт предприятия
- ↑ «Солнечные» крылья. Сюжет телестудии Роскосмоса февраль 2012 г.
- ↑ ОАО «Сатурн» Краснодар. Архивировано из первоисточника 25 июня 2012.
 |
На сегодняшний день преимущества и недостатки солнечных батарей, позволяют говорить об этих источниках энергии, как о самых перспективных на ближайшее будущее.
Преимущества солнечных батарей
- Самый первый плюс — это неиссякаемость и вседоступность источника энергии. Солнце есть практически в любой точке планеты и в ближайшее время, оно не собирается никуда пропадать. Если этот источник энергии пропадёт, то нас уже точно не будет волновать вопрос откуда взять электроэнергию.
- Второе достоинство солнечных батарей — это их экологичность. Каждый потребитель, борющийся за здоровье родной планеты, считает своим долгом приобрести экологичные источники энергии типа ветряка или, в нашем случае — солнечные панели. Но здесь так же как с электромобилями. Сами-то по себе батареи экологичны, но при их производстве, а также при производстве аккумуляторов, электростанций и различных проводников, используются токсичные вещества, которые загрязняют окружающую среду.
- Кстати, говоря о сравнении с ветряками, солнечные панели намного тише. Они вообще не издают никаких звуков в сравнении с шумными ветряками.
- Износ батарей происходит очень медленно, ведь здесь нет подвижных частей, если только Вы не используете в своей системе приводы, которые поворачивают солнечные элементы в сторону источника энергии. Тем не менее, даже с такой системой, солнечные панели служат до 25 лет и даже больше. Только после этого срока, если батареи качественные, у них начинает падать КПД и постепенно их нужно заменять на новые. Кто знает какие технологии будут через четверть века? Возможно, следующих батарей Вам хватит до конца жизни.
- Устанавливая такой источник энергии для дома, вы не будете думать о том, что поставщик энергии внезапно по техническим причинам отрежет ваш дом от энергоснабжения. Вы всегда сам себе хозяин. Точнее своей системе подачи электричества. Нет проблем ни с внезапным повышением цен, ни с транспортировкой энергии.
- После того, как ваша энергетическая солнечная электростанция окупится, вы будете получать по сути бесплатную энергию в дом. Конечно, сначала за определённый период, нужно отбить вложения.
- Ещё одно преимущество солнечных электростанций — возможность наращивания. Вопрос упирается только в доступную для Вас площадь. Именно модульность батарей позволяет беспрепятственно в случае необходимости увеличивать мощность системы. Необходимо просто добавить новые солнечные панели и запитать их в систему. Хотя эти преимущества солнечных электростанций перекрываются существенной проблемой, а именно необходимостью оборудования больших площадей. Речь идёт о квадратных километрах солнечных элементов.
- Солнечная панель не потребляет никакого топлива, а значит вы не зависите от цен на топливо, также как не зависите от поставок топлива. Плюсы солнечных батарей также в беспрерывной подаче электроэнергии.
Минусы и недостатки солнечных батарей
Несмотря на все вышеперечисленные плюсы, есть у батарей и масса недостатков, которые необходимо оценить при выбореисточника энергии. Важно понимать все минусы до покупки, чтобы потом быть готовым к тому, с чем придётся столкнуться. По ряду причин солнечные панели используются чаще как вспомогательный источник, а не как основной.
- Самый первый недостаток — необходимость первоначальных больших инвестиций, которые не требуются при обычном подключении к центральной электросети. Также срок окупаемости вложений, в электросеть с солнечными батареями, весьма размытый, ведь всё зависит от факторов, которые не зависят от потребителя.
- Низкий уровень КПД. Один квадратный метр солнечной батареи средней производительности выдаёт всего лишь около 120 Вт мощности. Такой мощности не хватит даже для того, чтобы нормально поработать за лэптопом. Солнечные панели имеют значительно меньший КПД в сравнении с традиционными источниками энергии — около 14-15%. Однако этот недостаток можно считать достаточно условным, ведь новые технологии постоянно увеличивают этот показатель и развитие не стоит на месте, выжимая всё больше и больше энергоэффективности из тех же самых площадей.
- В странах СНГ солнечные батареи достаточно дорогое удовольствие, ведь государство не поддерживает покупку таких источников энергии и никак не дотирует стремление своих граждан к “зелёной” энергии. Конечно, за рубежом ситуация значительно лучше. Ведь те же США заинтересованы в переходе страны на экологически чистые источники энергии.
- Ещё один недостаток — эффективность работы зависимая от погодных условий и климата. Например, солнечные батареи теряют свою эффективность во время пасмурной погоды или в тумане. Также при низких температурах, в зимнее время, КПД солнечных батарей падает. А если панель недостаточно хорошего качества, то и при высоких температурах. Поэтому всё же необходимо поддерживать солнечные батареи какими-то основными источниками энергии, либо использовать гибридные солнечные батареи. Также немаловажно, что солнечные панели могут по разному работать в разных широтах планеты. В каждой отдельно взятой местности, за год выходит разное количество солнечной энергии. Поэтому эффективность солнечной системы также зависит и от месторасположения вашего дома. Впрочем как и от времени суток, ведь ночью солнца нет, а значит и нет выработки энергии.
- Батареи невозможно использовать как источник энергии для техники, которая потребляет большую мощность.
- Система электроснабжения от солнца требует большого количества вспомогательной техники. Аккумуляторы для накопления энергии, инверторы, а также специального помещения для установки системы. Например, никель-кадмиевые аккумуляторы значительно теряют свою мощность при понижении температуры ниже нуля по Цельсию.
- Для того, чтобы выдать большую мощность от солнечной энергии, необходимы большие площади. Если говорить про солнечную электростанцию промышленного масштаба, то это квадратные километры. Конечно, при бытовом использовании панелей, Вам такие площади не понадобятся, но всё же учитывайте этот момент, если захотите расширятся.
При постоянно растущих ценах на электроэнергию поневоле начнешь задумываться об использовании природных источников для электроснабжения. Одна из таких возможностей — солнечные батареи для дома или дачи. При желании они могут обеспечить полностью все потребности даже большого дома.
Устройство системы электропитания от солнечных батарей
Содержание статьи
Преобразовывать энергию солнца в электричество – эта идея длительное время не давала спать ученым. С открытием свойств полупроводников это стало возможным. В солнечных батареях используются кремниевые кристаллы. При попадании на них солнечного света в них образуется направленное движение электронов, которое называется электрическим током. При соединении достаточного количества таких кристаллов получаем вполне приличные по величине токи: одна панель площадью чуть больше метра (1,3-1,4 м2 при достаточном уровне освещенности может выдать до 270 Вт (напряжение 24 В).
Электрические солнечные батареи для дома открывают много возможностей
Так как освещенность меняется в зависимости от погоды, времени суток, напрямую подключать устройства к солнечным батареям не получается. Нужна целая система. Кроме солнечных панелей требуется:
- Аккумулятор. На протяжении светового дня под воздействием солнечных лучей солнечные батареи вырабатывают электрический ток для дома, дачи. Он не всегда используется в полном объеме, его излишки накапливаются в аккумуляторе. Накопленная энергия расходуется ненастную погоду.
- Контролер. Не обязательная часть, но желательная (при достаточном количестве средств). Отслеживает уровень заряда аккумулятора, не допуская его чрезмерного разряда или превышения уровня максимального заряда. Оба этих состояния губительны для аккумулятора, так что наличие контролера продлевает срок эксплуатации аккумулятора. Также контролер обеспечивает оптимальный режим работы солнечных панелей.
- Преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор). Не все устройства рассчитаны на постоянный ток. Многие работают от переменного напряжения в 220 вольт. Преобразователь дает возможность получить напряжение 220-230 В.
Солнечные батареи для дома — только часть системы
Установив солнечные батареи для дома или дачи, можно стать совершенно независимым от официального поставщика. Но для этого надо иметь большое количество батарей, некоторое количество аккумуляторов. Комплект, который вырабатывает 1,5 кВт а сутки стоит около 1000$. Этого достаточно для обеспечения потребностей дачи или части электрооборудования в доме. Комплект солнечных батарей для производства 4 кВт в сутки стоит порядка 2200$, на 9 кВт в сутки — 6200$. Так как солнечные батареи для дома — модульная система, можно купить установку, которая будет обеспечивать часть потребностей, постепенно увеличивая ее производительность.
Виды солнечных батарей
С ростом цен на энергоносители идея использования энергии солнца для получения электроэнергии становится все более популярной. Тем более, что с развитием технологий солнечные преобразователи становятся эффективнее и, одновременно, дешевле. Так что, при желании, можно свои нужды обеспечить установив солнечные батареи. Но они бывают разных типов. Давайте разбираться.
Сама солнечная батарея — некоторое количество фотоэлементов, которые расположены в общем корпусе, защищенные прозрачной лицевой панелью. Для бытового использования фотоэлементы производят на основе кремния, так как он относительно недорог, и элементы на его основе имеют неплохой КПД (порядка 20-24%). На основе кремниевых кристаллов изготавливают монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные (гибкие) фотоэлементы. Некоторое количество этих фотоэлементов электрически соединены между собой (последовательно и/или параллельно) и выведены на клеммы, расположенные на корпусе.
Солнечная панель для дома состоит из некоторого количества фтоэлементов
Фотоэлементы установлены в закрытом корпусе. Корпус солнечной батареи делают из анодированного алюминия. Он легкий, не подвержен коррозии. Лицевую панель делают из прочного стекла, которое должно выдерживать снего-ветровые нагрузки. К тому же оно должно обладать определенными оптическими свойствами — иметь максимальную прозрачность, чтобы пропускать как можно больше лучей. Вообще, из-за отражения теряется значительное количество энергии, так что требования к качеству стекла высокие и еще оно покрывается антибликовым составом.
Виды фотоэлементов для солнечных батарей
Солнечные батареи для дома делают на основе кремневых элементов трех типов;
- Монокристаллические. Каждый фотоэлемент — один кристалл кремния. Монокристаллические фотоэлементы имеют неплохой КПД (порядка 24,7%), но и стоимость их несколько выше. Отличить можно, во-первых, по однородному насыщенному синему цвету, во-вторых, по скругленным краям фотоэлемента.
Виды кремниевых фотоэлементов для солнечных батарей
- Поликристаллические. Несколько небольших кремниевых кристаллов объединены в один фотоэлемент. Они имеют неоднородную структуру, из-за чего хуже поглощают солнечный свет. Это отражается на КПД (20,3%). Фактически это означает, что солнечная панель той же мощности будет занимать примерно на 20% больше площади.
- Тонкопленочные. Представляют собой слой полупроводника, напыленный на гибкую подложку. За счет своей гибкости могут монтироваться на криволинейные поверхности. Но имеют невысокую производительность (порядка 10,4%), так что занимают большие площади (как минимум, в 2 раза больше, чем поликристаллические).
Если у вас скатная крыша и фасад развернут на юг или восток, слишком сильно думать о занимаемой площади не имеет смысла. Вполне могут устроить поликристаллические модули. При равном количестве производимой энергии они стоят немного дешевле.
Как правильно выбрать систему солнечных батарей для дома
Есть распространенные заблуждения, которые заставляют вас тратить лишние деньги на приобретение чересчур дорогого оборудования. Ниже приведем рекомендации того, как правильно выстроить систему электропитания от солнечных батарей и не потратить лишних денег.
Солнечные электростанции для дома могут быть не такими дорогими, если подходить к вопросу взвешенно
Что надо купить
Далеко не все компоненты солнечной электростанции жизненно необходимы для работы. Без некоторых частей вполне можно обойтись. Они служат для повышения надежности, но без них система работоспособна. Первое, что стоит запомнить — приобретайте солнечные батареи в конце зимы, начале весны. Во-первых, погода в это время отличная, много солнечных дней, снег отражает солнце, увеличивая общую освещенность. Во-вторых, в это время традиционно объявляют скидки. Далее советы такие:
- Приобретайте солнечные батареи для дома с выходным напряжением 12 В. Именно от такого напряжения работает большая часть бытовой и строительной техники, светодиодные светильники и т.д. Техники, работающей от 24 или 48 вольт намного меньше. Можете посмотреть паспорта или воспользуйтесь поиском.
- Не используйте для освещения лампы накаливания. Они потребляют слишком много электроэнергии, да и работают от 220 в. Замените их на светодиодные. Для них постоянный ток в 12 В — это то, что надо.
«Полная» система электропитания от солнечных батарей выглядит так
- Не старайтесь сразу купить систему большой мощности чтобы покрыть все возможные потребности. Для начала купите пару модулей без преобразователя/инвертора, подключите к ним ту технику, которая работает от постоянного напряжения. Если вас устроит система, позднее можно нарастить мощность, докупить инвертор и подключить технику, которая работает от 220-230 В. И учтите, что инвертор, даже при выключенной нагрузке, потребляет электроэнергию (потери на преобразовании примерно 30%). То есть ночью, когда все выключено, он просто расходует заряд АКБ. Причем выдает он далеко не идеальную синусоиду. В общем, все что может работать от постоянного напряжения, запитываем от аккумуляторов напрямую.
Если воспользоваться только этими советами, и подключить только технику, которая работает от постоянного напряжения, система солнечных батарей для дома обойдется в гораздо более скромную сумму чем самый дешевый комплект. Но это еще не все. Можно еще часть оборудования оставить «на потом» или вообще обойтись без него.
Без чего можно обойтись
Стоимость комплекта солнечных батарей на 1 кВт в сутки — более тысячи долларов. Немалые вложения. Поневоле задумаешься, а стоит ли оно того и каков же будет срок окупаемости. При нынешних тарифах ждать пока отобьются свои деньги придется не один год. Но можно затраты уменьшить. Не за счет качества, но за счет незначительного снижения комфортности эксплуатации системы и за счет разумного подхода к подбору ее компонентов.
- Не покупайте гелиевые или аккумуляторы глубокого разряда. Они не стоят своих денег. С солнечными батареями для дома отлично работают даже отслужившие свой срок автомобильные АКБ . Они нормально работают еще минимум, 5 лет.
Если площадь не ограничена, можно купить солнечную батарею на поликристаллических фотоэлементах
- В принципе, можно обойтись еще меньшими средствами. Можно не ставить контроллер. Он стоит не менее 150$ (а при большой мощности 500$), а вся его задача — мониторить состояние заряда батарей. Если бюджет ограничен, купите автомобильные часы, работающие от 12 В, которые также измеряют напряжение, температуру. Они стоят 2-5$ и практически выполняют ту же функцию. А чтобы избежать перезаряда, купите лишний аккумулятор. Или два. Суммарная мощность «лишней» емкости должна быть не ниже 20%. Это и позволит избежать перезаряда, и увеличит емкость системы.
Итак, если бюджет ограничен, можно обойтись несколькими солнечными панелями и аккумуляторными батареями, емкость которых на 20-25% выше максимального заряда солнечных панелей. Для мониторинга состояния купите автомобильные часы, которые еще измеряют напряжение. Это избавит вас от необходимости несколько раз в день измерять заряд на АКБ. Вместо этого вам надо будет время от времени смотреть на показания часов. Для старта это все. В дальнейшем можно докупать солнечные батареи для дома, увеличивать количество АКБ. При желании, можно купить инвертор.
Определяемся с размерами и количеством фотоэлементов
В хороших солнечных батареях на 12 вольт должно быть 36 элементов, на 24 вольта — 72 фотоэлемента. Это количество оптимально. При меньшем числе фотоэлементов вы никогда не получите заявленный ток. И это — лучший из вариантов.
Не стоит покупать сдвоенные солнечные панели — по 72 и 144 элемента соответственно. Во-первых, они очень большие, что неудобно при перевозке. Во-вторых, при аномально низких температурах, которые у нас периодически случаются, они первыми выходят из строя. Дело в том, что ламинирующая пленка при морозах сильно уменьшается в размерах. На больших панелях из-за большого натяжения она отслаивается или даже рвется. Теряется прозрачность, катастрофически падает производительность. Панель идет в ремонт.
Солнечная панель на 4 В имеет 7 элемента
Второй фактор. На больших по размерам панелях должна быть больше толщина корпуса и стекла. Ведь увеличивается парусность и снеговые нагрузки. Но далеко не всегда это делают, так как значительно возрастает цена. Если вы видите сдвоенную панель, а цена на нее ниже, чем на две «обычных», лучше ищите что-то другое.
Еще раз: лучший выбор — солнечная панель для дома на 12 вольт, состоящая из 36 фотоэлементов. Это оптимальный вариант, проверенный практикой.
Технические характеристики: на что обратить внимание
В сертифицированных солнечных батареях всегда указывается рабочий ток и напряжение, а также напряжение холостого хода и ток КЗ. При этом стоит учесть, что все параметры обычно указываются для температуры +25°C. В солнечный день на крыше батарея разогревается до температур, значительно превышающих эту цифру. Это объясняет наличие большего рабочего напряжения.
Пример технических характеристик солнечных батарей для дома
Также обратите внимание на напряжение холостого хода. В нормальных батареях оно порядка 22 В. И все бы ничего, но если проводить работы на оборудовании не отключив солнечные батареи, напряжение холостого ходы выведет из строя инвертор или другую подключенную технику, не рассчитанную на подобный вольтаж. Потому при любых работах — переключении проводов, подключении/отключении аккумуляторов и т.д. и т.п — первое что вы должны сделать — отключить солнечные батареи (снять клеммы). Перебрав схему, их подключаете последними. Такой порядок действий сохранит вам много нервов (и денег).
Корпус и стекло
Солнечные батареи для дома имеют алюминиевый корпус. Этот металл не корродирует, при достаточной прочности имеет небольшую массу. Нормальный корпус должен быть собран из профиля, в котором присутствуют, как минимум, два ребра жесткости. К тому же стекло должно быть вставлено в специальный паз, а не закреплено сверху. Все это — признаки нормального качества.
Бликов на корпусе быть не должно
Еще при выборе солнечной батареи обратите внимание на стекло. В нормальных батареях оно не гладкое, а текстурированное. На ощупь — шершавое, если провести ногтями, слышен шорох. К тому же должно иметь качественное покрытие, которое сводит к минимуму блики. Это означает что в нем не должно ничего отражаться. Если хоть под каким-то углом видны отражения окружающих предметов, лучше найдите другую панель.
Выбор сечения кабеля и тонкости электрического подключения
Подключать солнечные батареи для дома необходимо медным одножильным кабелем. Сечение жилы кабеля зависит от расстояния между модулем и АКБ:
- расстояние менее 10 метров:
- 1,5 мм2 на одну солнечную батарею мощностью 100 Вт;
- на две батареи — 2,5 мм2;
- три батареи — 4,0 мм2;
- расстояние больше 10 метров:
- для подключения одной панели берем 2,5 мм2;
- двух — 4,0 мм2;
- трех — 6,0 мм2.
Можно брать сечение больше, но не меньше (будут большие потери, а оно нам не надо). При покупке проводов, обратите внимание на фактическое сечение, так как сегодня заявленные размеры очень часто не соответствуют действительным. Для проверки придется измерять диаметр и считать сечение (как это делать, прочесть можно тут).
Солнечные батареи для дома: электрическое подключение
При сборе системы можно плюсы солнечных батарей провести используя многожильный кабель подходящего сечения, а для минуса использовать один толстый. Перед подключением к аккумуляторам все «плюсы» пропускаем через диоды или диодные сборки с общим катодом. Это предотвращает возможность замыкания аккумулятора (может вызвать возгорание) при замыкании или обрыве проводов между батареями и аккумулятором.
Диоды используют типа SBL2040CT, PBYR040CT. Если такие на нашли, можно снять со старых блоков питания персональных компьютеров. Там обычно стоят SBL3040 или подобные. Пропускать через диоды желательно. Не забудьте что они сильно греются, так что монтировать их надо на радиаторе (можно на едином).
Еще в системе необходим блок предохранителей. По одному на каждого потребителя. Всю нагрузку подключаем через этот блок. Во-первых, система так безопаснее. Во-вторых, при возникновении проблем, проще определить ее источник (по сгоревшему предохранителю).
Эффективное преобразование бесплатных лучей солнца в энергию, которую можно использовать для электроснабжения жилья и иных объектов, – заветная мечта многих апологетов зеленой энергетики.
Но принцип работы солнечной батареи, и ее КПД таковы, что о высокой эффективности таких систем пока говорить не приходится. Было бы неплохо обзавестись собственным дополнительным источником электроэнергии. Не так ли? Тем более что уже сегодня и в России с помощью гелиопанелей “дармовой” электроэнергией успешно снабжается немалое количество частных домохозяйств. Вы все еще не знаете с чего начать?
Ниже мы расскажем вам об устройстве и принципах работы солнечной панели, вы узнаете, от чего зависит эффективность гелиосистемы. А размещенные в статье видеоролики помогут собственноручно собрать солнечную панель из фотоэлементов.
Содержание статьи:
Солнечные батареи: терминология
В тематике «солнечной энергетики» достаточно много нюансов и путаницы. Часто новичкам разобраться во всех незнакомых терминах поначалу бывает трудно. Но без этого заниматься гелиоэнергетикой, приобретая себе оборудование для генерации “солнечного” тока, неразумно.
По незнанию можно не только выбрать неподходящую панель, но и попросту сжечь ее при подключении либо извлечь из нее слишком незначительный объем энергии.
Галерея изображений
Фото из
Установка из солнечных панелей позволяет рационально использовать бесплатную, к тому же неисчерпаемую энергию солнечных лучей
Миниатюрные электростанции, собранные из солнечных батарей, обеспечат энергией неэлектрифицированные объекты и дома, расположенные в регионах с перебоями в поставке электричества
Установки, перерабатывающие УФ излучение в электроэнергию, занимают минимум места. их располагают на крышах домов, хозпостроек, гаражей, беседок, веранд. Реже их располагают на открытых, не занятых постройками и насаждениями площадках
Солнечные батареи — незаменимое оборудование для любителей путешествий. Оно обеспечит энергией вдали от источников электропитания
Использование солнечной энергии предоставит возможность существенно сократить затраты на содержание дач и загородных домов. собрать и установить экономически полезную систему без затруднений можно собственными руками
Расположенные на корме яхты, палубе корабля или носу катера солнечные батареи обеспечат электроэнергией, благодаря которой можно поддерживать стабильную связь с берегом
Портативная солнечная панель с аккумулятором исключит возникновение экстремальных ситуаций вдали от населенных пунктов, гарантирует зарядку мобильных устройств для общения с близкими
Выпускаемые специально для походов легкие компактные зарядные устройства на основе солнечных батарей обеспечат энергией телефоны, рации, планшеты и медиа-технику
Рациональное использование природных ресурсов
Обеспечение энергией неэлектрифицированных объектов
Монтаж солнечных панелей на крыше
Мобильная солнечная батарея в кемпинге
Самостоятельный монтаж на дачном участке
Генератор энергии в морских прогулках
Портативная солнечная панель с аккумулятором
Занимающий минимум места прибор
Вначале следует разобраться в существующих разновидностях оборудования для гелиоэнергетики. Солнечные батареи и солнечные коллекторы – это два принципиально разных устройства. Оба они преобразуют энергию лучей солнца.
Однако в первом случае на выходе потребитель получает энергию электрическую, а во втором тепловую в виде нагретого теплоносителя, т.е. солнечные панели используют для .
Максимум отдачи от солнечной панели можно будет получить, только зная, как она работает, из каких компонентов и узлов состоит и как все это правильно подключается
Второй нюанс – это понятие самого термина «солнечная батарея». Обычно под словом «батарея» понимается некое аккумулирующее электроэнергию устройство. Либо на ум приходит банальный отопительный радиатор. Однако в случае с гелиобатареями ситуация кардинально иная. Они ничего в себе не накапливают.
Солнечной панелью генерируется постоянный электроток. Чтобы преобразовать его в переменный (используемый в быту), в схеме должен присутствовать инвертор
Солнечные батареи предназначены исключительно для генерации электрического тока. Он, в свою очередь, накапливается для снабжения дома электричеством ночью, когда солнце опускается за горизонт, уже в присутствующих дополнительно в схеме энергообеспечения объекта аккумуляторах.
Батарея здесь подразумевается в контексте некой совокупности однотипных компонентов, собранных в нечто единое целое. Фактически это просто панель из нескольких одинаковых фотоэлементов.
Внутреннее устройство гелиобатареи
Постепенно солнечные батареи становятся все дешевле и эффективней. Сейчас они применяются для подзарядки аккумуляторов в уличных фонарях, смартфонах, электроавтомобилях, частных домах и на спутниках в космосе. Из них стали даже строить полноценные солнечные электростанции (СЭС) с большими объемами генерации.
Гелиобатарея состоит из множества фотоэлементов (фотоэлектрических преобразователей ФЭП), преобразующих энергию фотонов с солнца в электроэнергию
Каждая солнечная батарея устроена как блок из энного количества модулей, которые объединяют в себе последовательно соединенные полупроводниковые фотоэлементы. Чтобы понять принципы функционирования такой батареи, необходимо разобраться в работе этого конечного звена в устройстве гелиопанели, созданного на базе полупроводников.
Виды кристаллов фотоэлементов
Вариантов ФЭП из разных химических элементов существует огромное количество. Однако большая их часть – это разработки на начальных стадиях. В промышленных масштабах сейчас выпускаются пока что только панели из фотоэлементов на основе кремния.
Кремниевые полупроводники используются при изготовлении солнечных батарей из-за своей дешевизны, особо высоким КПД они похвастаться не могут
Обычный фотоэлемент в гелиопанели – это тонкая пластина из двух слоев кремния, каждый из которых имеет свои физические свойства. Это классический полупроводниковый p-n-переход с электронно-дырочными парами.
При попадании на ФЭП фотонов между этими слоями полупроводника из-за неоднородности кристалла образуется вентильная фото-ЭДС, в результате чего возникает разность потенциалов и ток электронов.
Кремниевые пластины фотоэлементов различаются по технологии изготовления на:
- Монокристаллические.
- Поликристаллические.
Первые имеют более высокий КПД, но и себестоимость их производства выше, нежели у вторых. Внешне один вариант от другого на солнечной панели можно различить по форме.
Галерея изображений
Фото из
Гелио-электростанция на загородном участке
Солнечные монокристаллические батареи
Внешний вид солнечных батарей на монокристаллах
Монокристаллическая единица солнечной батареи
Поставка готовой к монтажу солнечной батареи
Поликристаллический фотоэлемент для солнечной батареи
Гелио-батарея из поликристаллических фотоэлементов
Изготовление солнечной батареи своими руками
У монокристаллических ФЭП однородная структура, они выполняются в виде квадратов со срезанными углами. В отличие от них поликристаллические элементы имеют строго квадратную форму.
Поликристаллы получаются в результате постепенного охлаждения расплавленного кремния. Метод этот предельно прост, поэтому такие фотоэлементы и стоит недорого.
Но производительность в плане выработки электроэнергии из солнечных лучей у них редко превышает 15%. Связано это с “нечистотой” получаемых кремниевых пластин и внутренней их структурой. Здесь чем чище p-слой кремния, тем более высокий выходит КПД у ФЭП из него.
Чистота монокристаллов в этом отношении гораздо выше, нежели у поликристаллических аналогов. Их делают не из расплавленного, а из искусственно выращенного цельного кристалла кремния. Коэффициент фотоэлектрического преобразования у таких ФЭП уже достигает 20-22%.
В общий модуль отдельные фотоэлементы собираются на алюминиевой раме, а для защиты их сверху закрывают прочным стеклом, которое нисколько не препятствует солнечным лучам
Обращенный к солнцу верхний слой пластинки-фотоэлемента делается из того же кремния, но уже с добавлением фосфора. Именно последний будет источником избыточных электронов в системе p-n-перехода.
Настоящим прорывов в области использования солнечной энергии стала разработка гибких панелей с аморфным фотоэлектрическим кремнием:
Галерея изображений
Фото из
Гибкий вариант солнечной батареи
Наклейка гибкого фотоэлемента на жалюзи
Зарядка для мобильников на гибкой батарее
Устойчивая к механическим воздействиям панель
Принцип работы солнечной панели
При падении солнечных лучей на фотоэлемент в нем генерируются неравновесные электронно-дырочные пары. Избыточные электроны и «дырки» частично переносятся через p-n-переход из одного слоя полупроводника в другой.
В итоге во внешней цепи появляется напряжение. При этом на контакте p-слоя формируется положительный полюс источника тока, а на n-слоя – отрицательный.
Разность потенциалов (напряжение) между контактами фотоэлемента появляется из-за изменения числа «дырок» и электронов с разных сторон p-n-перехода в результате облучения n-слоя солнечными лучами
Подключенные к внешней нагрузке в виде аккумулятора фотоэлементы образуют с ним замкнутый круг. В результате солнечная панель работает, как своеобразное колесо, по которому вместе белки “бегают” электроны. А аккумуляторная батарея при этом постепенно набирает заряд.
Стандартные кремниевые фотоэлектрические преобразователи являются однопереходными элементами. Переток в них электронов происходит только через один p-n-переход с ограниченной по энергетике фотонов зоной этого перехода.
То есть каждый такой фотоэлемент способен генерировать электроэнергию только от узкого спектра солнечного излучения. Вся остальная энергия пропадает впустую. Поэтому-то и эффективность у ФЭП так низка.
Чтобы повысить КПД солнечных батарей, кремниевые полупроводниковые элементы для них в последнее время стали делать многопереходными (каскадными). В новых ФЭП переходов уже несколько. Причем каждый из них в этом каскаде рассчитан на свой спектр солнечных лучей.
Суммарная эффективность преобразования фотонов в электроток у таких фотоэлементов в итоге возрастает. Но и цена их значительно выше. Здесь либо простота изготовления с невысокой себестоимостью и низким КПД, либо более высокая отдача вкупе с высокой стоимостью.
Солнечная батарея может работать как летом, так и зимой (ей нужен свет, а не тепло) – чем меньше облачность и ярче светит солнце, тем больше гелиопанель сгенерирует электрического тока
При работе фотоэлемент и вся батарея постепенно греется. Вся та энергия, что не пошла на генерацию электротока, трансформируется в тепло. Часто температура на поверхности гелиопанели поднимается до 50–55 °С. Но чем она выше, тем менее эффективно работает фотогальванический элемент.
В итоге одна и та же модель солнечной батареи в жару генерирует тока меньше, нежели в мороз. Максимум КПД фотоэлементы показывают в ясный зимний день. Тут сказываются два фактора – много солнца и естественное охлаждение.
При этом если на панель будет падать снег, то электроэнергию она генерировать все равно продолжит. Более того, снежинки даже не успеют на ней особо полежать, растаяв от тепла нагретых фотоэлементов.
Эффективность батарей гелиосистемы
Один фотоэлемент даже в полдень при ясной погоде выдает совсем немного электроэнергии, достаточной разве что для работы светодиодного фонарика.
Чтобы повысить выходную мощность, несколько ФЭП объединяют по параллельной схеме для увеличения постоянного напряжения и по последовательной для повышения силы тока.
Эффективность солнечных панелей зависит от:
- температуры воздуха и самой батареи;
- правильности подбора сопротивления нагрузки;
- угла падения солнечных лучей;
- наличия/отсутствия антибликового покрытия;
- мощности светового потока.
Чем ниже температура на улице, тем эффективней работают фотоэлементы и гелиобатарея в целом. Здесь все просто. А вот с расчетом нагрузки ситуация сложнее. Ее следует подбирать исходя из выдаваемого панелью тока. Но его величина меняется в зависимости от погодных факторов.
Гелиопанели выпускаются с расчетом на выходное напряжение, кратное 12 В – если на аккумулятор надо подать 24 В, то две панели к нему придется подсоединить параллельно
Постоянно отслеживать параметры солнечной батареи и вручную корректировать ее работу проблематично. Для этого лучше воспользоваться , который в автоматическом режиме сам подстраивает настройки гелиопанели, чтобы добиться от нее максимальной производительности и оптимальных режимов работы.
Идеальный угол падения лучей солнца на гелиобатарею – прямой. Однако при отклонении в пределах 30-ти градусов от перпендикуляра эффективность панели падает всего в районе 5%. Но при дальнейшем увеличении этого угла все большая доля солнечного излучения будет отражаться, уменьшая тем самым КПД ФЭП.
Если от батареи требуется, чтобы она максимум энергии выдавала летом, то ее следует сориентировать перпендикулярно к среднему положению Солнца, которое оно занимает в дни равноденствия по весне и осени.
Для московского региона – это приблизительно 40–45 градусов к горизонту. Если максимум нужен зимой, то панель надо ставить в более вертикальном положении.
И еще один момент – пыль и грязь сильно снижают производительность фотоэлементов. Фотоны сквозь такую “грязную” преграду просто не доходят до них, а значит и преобразовывать в электроэнергию нечего. Панели необходимо регулярно мыть либо ставить так, чтобы пыль смывалась дождем самостоятельно.
Некоторые солнечные батареи имеют встроенные линзы для концентрирования излучения на ФЭП. При ясной погоде это приводит к повышению КПД. Однако при сильной облачности эти линзы приносят только вред.
Если обычная панель в такой ситуации будет продолжать генерировать ток пусть и в меньших объемах, то линзовая модель работать прекратит практически полностью.
Солнце батарею из фотоэлементов в идеале должно освещать равномерно. Если один из ее участков оказывается затемненным, то неосвещенные ФЭП превращаются в паразитную нагрузку. Они не только в подобной ситуации не генерируют энергию, но еще и забирают ее у работающих элементов.
Панели устанавливать надо так, чтобы на пути солнечных лучей не оказалось деревьев, зданий и иных преград.
Схема электропитания дома от солнца
Система солнечного электроснабжения включает:
- Гелиопанели.
- Контроллер.
- .
- Инвертор (трансформатор).
Контроллер в этой схеме защищает как солнечные батареи, так и АКБ. С одной стороны он препятствует протеканию обратных токов по ночам и в пасмурную погоду, а с другой – защищает аккумуляторы от чрезмерного заряда/разряда.
Аккумуляторные батареи для гелиопанелей следует подбирать одинаковые по возрасту и емкости, иначе зарядка/разрядка будут происходить неравномерно, что приведет к резкому снижению срока их службы
Для трансформации постоянного тока на 12, 24 либо 48 Вольта в переменный 220-вольтовый нужен . Автомобильные аккумуляторы применять в такой схеме не рекомендуется из-за их неспособности выдерживать частые перезарядки. Лучше всего потратиться и приобрести специальные гелиевые AGM либо заливные OPzS АКБ.
Выводы и полезное видео по теме
Принципы работы и не слишком сложны для понимания. А с собранными нами ниже видеоматериалами разобраться во всех тонкостях функционирования и установки гелиопанелей будет еще проще.
Доступно и понятно, как работает фотоэлектрическая солнечная батарея, во всех подробностях:
Как устроены солнечные батареи смотрите в следующем видеоролике:
Сборка солнечной панели из фотоэлементов своими руками:
Каждый элемент в коттеджа должен быть подобран грамотно. Неизбежные потери мощности происходят на аккумуляторах, трансформаторах и контроллере. И их обязательно надо сократить до минимума, иначе и так достаточно низкая эффективность гелиопанелей окажется сведена вообще к нулю.
В ходе изучения материала появились вопросы? Или вы знаете ценную информацию по теме статьи и можете сообщить ее нашим читателям? Пожалуйста, оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке.
Исходные данные: частный дом площадью около 200 м2 подключен к электросетям. Трехфазный ввод, суммарной мощностью 15 кВт. В доме стандартный набор электроприборов: холодильник, телевизоры, компьютеры, стиральные и посудомоечные машинки и так далее. Стабильностью электросеть не отличается: зафиксированный мною рекорд — отключение 6 дней подряд на период от 2 до 8 часов.
Что хочется получить: забыть о перебоях электроэнергии и пользоваться электричеством, невзирая ни на что.
Какие могут быть бонусы: Максимально использовать энергию солнца, чтобы дом приоритетно питался солнечной энергией, а недостаток добирал из сети. Как бонус, после принятия закона о продаже частными лицами электроэнергии в сеть, начать компенсировать часть своих затрат, продавая излишки выработки в общую электросеть.
С чего начать?
Всегда есть минимум два пути для решения любой задачи: учиться самому или поручить решение задачи кому-то другому. Первый вариант предполагает изучение теоретических материалов, чтение форумов, общение с владельцами солнечных электростанций, борьбу с внутренне жабой и, наконец, покупку оборудования, а после — установку. Второй вариант: позвонить в специализированную фирму, где зададут много вопросов, подберут и продадут нужное оборудование, а могут и установить за отдельные деньги. Я решил совместить эти два способа. Отчасти потому что мне это интересно, а отчасти для того, чтобы не напороться на продавцов, которым надо просто заработать, продав не совсем то, что мне нужно. Теперь пришло время теории, чтобы понять, как я делал выбор.
На фото пример «освоения» денег на строительство солнечной электростанции. Обратите внимание, солнечные панели установлены ЗА деревом – таким образом, свет на них не попадает, и они просто не работают.
Типы солнечных электростанций
Сразу отмечу, что говорить я буду не о промышленных решениях и не о сверхмощных системах, а об обычной потребительской солнечной электростанции для небольшого дома. Я не олигарх, чтобы разбрасываться деньгами, но я придерживаюсь принципа достаточной разумности. То есть я не хочу греть бассейн «солнечным» электричеством или заряжать электромобиль, которого у меня нет, но я хочу, чтобы в моем доме все приборы постоянно работали, без оглядки на электросети.
Теперь расскажу про типы солнечных электростанций для частного дома. По большому счету, их всего три, но бывают вариации. Расположу, по росту стоимости каждой системы.
Сетевая Солнечная Электростанция — этот тип электростанции сочетает в себе невысокую стоимость и максимальную простоту эксплуатации. Состоит всего из двух элементов: солнечных панелей и сетевого инвертора. Электричество от солнечных панелей напрямую преобразуется в 220В/380В в доме и потребляется домашними энергосистемами. Но есть существенный недостаток: для работы ССЭ необходима опорная сеть. В случае отключения внешней электросети, солнечные батареи превратятся в «тыкву» и перестанут выдавать электричество, так как для функционирования сетевого инвертора нужна опорная сеть, то есть само наличие электричества. Кроме того, со сложившейся инфраструктурой электросети, работа сетевого инвертора не очень выгодна. Пример: у вас солнечная электростанция на 3 кВт, а дом потребляет 1 кВт. Излишки будут «перетекать» в сеть, а обычные счетчики считают энергию «по модулю», то есть отданную в сеть энергию счетчик посчитает, как потребленную, и за нее еще придется заплатить. Тут логично подходит вопрос: куда девать лишнюю энергию и как этого избежать? Переходим ко второму типу солнечных электростанций.
Гибридная Солнечная Электростанция – этот тип электростанции сочетает в себе достоинства сетевой и автономной электростанции. Состоит из 4 элементов: солнечные панели, солнечный контроллер, аккумуляторы и гибридный инвертор. Основа всего – это гибридный инвертор, который способен в потребляемую от внешней сети энергии подмешивать энергию, выработанную солнечными панелями. Более того, хорошие инверторы имеют возможность настройки приоритезации потребляемой энергии. В идеале, дом должен потреблять сначала энергию от солнечных панелей и только при ее недостатке, добирать из внешней сети. В случае исчезновения внешней сети инвертор переходит в автономную работу и пользуется энергией от солнечных панелей и энергией, запасенной в аккумуляторах. Таким образом, даже если электроэнергию отключат на продолжительное время и будет пасмурный день (или электричество отключат ночью), в доме всё будет функционировать. Но что делать, если электричества нет вообще, а жить как-то надо? Тут я перехожу к третьему типу электростанции.
Автономная Солнечная Электростанция – этот тип электростанции позволяет жить полностью независимо от внешних электросетей. Она может включать в себя больше 4 стандартных элементов: солнечные панели, солнечный контроллер, АКБ, инвертор.
Дополнительно к этому, а иногда вместо солнечных панелей, может быть установлена ГидроЭлектроСтанция малой мощности, ветряная электростанция, генератор (дизельный, газовый или бензиновый). Как правило, на таких объектах присутствует генератор, поскольку может не быть солнца и ветра, а запас энергии в аккумуляторах не бесконечен – в этом случае генератор запускается и обеспечивает энергией весь объект, попутно заряжая АКБ. Такая электростанция легко трансформируется в гибридную, при подключении внешней электросети, если инвертор обладает этими функциями. Основное отличие автономного инвертора от гибридного – это то, что он не умеет подмешивать энергию от солнечных панелей к энергии из внешней сети. При этом гибридный инвертор, наоборот, умеет работать в качестве автономного, если внешняя сеть будет отключена. Как правило, гибридные инверторы соразмерны по цене с полностью автономными, а если и отличаются, то несущественно.
Что такое солнечный контроллер?
Во всех типах солнечных электростанций присутствует солнечный контроллер. Даже в сетевой солнечной электростанции он есть, просто входит в состав сетевого инвертора. Да и многие гибридные инверторы выпускаются с солнечными контроллерами на борту. Что же это такое и для чего он нужен? Буду говорить о гибридной и автономной солнечной электростанции, поскольку это как раз мой случай, а с устройством сетевого инвертора могу ознакомить детальнее в комментариях, если будут запросы в комментариях.
Солнечный контроллер – это устройство, которое полученную от солнечных панелей энергию преобразует в перевариваемую инвертором энергию. Например, солнечные панели изготавливаются с напряжением кратно 12В. И АКБ изготавливаются кратно 12В, так уж повелось. Простые системы на 1-2 кВт мощности работают от 12В. Производительные системы на 2-3 кВт уже функционируют от 24В, а мощные системы на 4-5 кВт и более работают на 48В. Сейчас я буду рассматривать только «домашние» системы, потому что знаю, что есть инверторы, работающие на напряжениях в несколько сотен вольт, но для дома это уже опасно.
Итак, допустим у нас есть система на 48В и солнечные панели на 36В (панель собрана кратно 3х12В). Как получить искомые 48В для работы инвертора? Конечно, к инвертору подключаются АКБ на 48В, а к этим аккумуляторам подключается солнечный контроллер с одной стороны и солнечные панели с другой. Солнечные панели собираются на заведомо большее напряжение, чтобы суметь зарядить АКБ. Солнечный контроллер, получая заведомо большее напряжение с солнечных панелей, трансформирует это напряжение до нужной величины и передает в АКБ. Это упрощенно. Есть контроллеры, которые могут со 150-200 В от солнечных панелей понижать до 12 В аккумуляторов, но тут протекают очень большие токи и контроллер работает с худшим КПД. Идеальный случай, когда напряжение с солнечных панелей вдвое больше напряжения на АКБ.
Солнечных контроллеров существует два типа: PWM (ШИМ – Широтно-Импульсная Модуляция) и MPPT (Maximum Power Point Tracking – отслеживание точки максимальной мощности). Принципиальная разница между ними в том, что ШИМ-контроллер может работать только со сборками панелей, не превышающими напряжения АКБ. MPPT – контроллер может работать с заметным превышением напряжения относительно АКБ. Кроме того, MPPT-контроллеры обладают заметно бОльшим КПД, но и стоят дороже.
Как выбрать солнечные панели?
На первый взгляд, все солнечные панели одинаковы: ячейки солнечных элементов соединены между собой шинками, а на задней стороне есть два провода: плюс и минус. Но есть в этом деле масса нюансов. Солнечные панели бывают из разных элементов: аморфных, поликристаллических, монокристаллических. Я не буду агитировать за тот или иной тип элементов. Скажу просто, что сам предпочитаю монокристаллические солнечные панели. Но и это не всё. Каждая солнечная батарея – это четырехслойный пирог: стекло, прозрачная EVA-пленка, солнечный элемент, герметизирующая пленка. И вот тут каждый этап крайне важен. Стекло подходит не любое, а со специальной фактурой, которое снижает отражение света и преломляет падающий под углом свет таким образом, чтобы элементы были максимально освещены, ведь от количества света зависит количество выработанной энергии. От прозрачности EVA-пленки зависит, сколько энергии попадет на элемент и сколько энергии выработает панель. Если пленка окажется бракованной и со временем помутнеет, то и выработка заметно упадет.
Далее идут сами элементы, и они распределяются по типам, в зависимости от качества: Grade A, B, C, D и далее. Конечно, лучше иметь элементы качества А и хорошую пайку, ведь при плохом контакте, элемент будет греться и быстрее выйдет из строя. Ну и финишная пленка должна также быть качественной и обеспечивать хорошую герметизацию. В случае разгерметизации панелей, очень быстро на элементы попадет влага, начнется коррозия и панель также выйдет из строя.
Как правильно выбрать солнечную панель? Основной производитель для нашей страны – это Китай, хотя на рынке присутствуют и Российские производители. Есть масса OEM-заводов, которые наклеят любой заказанный шильдик и отправят панели заказчику. А есть заводы, которые обеспечивают полный цикл производства и способны проконтролировать качество продукции на всех этапах производства. Как узнать о таких заводах и брендах? Есть пара авторитетных лабораторий, которые проводят независимые испытания солнечных панелей и открыто публикуют результаты этих испытаний. Перед покупкой вы можете вбить название и модель солнечной панели и узнать, насколько солнечная панель соответствует заявленным характеристикам. Первая лаборатория – это Калифорнийская Энергетическая Комиссия, а вторая лаборатория Европейская – TUV. Если производителя панелей в этих списках нет, то стоит задуматься о качестве. Это не значит, что панель плохая. Просто бренд может быть OEM, а завод-производитель выпускает и другие панели. В любом случае, присутствие в списках этих лабораторий уже свидетельствует о том, что вы покупаете солнечные батареи не у производителя-однодневки.
Мой выбор солнечной электростанции
Перед покупкой стоит очертить круг задач, которые ставятся перед солнечной электростанцией, чтобы не заплатить за ненужное и не переплатить за неиспользуемое. Тут я перейду к практике, как и что делал я сам. Для начала, цель и исходные: в деревне периодически отключают электроэнергию на период от получаса до 8 часов. Возможны отключения как раз в месяц, так и подряд несколько дней. Задача: обеспечить дом электроснабжением в круглосуточном режиме с некоторым ограничением потребления на период отключения внешней сети. При этом, основные системы безопасности и жизнеобеспечения должны функционировать, то есть: должны работать насосная станция, система видеонаблюдения и сигнализации, роутер, сервер и вся сетевая инфраструктура, освещение и компьютеры, холодильник. Вторично: телевизоры, развлекательные системы, электроинструмент (газонокосилка, триммер, насос для полива огорода). Можно отключить: бойлер, электрочайник, утюг и прочие греющие и много потребляющие устройства, работа которых сиюминутно не важна. Чайник можно вскипятить на газовой плите, а погладить позже.
Как правило, солнечную электростанцию можно купить в одном месте. Продавцы солнечных панелей также продают всё сопутствующее оборудование, поэтому я начал поиск отталкиваясь от солнечных батарей. Один из солидных брендов – TopRay Solar. О них есть хорошие отзывы и реальный опыт эксплуатации в России, в частности, в Краснодарском крае, где знают толк в солнце. В РФ есть официальный дистрибьютор и дилеры по регионам, на вышеозначенных сайтах с лабораториями для проверки солнечных панелей этот бренд присутствует и далеко не на последних местах, то есть можно брать. Кроме того, фирма-продавец солнечных панелей TopRay, также занимается собственным производством контроллеров и электроники для дорожной инфраструктуры: системы управления трафиком, светодиодные светофоры, мигающие знаки, солнечные контроллеры и прочее. Ради любопытства даже напросился на их производство – вполне технологично и даже есть девушки, которые знают, с какой стороны подходить к паяльнику. Бывает же!
Со своим списком хотелок я обратился к ним и попросил собрать мне пару комплектаций: подороже и подешевле для моего дома. Мне задали ряд уточняющих вопросов насчет резервируемой мощности, наличия потребителей, максимальной и постоянной потребляемой мощности. Последнее вообще оказалось для меня неожиданным: дом в режиме энергосбережения, когда работают только системы видеонаблюдения, охраны, связь с инетом и сетевая инфраструктура, потребляет 300-350 Вт. То есть даже если дома никто не пользуется электричеством, на внутренние нужды уходит до 215 кВт*ч в месяц. Вот тут и задумаешься над проведением энергетического аудита. И начнешь выключать из розеток зарядки, телевизоры и приставки, которые в режиме ожидания потребляют по чуть-чуть, а набегает прилично.
Не буду томить, остановился я на более дешевой системе, так как зачастую до половины суммы за электростанцию может занимать стоимость аккумуляторов. Список оборудования получился следующим:
- Солнечная батарея TopRay Solar 280 Вт Моно – 9 шт
- Однофазный Гибридный инвертор на 5 кВт InfiniSolar V-5K-48 – 1 шт
- Аккумулятор AGM Парус HML-12-100 – 4 шт
Дополнительно, мне было предложено приобрести профессиональную систему крепления солнечных панелей на крышу, но я, посмотрев фотографии, решил обойтись самодельными креплениями и тоже сэкономить. Но я решил собирать систему сам и не жалел сил и времени, а монтажники работают с этими системами постоянно и гарантируют быстрый и качественный результат. Так что решайте сами: с заводскими креплениями работать гораздо приятнее и проще, а моё решение просто дешевле.
Что даёт солнечная электростанция?
Этот комплект может выдать до 5 кВт мощности в автономном режиме – именно такой мощности я выбрал однофазный инвертор. Если докупить такой же инвертор и модуль сопряжения к нему, то можно нарастить мощность до 5кВт+5кВт=10 кВт на фазу. Или можно сделать трехфазную систему, но я пока довольствуюсь и этим. Инвертор высокочастотный, а потому достаточно легкий (порядка 15 кг) и занимает немного места – легко монтируется на стену. В него уже встроено 2 MPPT-контроллера мощностью 2,5 кВт каждый, то есть я могу добавить еще столько же панелей без покупки дополнительного оборудования.
Солнечных панелей у меня на 2520 Вт по шильдику, но из-за неоптимального угла установки они выдают меньше – максимум я видел 2400 Вт. Оптимальный угол – это перпендикулярно солнцу, что в наших широтах составляет примерно 45 градусов к горизонту. У меня панели установлены под 30 градусов.
Сборка АКБ составляет 100А*ч 48В, то есть запасено 4,8 кВт*ч, но забирать энергию полностью крайне нежелательно, поскольку тогда их ресурс заметно сокращается. Желательно разряжать такие АКБ не более, чем на 50%. Это литий-железофосфатные или литий-титанатные можно заряжать и разряжать глубоко и большими токами, а свинцово-кислотные, будь то жидкостные, гелевые или AGM лучше не насиловать. Итак, у меня есть половина емкости, а это 2,4 кВт*ч, то есть порядка 8 часов в полностью автономном режиме без солнца. Этого хватит на ночь работы всех систем и еще останется половина емкости АКБ на аварийный режим. Утром уже встанет солнце и начнет заряжать АКБ, параллельно обеспечивая дом энергией. То есть дом может функционировать и автономно в таком режиме, если снизить энергопотребление и погода будет хорошей. Для полной автономии можно было бы добавить еще аккумуляторов и генератор. Ведь зимой солнца совсем мало и без генератора будет не обойтись.
Начинаю собирать
Перед покупкой и сборкой необходимо просчитать всю систему, чтобы не ошибиться с расположением всех систем и прокладкой кабелей. От солнечных панелей до инвертора у меня порядка 25-30 метров и я заранее проложил два гибких провода сечением 6 кв.мм, так как по ним будет передаваться напряжение до 100В и ток 25-30А. Такой запас по сечению был выбран, чтобы минимизировать потери на проводе и максимально доставить энергию до приборов. Сами солнечные панели я монтировал на самодельные направляющие из алюминиевых уголков и притягивал их самодельными же креплениями. Чтобы панель не сползала вниз, на алюминиевом уголке напротив каждой панели смотрит вверх пара 30мм болтов, и они являются своеобразным «крючком» для панелей. После монтажа их не видно, но они продолжают нести нагрузку.
Солнечные панели были собраны в три блока по 3 панели в каждом. В блоках панели подключаются последовательно — так напряжение удалось поднять до 115В без нагрузки и снизить ток, а значит можно выбрать провода меньшего сечения. Блоки между собой подключены параллельно специальными коннекторами, обеспечивающими хороший контакт и герметичность соединения – называются MC4. Их же я использовал для подключения проводов к солнечному контроллеру, так как они обеспечивают надежный контакт и быстрое замыкание\размыкание цепи для обслуживания.
Далее переходим к монтажу в доме. АКБ предварительно заряжены «умной» автомобильной зарядкой, чтобы выровнять напряжение и подключены последовательно для обеспечения напряжения 48В. Далее, они подключены к инвертору кабелем с сечением 25 мм кв. Кстати, во время первого подключения АКБ к инвертору будет заметная искра на контактах. Если вы не спутали полярность, то всё нормально – в инверторе установлены довольно емкие конденсаторы и они начинают заряжаться в момент подключения к аккумуляторам. Максимальная мощность инвертора – 5000 Вт, а значит ток, который может проходить по проводу от АКБ будет составлять 100-110А. Выбранного кабеля хватает для безопасной эксплуатации. После подключения АКБ, можно подключать внешнюю сеть и нагрузку дома. К клеммным колодкам цепляются провода: фаза, ноль, заземление. Тут всё просто и наглядно, но если для вас починить розетку небезопасно, то подключение этой системы лучше доверить опытным электромонтажникам. Ну и последним элементом подключаю солнечные панели: тут тоже надо быть внимательным и не перепутать полярность. При мощности в 2,5 кВт и неправильном подключении, солнечный контроллер сгорит моментально. Да что там говорить: при такой мощности, от солнечных панелей можно заниматься сваркой напрямую, без сварочного инвертора. Здоровья это солнечным панелям не добавит, но мощь солнца действительно велика. Так как я дополнительно использую разъемы MC4, перепутать полярность просто невозможно при первоначальном правильном монтаже.
Всё подключено, один щелчок выключателя и инвертор переходит в режим настройки: тут надо выставить тип АКБ, режим работы, зарядные токи и прочее. Для этого есть вполне понятная инструкция и если вы можете справиться с настройкой роутера, то настройка инвертора тоже не будет очень сложной. Надо только знать параметры АКБ и правильно их настроить, чтобы они прослужили как можно дольше. После этого, хм… После этого наступает самое интересное.
Эксплуатация гибридной солнечной электростанции
После запуска солнечной электростанции, я и моя семья пересмотрели многие привычки. Например, если раньше стирка или посудомоечная машина запускались после 23 часов, когда работал ночной тариф в электросетях, то теперь эти энергозатратные работы перенесены на день, потому что стиралка потребляет 500-2100 Вт во время работы, посудомоечная машина потребляет 400-2100 Вт. Почему такой разброс? Потому что насосы и моторы потребляют немного, а вот нагреватели воды крайне прожорливы. Гладить оказалось тоже «выгоднее» и приятнее днем: в комнате гораздо светлее, а энергия солнца полностью покрывает потребление утюга. На скриншоте продемонстрирован график выработки энергии солнечной электростанцией. Хорошо виден утренний пик, когда работала стиральная машинка и потребляла много энергии – эта энергия была выработана солнечными панелями.
Первые дни я по несколько раз подходил к инвертору, взглянуть на экран выработки и потребления. После поставил утилиту на домашний сервер, который в реальном времени отображает режим работы инвертора и все параметры электросети. К примеру, на скриншоте видно, что дом потребляет больше 2 кВт энергии (пункт AC output active power) и вся эта энергия заимствуется от солнечных батарей (пункт PV1 input power). То есть инвертор, работая в гибридном режиме с приоритетом питания от солнца, полностью покрывает энергопотребление приборов за счет солнца. Это ли не счастье? Каждый день в таблице появлялся новый столбик выработки энергии и это не могло не радовать. А когда во всей деревне отключили электричество, я узнал об этом только по писку инвертора, который оповещал о работе в автономном режиме. Для всего дома это означало только одно: живем как прежде, пока соседи ходят за водой с ведрами.
Но есть в наличии дома солнечной электростанции и нюансы:
- Я начал замечать, что птицы любят солнечные панели и, пролетая над ними, не могут сдержаться от счастья наличия технологичного оборудования в деревне. То есть иногда всё же солнечные панели надо мыть от следов и пыли. Думаю, что при установке под 45 градусов, все следы просто смывались бы дождями. Выработка от нескольких птичьих следов вообще не падает, но если затенена часть панели, то падение выработки становится ощутимым. Это я заметил, когда солнце пошло к закату и тень от крыши начала накрывать панели одну за другой. То есть лучше располагать панели вдали от всех конструкций, способных их затенить. Но даже вечером, при рассеянном свете, панели выдавали несколько сотен ватт.
- При большой мощности солнечных панелей и подкачке от 700 Ватт и более, инвертор включает вентиляторы активнее и их становится слышно, если дверь в техническое помещение открыта. Тут либо закрывать дверь, либо крепить инвертор на стену через демпфирующие прокладки. В принципе, ничего неожиданного: любая электроника греется при работе. Просто надо учитывать, что инвертор не стоит вешать там, где он может мешать звуком своей работы.
- Фирменное приложение умеет отправлять оповещения по электронной почте или в SMS, если произошло какое-либо событие: включение/отключение внешней сети, разряд АКБ и подобное. Вот только приложение работает по незащищенному 25 порту SMTP, а все современные почтовые сервисы, вроде gmail.com или mail.ru работают по защищенному порту 465. То есть сейчас, фактически, оповещения по почте не приходят, а хотелось бы.
Не сказать, что эти пункты как-то огорчают, ведь всегда надо стремиться к совершенству, но имеющаяся энергонезависимость того стоит.
Заключение
Полагаю, что это не последний мой рассказ о собственной солнечной электростанции. Опыт эксплуатации в различных режимах и в разное время года однозначно будет отличаться, но я точно знаю, что даже если в Новый Год отключат электричество, в моём доме будет светло. По результатам эксплуатации установленной солнечной электростанции могу отметить, что оно того стоило. Несколько отключений внешней сети прошли незаметно. О нескольких я узнал только по звонкам соседей с вопросом «У тебя тоже нет света?». Бегущие цифры выработки электричества безмерно радуют, а возможность убрать от компа UPS зная, что даже при отключении электроэнергии всё продолжит работать – это приятно. Ну а когда у нас наконец-то примут закон о возможности продажи электроэнергии частными лицами в сеть, я первый подам заявку на эту функцию, ведь в инверторе достаточно изменить один пункт и всю выработанную, но не потребленную домом энергию, я буду продавать в сеть и получать за это деньги. В общем, это оказалось довольно просто, эффективно и удобно. Готов ответить на ваши вопросы и выдержать натиск критиков, убеждающих всех, что в наших широтах солнечная электростанция – это игрушка.
Использование солнечной энергии с помощью панелей — отличный способ снизить расходы на постоянно дорожающее электричество, поэтому такие конструкции все чаще можно видеть на крышах российских домов. Однако иногда без них вовсе не обойтись. Речь идет о людях, оказавшихся вдалеке от всех благ цивилизации, о тех, кому надоела городская суета, но расставаться со своими любимыми гаджетами они не готовы ни при каких обстоятельствах. В этом случае мобильному телефону или планшету обязательно понадобится зарядка, для этих целей и придуманы портативные солнечные устройства. Беда одна — их в продаже так много, что выбрать гаджет проблематично: трудно понять, какие солнечные панели лучше. Чтобы помочь покупателю найти свою «половинку», сайту необходим обзор солнечных батарей для туристов.
Солнечные батареи: область применения
Без миниатюрных гелиосистем невозможно обойтись туристам, охотникам, рыбакам, любителям выбираться на природу для отдыха или для поиска ягод или грибов. Вдали от привычных и удобных розеток нередко требуется зарядить не только «тело», ноутбук или фотокамеру, но и фонарик, а также аккумулятор либо GPS-навигатор. Для таких форс-мажорных обстоятельств и были придуманы миниатюрные солнечные батареи.
Главное преимущество их перед стационарными «коллегами» — возможность зарядить любое устройство независимо от погодных условий и местности. Походная панель защищена от неблагоприятных факторов, компактна и легка, имеет вполне доступную цену. Чтобы выбрать хорошую модель, надо обращать внимание на несколько критериев. Далее пойдет речь о том, какие характеристики важны, какие солнечные панели лучше, популярнее у путешественников.
Разновидности устройств
Прежде чем начинать обзор солнечных батарей для туристов, и узнавать, какие солнечные панели лучше, следует познакомиться с существующими видами. Приборами-пионерами были конструкции на основе кремния, сейчас такие устройства тоже занимают немалую долю рынка. Это объясняется доступностью химического элемента: он практически «лежит» под рукой (вернее, под ногами) — находится на поверхности земли.
Кремниевые панели производятся двух видов. Это устройства:
- аморфные;
- и кристаллические: монокристаллические или поликристаллические.
Аморфные
Эти кремниевые конструкции тонкопленочные, единственные гибкие модели из всех. Аморфные приборы отличаются низкой себестоимостью, однако более низкий КПД делает их не очень привлекательными для покупателей. Устройства могут работать даже в неблагоприятных условиях — при довольно рассеянном свете.
Но для максимальной эффективности им нужда достаточно большая поверхность. Лучшими считаются другие пленочные покрытия: CIGS-полупроводник и теллурид кадмия. Аморфные панели изготавливают методом осаждения или напыления кремния на гибкую основу — подложку, изготовленную из металлизированной фольги.
Преимущества аморфных батарей: хорошая переносимость деформаций, механических воздействий, устойчивый прием потока света. Недостаток — простота технологии. По этой причине на рынке очень много некачественной продукции.
Кристаллические
Такие солнечные батареи изготавливают из кремния высокой чистоты. Кристаллический фотоэлемент — полупроводник, образующийся на поверхности (плоскости) кристаллизированного неметалла. Сначала его расплавляют, в этот расплав помещают основу будущего кристалла.
Когда начинается остывание субстанции, вокруг нее образуется кристалл. Его разрезают поперек на тонкие полоски, которые становятся заготовками для панелей. Разница в технологии получения моно- и поликристаллов не слишком заметна, однако если говорить о себестоимости, то она чувствительна.
Достоинство кристаллических моделей — высокий КПД, приемлемая их цена. Минусы изделий из кристаллов — хрупкость устройств, требующая дополнительной защиты, непереносимость серьезных механических нагрузок.
Монокристаллические
Такая поверхность состоит из ячеек — строго ориентированных срезов высококачественного кристалла кремния, их толщина — 200-300 мкм. В этом случае КПД панелей достигает 20-22%. Эта цифра для альтернативных портативных солнечных устройств уже считается высокой, почти эталонной. С ней сравнивают коэффициент полезного действия остальных разновидностей приборов.
Поликристаллические
В этом случае все кристаллы отличаются: их много, но каждый из них имеет свою форму и ориентацию. Производство таких моделей обходится дешевле, но КПД этих устройств меньше, чем у «моно»: он составляет 15-18%. Зато поликристаллические устройства отличаются более ровными параметрами, гарантируют работу в условиях, далеких от идеальных. Например, в пасмурные дни.
Монокристаллические модели несложно отличить от поликристаллических устройств: первые имеют черный цвет, у вторых он темно-синий. Принято считать, что самые качественные устройства — кристаллические, но это не всегда так. Следующий шаг — знакомство с характеристиками, которые должны быть у незаменимого походного оборудования.
Как выбрать солнечную мини-панель?
Чтобы найти то портативное зарядное устройство, которое не разочаруют уже в ближайшем будущем, надо обращать внимание на несколько характеристик.
Главные критерии
К ним относится:
- Мощность. При выборе производительности ориентируются на количество гаджетов, которые придется заряжать. Если солнечная батарея нужна только для «реанимации» телефона (или нескольких приборов), который в походе не будет использоваться постоянно, то хватит панели, мощность которой от 6 до 9 Вт. Более мощные устройства потребуют такой же зарядки — той, что рассчитана на 10-20 Вт, и аккумулятора Powerbank. В качестве простого примера можно привести ноутбуки: чтобы «сидеть» за ними несколько часов в день, нужно 15 Вт, не меньше. Фотоаппарату или видеокамере уже необходимы 15-20 Вт.
- Вес солнечной зарядки. Любому человеку нравятся максимально легкие приборы. Ведь в поход и так приходится брать довольно много вещей. Однако масса мини-панели зависит от ее мощности: каждый ватт добавляет определенное количество граммов. Если нужно максимально мощное устройство, то хозяину остается смириться с повышенным весом. Например, раскладные модели легко транспортировать, если в поездку отправляются на автомобиле.
Другие важные факторы
- Надежность — главное качество для туристов, которым приходится мириться с пылью и непогодой, с возможными «полетами» (самих хозяев и техники). Степень прочности определяется видом конструкции, качеством сборки, используемыми материалами, типом защитного покрытия. Например, монокристаллические панели требуют бережного отношения: они очень хрупкие.
- Оснащение солнечных батарей. Стандарт — универсальный USB-разъем, рассчитанный на 5 В. Однако некоторое оборудование имеет в комплекте переходники, которые совместимы со смартфонами iPhone 4 или 5, но не всегда они подходят для других моделей — для серий 5 и 6.
- Рабочее напряжение. Портативные солнечные батареи могут вырабатывать 5-24 вольт. В этом диапазоне находится целый ряд значений: 9, 12, 17 В. Модель выбирают ту, которая подходит для того гаджета, который планируют заряжать.
- Уровень освещенности конкретной местности. Россия не может похвастаться субтропическим солнцем, а показатели в паспорте солнечных батарей рассчитаны как раз для яркого светила.
- Цена. В этой «номинации» разброс довольно велик. Так, аморфные приборы вдвое дороже монокристаллических зарядок, при одинаковой их мощности.
- Срок службы приборов.
Чтобы выбрать подходящее устройство, надо учитывать все приведенные критерии. Если подходящую модель найти не удается, то можно рассмотреть другой вариант — покупку двух приборов, которые можно соединить в систему, получив нужное количество энергии.
Виды или комбинации
Есть три вида оборудования, которое туристы могут использовать в походах. Это:
- Маломощные модели, предназначенные только для зарядки телефонов. Площадь фотоэлементов у них не слишком велика, вес тоже мал — от 28 г.
- Универсальные приборы, гарантирующие зарядку различных гаджетов. Эти устройства оснащаются большим количеством дополнительных переходников. Для туристов такие модели предпочтительнее. Самые мощные устройства затягивают на 1,4 кг.
- Супертяжеловесы. Это мощные батареи-панели, которые фиксируют на подложках. Они подходят либо для стационарного использования, либо для перевозки на автомобиле, так как каждый элемент весит от 7 до 9 кг.
Если говорить об идеальном устройстве, то это модели-универсалы. Они сравнительно недороги, к тому же могут работать в разных условиях. Маломощные солнечные батареи отличаются высокой ценой, к тому же часто не способны обеспечить необходимое количество энергии. Мощные установки пригодятся только туристам, путешествующим на автомобиле.
Немного сориентироваться в этом широчайшем ассортименте поможет обзор солнечных батарей для туристов. Прочитав его, потенциальный покупатель сможет, хотя бы в общих чертах, ответить на вопрос, какие солнечные панели лучше.
Портативные приборы и заблуждения
Прежде чем следовать дальше, надо привести распространенные мнения, к которым все прислушиваются. Некоторые из них неверны.
- Кристаллические модели априори лучше аморфных устройств. Это не так. Нередко более эффективно работают последние, гибкие приборы. Говорят, за ними будущее. Здесь важен не тип солнечной батареи, в качество и параметры устройства.
- Аморфные модели очень быстро выгорают, и за год могут потерять около 10% производительности. Однако проверка выявила падение КПД на 4%, но произошло оно спустя 14 лет активной эксплуатации.
- Лучше гибкие солнечные батареи, так как они эффективнее в пасмурную погоду. Это тоже не совсем верно. Все зависит от параметров устройства и надежности его производителя.
Так как лучше всего ориентироваться на мнения тех, кто давно и успешно использует такие солнечные приспособления, лучше всего привести список тех батарей, что заслужили высокие оценки покупателей-владельцев.
Обзор солнечных батарей для туристов
Так как альтернативные солнечные источники энергии с каждым годом становятся все более популярными, ассортимент этих изделий настолько широк, что понять, какие солнечные панели лучше брать для похода, без подсказок других людей попросту невозможно. Чтобы облегчить решение «головоломки», лучше привести примеры эффективного оборудования. Этот обзор солнечных батарей для туристов поможет будущим покупателям или сориентироваться, или найти «свою» модель.
Goal Zero Nomad 7
Это одна из самых популярных моделей на мировом рынке. Nomad 7 от Goal Zero оснащена монокристаллической панелью мощностью 7 Вт, она полностью герметична, потому не боится ни дождя, ни снега, ни падения в реку. Помимо порта USB (1 А, 5 В, 7 Вт) устройство имеет разъем для аккумуляторов (1,1 А, 6,5 В, 7 Вт) и коннектор, дающий возможность присоединить еще один подобный прибор. Батарея достаточно компактна даже в разложенном виде (38х229х432 мм), поэтому может использоваться в тесном пространстве.
Goal Zero Adventure Kit
Складная модель от того же производителя подходит для зарядки всех существующих гаджетов. В устройстве есть несколько выходов: USB, на 5 и 12 В. Мощность накопителя составляет 7 Вт, а рабочее напряжение 12 В, сила тока на USB-разъеме — 600-700 мА. В нижней части прибора находится индикаторный фонарик, который способен работать без зарядки 20 часов. Размеры устройства в закрытом состоянии — 25х150х230 мм, его вес — 362 г. Весь комплект заряжается на протяжении 4-5 часов.
SOLAR
Это многофункциональное мобильное устройство произведено в Китае, его можно использовать в любых неблагоприятных условиях: при температуре от -40° до +50°. Данный аппарат имеет серьезную мощность (около 10 Вт), ток зарядки составляет 800 мА. Размеры прибора — 4,5х224х450 мм, масса — 1 кг. Эта солнечная батарея универсальна, она подходит для зарядки любой техники: мобильных телефонов, портативных компьютеров и т. д. Минусы — высокая цена, вес, отсутствие дополнительного адаптера.
SCN-4/6
Еще один «поднебесный» представитель — аморфное кремниевое устройство от компании Sun-Charge. Его особенность — небольшой аккумулятор. Прибор имеет мощность 3,9 Вт, приемлемый вес (290 г) и очень эффектный дизайн. Размеры батареи — 10х195х200 мм. Недостаток — отсутствие надежной защиты от механических воздействий, поэтому эта солнечная батарея требует аккуратного обращения.
SOLARMONKEY ADVENTURER
Данный компактный прибор выпускается фирмой PowerTraveller. Устройство также используют для зарядки гаджетов через порт USB, есть переходник для Apple: модель имеет буферный аккумулятор, емкость которого составляет 2500 мА·ч, который полностью заряжается за 9 часов. В конструкции используются полисиликоновые элементы, их КПД составляет 17%. Габариты этой солнечной батареи — 22,75х96х170 мм, вес устройства — 265 г.
AcmePower AP-MF1918
Это еще один универсальный аккумулятор, идеальный для зарядки любой электроники — телефонов, плееров, навигаторов и т. д. Модель может выступать в роли осветительного прибора. Емкость аккумулятора составляет 1000 мА·ч, зарядный ток — 800 мА, рабочее напряжение — 5-6 В. Для полной зарядки солнечной батареи потребуется около 10 часов. Устройство имеет защиту от КЗ. Его вес 77 г, размеры — 16х57х123 мм. В комплект входит 5 переходников.
СЗУ2-БСА-7.5
Это российская модель, которая заслуженно завоевала место в этом списке. Такое зарядное универсальное устройство способно заряжать как портативное, мобильное оборудование, так и свинцовые аккумуляторы. Складная конструкция имеет завидную мощность (14Вт) и довольно большой вес — 1,1 кг, может работать при разных температурах: от -30 до +40°. Ее размеры в разложенном состоянии — 3х230х1640 мм.
Fuse
Эта солнечная батарея от компании Voltaic Systems предназначается для фиксации на рюкзаке. Время зарядки от солнечных лучей составляет 7 часов, 5,5 часа — от других источников (внешний аккумулятор, сеть). Сила тока — 1А, напряжение — 5,5 В, мощность 6 Вт, вес — 600 г. Батарея довольно компактна: ее размеры — 20х210х280 мм.
На что обратить внимание?
Если обзор солнечных батарей для туристов смог очертить круг претендентов, то выбор «правильного» прибора зависит лишь от желаний покупателя. Вопрос здесь не в том, какие солнечные панели лучше. Качественных изделий много, но только правильный выбор гарантирует комфортную жизнь вдали от дома. По этой причине необходимо следовать нескольким рекомендациям:
- Чтобы купить качественный товар, нельзя экономить. Хорошие модели и стоят соответственно, а покупая дешевого «кота в мешке», нужно быть готовым к тому, что устройство может отказаться работать в самом ближайшем будущем.
- Характеристики солнечных батарей рассчитаны на яркое солнце в зените. Для российских реалий такие условия скорее исключение. Поэтому средний КПД таких конструкций у нас будет сильно колебаться — от 9 до 14%.
- Чем больше размеры солнечного аккумулятора, тем больше энергии он будет отдавать приборам.
- Качественные материалы, использованные для подложки, позволят эксплуатировать солнечные батареи дольше.
- Герметичность изделия обязательна: все элементы должны быть заламинированы пластиком.
- Чем больше мощность, тем эффективнее будет функционировать любой вид оборудование.
- Надежная защита от любых механических воздействий — большой плюс любой батареи.
- Комплектация. Для удобства зарядки разной техники важны дополнительные адаптеры.
Обзор солнечных батарей для туристов поможет определить «могучую кучку» солнечных моделей, которые отличаются эффективностью, удобством, надежностью и «долгожительством». Однако ответ на вопрос, какие солнечные панели лучше, должен дать себе сам покупатель (турист, экстремал, охотник, рыбак и т. д). Требования и понятия о технике-идеале у всех разные, но практичность и производительность — качества, ценящиеся всегда.
С еще одним потенциальным претендентом можно познакомиться, посмотрев следующий видеоролик:
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.
Панели солнечных батареймогут использоваться для широкого спектра применений, включая системы дистанционного питания для кабин, телекоммуникационное оборудование, дистанционное зондирование и, конечно, для производства электроэнергии в жилых и коммерческих солнечных электрических системах.
На этой странице мы обсудим историю, технологии и преимущества солнечных батарей. Мы узнаем, как работают солнечные батареи, как они сделаны, как они производят электричество и где можно купить солнечные батареи.
Краткая история солнечных панелей
Развитие солнечной энергетики насчитывает более 100 лет. В первые дни солнечная энергия использовалась главным образом для производства пара, который затем можно было использовать для привода машин. Но только после открытия Эдмондом Беккерелем «фотоэлектрического эффекта», который позволил бы преобразовывать солнечную электрическую энергию солнечного света.Открытие Беккереля затем привело к изобретению в 1893 году Чарльзом Фриттсом первого подлинного солнечного элемента, который был сформирован путем покрытия листов селена тонким слоем золота. И из этого скромного начала возникнет устройство, которое мы знаем сегодня как солнечная панель .
Рассел Ол, американский изобретатель по расчету заработной платы Bell Laboratories, запатентовал первый в мире кремниевый солнечный элемент в 1941 году. Изобретение Оля привело к производству первой солнечной панели в 1954 году этой 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 1970-х годах!
Сегодня солнечные панели и комплексные системы солнечных батарей используются для питания широкого спектра приложений. Да, солнечные панели в виде солнечных батарей все еще 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 может быть использовано для подачи электроэнергии для электрических нагрузок. Солнечные панели состоят из нескольких отдельных солнечных элементов, которые сами состоят из слоев кремния, фосфора (который обеспечивает отрицательный заряд) и бора (который обеспечивает положительный заряд). Солнечные панели поглощают фотоны и при этом инициируют электрический ток.Результирующая энергия, генерируемая фотонами, падающими на поверхность солнечной панели, позволяет электронам выбиваться с их атомных орбит и высвобождаться в электрическое поле, создаваемое солнечными элементами, которые затем притягивают эти свободные электроны к направленному току. Весь этот процесс известен как фотоэлектрический эффект. Среднестатистический дом имеет более чем достаточную площадь крыши для необходимого количества солнечных панелей, достаточных для выработки солнечного электричества, достаточного для снабжения всей его потребностью в электроэнергии. Избыточное электричество поступает в основную электросеть, окупаясь при использовании электроэнергии ночью.
В хорошо сбалансированной сети, подключенной к сети, солнечная батарея генерирует энергию в течение дня, которая затем используется в домашних условиях ночью. Чистые программы учета позволяют владельцам солнечных генераторов получать оплату, если их система производит больше энергии, чем необходимо дома. В автономных солнечных приложениях аккумуляторная батарея, контроллер заряда и, в большинстве случаев, инвертор являются необходимыми компонентами. Солнечная батарея посылает электричество постоянного тока (DC) через контроллер заряда в батарею.Затем питание поступает от батареи к инвертору, который преобразует постоянный ток в переменный ток (AC), который можно использовать для приборов, не работающих от постоянного тока. С помощью инвертора солнечные батареи могут быть рассчитаны в соответствии с самыми высокими требованиями к электрической нагрузке. Переменный ток может использоваться для питания нагрузок в жилых домах или коммерческих зданиях, транспортных средствах и лодках для отдыха, удаленных каютах, коттеджах или домах, удаленных средствах управления движением, телекоммуникационном оборудовании, мониторинге потока нефти и газа, RTU, SCADA и многом другом.
Преимущества солнечных панелей
Использование солнечных батарей является очень практичным способом производства электроэнергии для многих применений. Очевидное должно быть вне жизни. Жизнь вне сети означает проживание в месте, которое не обслуживается основной электрической сетью. Отдаленные дома и каюты извлекают выгоду из солнечных энергетических систем. Больше нет необходимости платить огромные сборы за установку электрических опор и кабелей от ближайшей главной точки доступа к сети. Солнечная электрическая система потенциально дешевле и может обеспечить электроэнергию на срок более трех десятилетий, если ее правильно обслуживать.
Помимо того факта, что солнечные панели позволяют жить вне сети, возможно, самое большое преимущество, которое вы могли бы получить от использования солнечной энергии, заключается в том, что она является как чистым, так и возобновляемым источником энергии. С появлением глобального изменения климата стало более важным, что мы делаем все возможное, чтобы уменьшить давление на нашу атмосферу от выбросов парниковых газов. Солнечные панели не имеют движущихся частей и требуют минимального обслуживания. Они прочно построены и служат в течение десятилетий, когда в хорошем состоянии.
И последнее, но не менее важное из преимуществ солнечных панелей и солнечной энергии заключается в том, что после того, как система оплатила первоначальные затраты на установку, она вырабатывает электроэнергию на оставшуюся часть срока службы системы, которая может достигать 15- 20 лет в зависимости от качества системы, абсолютно бесплатно! Для владельцев солнечных энергосистем, связанных с энергосистемой, преимущества начинаются с момента, когда система подключается к сети, потенциально устраняя ежемесячные счета за электричество или, что самое приятное, фактически приносит владельцу системы дополнительный доход от электрической компании.Как? Если вы используете меньше энергии, чем вырабатывает ваша солнечная электрическая система, эта избыточная мощность может быть продана, иногда с наценкой, вашей компании, производящей электроэнергию!
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 хорошее общее представление о том, насколько универсальной и удобной может быть солнечная энергия.
Сколько стоят солнечные батареи?
Цены на солнечные батареи значительно снизились за последние пару лет.Это здорово, потому что в сочетании с федеральным налоговым кредитом на инвестиции в солнечную энергию в размере 30 долларов США и другими применимыми стимулами NOW — лучшее время для инвестиций в солнечную энергетическую систему. И учтите: солнечная энергетическая система стоит примерно столько же, сколько автомобиль среднего размера!
Где можно купить солнечные батареи?
Ну, прямо здесь, на этом сайте, конечно!
Наши бренды солнечных панелей включают наиболее уважаемых производителей в области солнечных панелей. К таким брендам относятся, в частности, такие как BP Solar, General Electric и Sharp.Мы предлагаем только солнечные панели самого высокого качества от производителей с проверенной репутацией в технологии солнечных батарей. За более чем 30-летний опыт работы с солнечными батареями вы можете быть уверены, что на MrSolar.com мы знаем солнечные батареи!
Сохранить
Сохранить
,Панель солнечных батарей
Схематическое обозначение панели солнечных батарейСолнечные панели получают энергию от солнца для использования людьми. Существует два типа солнечных панелей: те, которые накапливают тепло (тепловые), и те, которые вырабатывают электричество (фотоэлектрические). Тепло от солнечных батарей часто используется для отопления помещений и для горячей воды.
Солнечные панели собирают возобновляемую энергию. В 20-м веке некоторые использовали солнечное тепло, чтобы сделать пар для паровой машины, чтобы включить генератор.В настоящее время производство электроэнергии из солнечного света обходится дешевле. Это твердотельный способ производства электроэнергии, что означает отсутствие движущихся частей.
Домашние солнечные батареи часто устанавливаются на крышах домов. Коммерческие или промышленные установки часто устанавливаются на трекерах, установленных на земле. Следящие устройства направляют панель к солнцу, когда солнце движется по небу. Фотоэлектрические панели также широко используются в космическом пространстве, где они являются одним из немногих доступных источников энергии.
Солнечные батареи для отопления обычно изготавливаются из коробки с прозрачным окном сверху.Трубы проходят через коробку. Трубы и коробка обычно окрашены в черный цвет, потому что черный поглощает больше тепла, чем другие цвета. Трубы заполнены теплоносителем, таким как вода или масло. Насос циркулирует жидкость, которая нагревается при воздействии солнца. Когда горячая жидкость покидает панель, она попадает в теплообменник, который передает тепло в воду или воздух. После того как холодная жидкость покидает теплообменник, она снова закачивается в панель для повторного сбора тепла.
Фотоэлектрические солнечные панели рассчитаны на 30 лет.Пока что большинство солнечных панелей, первоначально созданных в 1980-х годах, еще не достигли конца предполагаемой продолжительности жизни. Однако многие из солнечных батарей, срок годности которых истек, были классифицированы как опасные отходы. Использованные солнечные батареи, которые не считались опасными, могут быть переработаны для создания новых солнечных батарей. Более 90% солнечных панелей пригодно для вторичной переработки для создания новых солнечных панелей или отходов. Во-первых, панели разрушаются путем удаления металлических рам и стеклянной пластины, в результате чего группа солнечных элементов находится между этиленвинилацетатной (EVA) смолой и задней пленкой.Чтобы на самом деле добраться до самих солнечных элементов, смола и подложка должны быть удалены. [1] [2]
В первую десятку видов использования солнечных батарей входят:
- тепло для вашего дома
- силовые насосы
- аккумуляторы для внутреннего и наружного освещения заряжаются в солнечный день для использования в ночное время.
- для питания вашего дома, дома для отдыха, хижины, сарая для инструментов или любого другого здания в этом отношении.
- при нагревании бассейнов, солнечная система нагрева горячей воды использует солнечные панели нагрева горячей воды.Их можно поставить на крышу для сбора солнечного тепла, а затем принести в бассейн.
- Солнечные панели также используются в космических исследованиях и других видах транспорта. [3]
Панели солнечных батарейстали намного дешевле в использовании по сравнению с нефтью, дизельным и сжиженным природным газом в некоторых частях Азии. Солнечная энергия скоро станет основным источником энергии. За эти годы было сделано много инноваций для улучшения солнечных панелей. Солнечные панели использовались для исследования космоса и в настоящее время разрабатываются для питания автомобилей.Наряду с этим ученые разрабатывают солнечные элементы в силиконе для повышения его удобства. [4]
Солнечная черепица — это новый тип солнечных панелей, которые выглядят как обычные асфальтовые черепицы. Они используются там, где появление традиционных солнечных батарей может быть нежелательным, например, на крышах жилых домов. Солнечная черепица дороже и менее долговечна, чем обычные солнечные батареи.
,Что такое солнечная панель? (с картинками)
Солнечная панель — это устройство, предназначенное для поглощения энергии солнечных лучей, как для немедленного использования, так и для хранения. Существует два основных типа солнечных панелей: фотоэлектрические модули и солнечные тепловые коллекторы. Фотоэлектрические модули предназначены для преобразования солнечной энергии в электрическую, для питания таких вещей, как освещение, компьютеры или автомобили. Солнечные тепловые коллекторы созданы для поглощения солнечной энергии непосредственно в виде тепловой энергии и часто используются для нагрева воды для душа или для нагрева воды, которую можно принудительно пропустить через конструкцию, чтобы нагреть ее.
Солнечные панели направлены на солнце, чтобы поглотить солнечную энергию.Первый тип солнечных панелей, фотоэлектрический модуль, на самом деле представляет собой набор нескольких солнечных элементов.Несколько солнечных панелей содержат солнечную батарею или фотоэлектрическую батарею. Солнечные элементы объединены в одну солнечную панель для простоты использования и экономии масштаба. Объединяя их в управляемые панели, их легче транспортировать и устанавливать, а электронная схема, используемая для их обработки, может использоваться несколькими различными солнечными элементами.
Дом с солнечными батареями.Наиболее распространенный тип солнечных панелей использует либо кристаллический кремний в форме пластин, либо тонкие пленки, состоящие из теллурида кремния или кадмия. Когда свет попадает на солнечную панель, часть световой энергии поглощается полупроводником, который его составляет, освобождая электроны.Затем эти электроны движутся в одном направлении, создавая ток, который затем может быть захвачен, преобразован и использован для питания того, для чего он нам нужен. Это довольно базовая концепция, но в настоящее время ведется увлекательный мир инноваций и открытий, чтобы раскрыть потенциал солнечной панели.
Одна из самых неотложных задач, связанных с солнечной батареей, заключается в том, как получить максимум энергии из наименьшего количества площади.Солнечная батарея стоит дорого и занимает много места, поэтому она должна быть экономически выгодной в финансовом отношении и с точки зрения занимаемой площади, чтобы ее стоило устанавливать, а не собирать электричество с сети. Потребительские солнечные панели в настоящее время работают с эффективностью около 5-18%, и это число значительно увеличилось за последнее десятилетие. Существует сильная индустрия, основанная на производстве инновационных солнечных панелей, которые могут поглощать еще больше солнечного света, и вполне вероятно, что недорогие потребительские солнечные панели, поглощающие от 20% до 30%, будут доступны в ближайшее время.
В магазине также есть более экзотические планы по массовому повышению эффективности, причем многие теоретические разработки рассчитывают на эффективность до 50%. Это имеет значение для широкого спектра применений, от питания домов до питания транспортных средств для питания космических кораблей. Еще одно новшество в дизайне солнечных панелей — попытка сделать сами панели невероятно тонкими, прозрачными и гибкими, чтобы их можно было размещать на таких предметах, как окна, практически исключая их площадь.
Другой тип солнечной панели, солнечный тепловой коллектор, использовался в течение сотен лет в той или иной форме. Идея в основном заключается в том, чтобы поместить массу воды в контейнер, и заставить этот контейнер поглощать как можно больше световой энергии, проще всего, окрашивая его в черный цвет. Это тогда нагревает воду, которая может использоваться для многих различных целей.Многие люди используют принудительное солнечное отопление для отопления своих домов, пропуская эту горячую воду через трубы в полах или стенах, которые затем излучаются и нагревают воздух внутри.
,типов солнечных панелей: какие есть варианты?
Последнее обновление 15.07.2020
Большинство доступных вариантов солнечных панелей подходят к одному из трех типов: монокристаллический , поликристаллический (также известный как мультикристаллический) и тонкопленочный . Эти солнечные панели различаются по способу изготовления, внешнему виду, рабочим характеристикам, стоимости и установке, для которой лучше всего подходят.
В зависимости от типа установки, которую вы рассматриваете, один из вариантов может быть более подходящим, чем другие.
Основные типы солнечных батарей
Существует три основных типа солнечных панелей: , монокристаллические , , поликристаллические и , тонкопленочные, . Каждый тип имеет свои уникальные преимущества и недостатки, и тип панели солнечных батарей, наиболее подходящий для вашей установки, будет зависеть от факторов, специфичных для вашей собственности и желаемых характеристик системы.
| Тип панели солнечных батарей | Преимущества | Недостатки |
|---|---|---|
| Монокристаллический |
| |
| поликристаллический |
| |
| Тонкая пленка |
|
|
Ниже мы разберем некоторые распространенные вопросы и опасения относительно солнечных батарей и того, как различные типы панелей имеют различные характеристики.
Из чего сделаны разные солнечные батареи?
Для производства электричества солнечные элементы сделаны из полупроводникового материала, который преобразует свет в электричество. Наиболее распространенным материалом, используемым в качестве полупроводника в процессе производства солнечных элементов, является кремний.
Монокристаллические и поликристаллические солнечные панели
Монокристаллические и поликристаллические солнечные панели имеют элементы, изготовленные из кремниевых пластин. Чтобы построить монокристаллическую или поликристаллическую панель, пластины собирают в ряды и столбцы, образуя прямоугольник, покрывают стеклянным листом и объединяют в рамки.
В то время как солнечные панели обоих типов имеют элементы, изготовленные из кремния, монокристаллические и поликристаллические панели различаются по составу самого кремния. Монокристаллические солнечные элементы вырезаны из одного чистого кристалла кремния. Альтернативно, поликристаллические солнечные элементы состоят из фрагментов кристаллов кремния, которые плавятся вместе в форме перед тем, как разрезать их на пластины.
Тонкопленочные солнечные панели
В отличие от монокристаллических и поликристаллических солнечных панелей, тонкопленочные панели изготавливаются из различных материалов.Самым распространенным типом тонкопленочных солнечных панелей является теллурид кадмия (CdTe). Чтобы сделать этот тип тонкопленочной панели, производители помещают слой CdTe между прозрачными проводящими слоями, которые помогают захватывать солнечный свет. Этот тип тонкопленочной технологии также имеет стеклянный слой сверху для защиты.
Тонкопленочные солнечные панелитакже могут быть изготовлены из аморфного кремния (a-Si), который аналогичен составу монокристаллических и поликристаллических панелей. Хотя эти тонкопленочные панели используют кремний в своем составе, они не состоят из твердых кремниевых пластин.Скорее, они состоят из некристаллического кремния, помещенного поверх стекла, пластика или металла.
Наконец, панели из селенида меди и индия-галлия (CIGS) являются еще одним популярным типом тонкопленочных технологий. Панели CIGS имеют все четыре элемента, помещенные между двумя проводящими слоями (то есть стекло, пластик, алюминий или сталь), а электроды размещены на передней и задней части материала для захвата электрических токов.
Как выглядят различные типы солнечных батарей?
Различия в материалах и производстве вызывают различия во внешнем виде между каждым типом солнечных панелей:
Монокристаллические солнечные панели
Если вы видите солнечную панель с черными элементами, это, скорее всего, монокристаллическая панель.Эти клетки кажутся черными из-за того, как свет взаимодействует с кристаллом чистого кремния.
В то время как сами солнечные элементы являются черными, у монокристаллических солнечных панелей есть различные цвета для их задних листов и рам. Задний лист солнечной панели чаще всего бывает черного, серебристого или белого цвета, тогда как металлические каркасы, как правило, черные или серебристые.
Поликристаллические солнечные панели
В отличие от монокристаллических солнечных элементов, поликристаллические солнечные элементы, как правило, имеют голубоватый оттенок, потому что свет отражается от кремниевых фрагментов в элементе иначе, чем от чистой монокристаллической кремниевой пластины.
Как и монокристаллические, поликристаллические панели имеют разные цвета для задних листов и рам. Чаще всего рамки поликристаллических панелей имеют серебристый цвет, а задние листы — либо серебристые, либо белые.
Тонкопленочные солнечные панели
Самым важным отличительным эстетическим фактором, когда речь идет о тонкопленочных солнечных панелях, является то, насколько тонкой и скромной является технология. Как следует из их названия, тонкопленочные панели часто тоньше, чем другие панели.Это связано с тем, что элементы внутри панелей примерно в 350 раз тоньше, чем кристаллические пластины, используемые в монокристаллических и поликристаллических солнечных панелях.
Важно иметь в виду, что, хотя сами тонкопленочные элементы могут быть намного тоньше традиционных солнечных элементов, толщина всей тонкопленочной панели может быть аналогичной толщине монокристаллической или поликристаллической солнечной панели, если она имеет толстую раму. Существуют тонкопленочные адгезивные солнечные панели, которые расположены как можно ближе к поверхности крыши, но существуют более прочные тонкопленочные панели с каркасом толщиной до 50 миллиметров.
Что касается цвета, тонкопленочные солнечные панели могут быть как синего, так и черного оттенков, в зависимости от того, из чего они сделаны.
Что такое бифациальные солнечные панели?
Солнечные панелиBifacial могут улавливать солнечный свет как с передней, так и с задней стороны панели, производя таким образом больше электроэнергии, чем традиционные солнечные панели сопоставимого размера. Многие двухфазные солнечные панели будут иметь прозрачный задний лист, чтобы солнечный свет мог проходить через панель, отражаться от поверхности земли и обратно вверх к солнечным элементам на задней стороне панели.Эти солнечные панели обычно изготавливаются с монокристаллическими солнечными элементами, но существуют также поликристаллические двухфазные солнечные панели.
Номинальная мощность и эффективность солнечной панели
Каждый тип солнечных панелей различается по количеству энергии, которую он может производить.
Монокристаллические и поликристаллические солнечные панели
Из всех типов панелей монокристаллические обычно имеют наивысшую эффективность и мощность. Монокристаллические солнечные панели могут достигать КПД выше 20 процентов, в то время как поликристаллические солнечные панели обычно имеют КПД от 15 до 17 процентов.
Монокристаллические солнечные панелиимеют тенденцию генерировать больше энергии, чем другие типы панелей, не только из-за их эффективности, но и потому, что они поставляются в модулях с более высокой мощностью. Большинство монокристаллических солнечных панелей имеют мощность более 300 Вт (Вт), некоторые в настоящее время даже превышают 400 Вт. С другой стороны, у поликристаллических солнечных панелей, как правило, более низкая мощность.
Это не означает, что монокристаллические и поликристаллические солнечные панели физически не имеют одинаковый размер — на самом деле, оба типа солнечных батарей, как правило, имеют 60 кремниевых элементов каждый, с 72 или 96 вариантами элементов (обычно для крупномасштабных установок). ).Но даже с таким же количеством ячеек монокристаллические панели способны производить больше электроэнергии.
Тонкопленочные солнечные панели
Тонкопленочные солнечные панели, как правило, имеют более низкую эффективность и мощность, чем монокристаллические или поликристаллические разновидности. Эффективности будут варьироваться в зависимости от конкретного материала, используемого в ячейках, но обычно они имеют эффективность ближе к 11 процентам.
В отличие от монокристаллических и поликристаллических солнечных панелей, которые выпускаются в стандартизированных вариантах на 60, 72 и 96 элементов, тонкопленочные технологии не имеют одинаковых размеров.Таким образом, мощность от одной тонкопленочной панели к другой во многом будет зависеть от ее физического размера. Вообще говоря, мощность на квадратный фут монокристаллической или поликристаллической солнечной панели будет превышать технологию тонкопленочных панелей.
Есть ли в солнечных панелях более 96 элементов?
Хотя это не так часто, как 60-, 72- или 96-элементные панели, некоторые производители солнечных панелей производят солнечные панели с половинными ячейками, в результате чего количество солнечных элементов в панели удваивается.Половинные солнечные элементы — это монокристаллические или поликристаллические солнечные элементы, разрезанные пополам с помощью лазерного резака. Разрезая солнечные элементы пополам, солнечные панели могут получить незначительный прирост эффективности и долговечности.
Различные типы солнечных панелей имеют различные расходы
Производственные процессы различаются между монокристаллическими, поликристаллическими и тонкопленочными; Таким образом, каждый тип панели имеет свой ценник.
Монокристаллические солнечные панели
Из всех типов солнечных панелей монокристаллические панели, вероятно, являются наиболее дорогим вариантом.Во многом это связано с производственным процессом — поскольку солнечные элементы изготовлены из одного кристалла кремния, производители должны покрывать затраты на создание этих кристаллов. Этот процесс, известный как процесс Чохральского, является энергоемким и приводит к расточительству кремния (который впоследствии может быть использован для изготовления поликристаллических солнечных элементов).
Поликристаллические солнечные панели
Поликристаллические солнечные панели, как правило, дешевле, чем монокристаллические солнечные панели.Это потому, что клетки производятся из фрагментов кремния, а не из одного чистого кристалла кремния. Это позволяет значительно упростить процесс производства ячеек, что обходится производителям и конечным пользователям дешевле.
Тонкопленочные солнечные панели
То, что вы платите за тонкопленочные солнечные панели, будет в значительной степени зависеть от типа тонкопленочной панели; CdTe, как правило, самый дешевый тип солнечных панелей для производства, в то время как солнечные панели CIGS намного дороже в производстве, чем как CdTe, так и аморфный кремний.
Независимо от стоимости самих панелей, общая стоимость установки тонкопленочной солнечной панели может быть ниже, чем установка монокристаллической или поликристаллической солнечной панели из-за дополнительных трудозатрат. Тонкопленочные солнечные панели менее трудоемки, потому что они имеют меньший вес и более маневренны, что облегчает монтажникам установку панелей на крышах и закрепляет их на месте. Это означает снижение затрат на рабочую силу, что может способствовать общей менее дорогой солнечной установке.
Тип панели лучше всего подходит для вашей установки
Поскольку вы выбираете тип панели солнечных батарей, который вы хотели бы для своей системы, большая часть вашего решения будет зависеть от особенностей вашего имущества и ситуации. У монокристаллических, поликристаллических и тонкопленочных панелей есть свои преимущества и недостатки, и решение, с которым вам следует двигаться дальше, зависит от вашей собственности и ваших целей в солнечном проекте.
Владельцы недвижимости, у которых много места для солнечных батарей, могут сэкономить деньги, установив более дешевые и недорогие поликристаллические панели.Если у вас мало свободного места и вы хотите максимально сэкономить на счетах за электроэнергию, это можно сделать, установив высокоэффективные монокристаллические солнечные панели.
Что касается тонкопленочных панелей, чаще всего выбирают такой тип солнечных панелей, если вы устанавливаете их на большой коммерческой крыше, которая не может выдержать дополнительный вес традиционного солнечного оборудования. Эти типы крыш также могут обеспечить более низкую эффективность тонкопленочных панелей, поскольку они имеют большую площадь для их размещения.Кроме того, тонкопленочные панели иногда могут быть полезным решением для портативных солнечных систем, например, на внедорожниках или лодках.
Начните свое солнечное путешествие сегодня с EnergySage
EnergySage — это национальный онлайн-рынок солнечных батарей: когда вы регистрируетесь на бесплатную учетную запись, мы связываем вас с солнечными компаниями в вашем регионе, которые конкурируют за ваш бизнес с помощью индивидуальных предложений по солнечной энергии, разработанных в соответствии с вашими потребностями. Более 10 миллионов человек приезжают в EnergySage каждый год, чтобы узнать, купить и инвестировать в солнечную энергию.Зарегистрируйтесь сегодня, чтобы увидеть, сколько солнечной энергии может спасти вас.
,