Альтернативная энергетика набирает скорость хода семимильными шагами. При этом некоторые элементы стали доступны не только промышленным копаниям, но и частным пользователям.
К ним относятся солнечные батареи, которые дают возможность стать практически независимыми от централизованной системы. Но когда встает вопрос выбора, начинаются трудности, т. к. есть несколько разновидностей изделий.
Статья поможет выбрать именно то, что лучше подходит под конкретные обстоятельства.
Принцип функционирования
Фотоэлементы перекочевали в гражданскую сферу из военно-космической. Именно для этих целей изначально разрабатывались элементы. Если постараться просто описать суть функционирования солнечной батареи, стоит сказать, что по своим физическим свойствам она является фотоэлектрическим преобразователем.
Благодаря воздействию солнечных волн происходит перенаправление электронов из катода в анод. Конструкция солнечной панели представлена двумя кремниевыми пластинами, которые обладают различными свойствами. Именно благодаря избытку электронов в одной из пластин и их недостатку в другой возникает p-n переход, способствующий выработке электрического заряда.
Каждая пластина проводниками соединена с преобразователями, которые и переводят заряд в подходящий для оборудования.
Промышленный вариант панели представляет собой множество отдельных элементов, которые собраны в большие блоки. Сверху солнечные панели покрыты ламинирующим веществом, которое предотвращает их повреждение различными воздействиями.
Основное отличие, которое есть между различными типами солнечных батарей заключается в их производительности. Она напрямую зависит от чистоты используемого кремния и их пространственного расположения.
Падению цены на солнечные батареи препятствует сложность их изготовления, которая требует больших затрат на очистку кремния и ориентирование его кристаллов.
Интересно! Изначально в качестве преобразующего элемента использовался селен, но батареи из этого материала обходились слишком дорого, поэтому в 1954 году было внесено предложение о его замене на кремний.
Несмотря на то что существуют различные виды солнечных батарей, у них можно выделить общие плюсы и минусы. Среди первых обращают внимание на:
- неисчерпаемый источник;
- возможность повсеместного внедрения;
- экологичность;
- бесшумность;
- длительный срок эксплуатации;
- дотации от государства;
- возможность масштабирования системы;
- малая вероятность выхода из строя;
- автономность;
- отсутствие платы.
Солнце является атомным реактором, который будет функционировать еще многие тысячи лет. При этом за его использование не приходится платить ни копейки. Стоимость электричества от солнечных батарей сводится к стоимости самой системы и срока ее окупаемости.
Если учитывать, что тарифы на электричество постоянно растут, окупаемость сокращается с каждым годом. В большинстве государств предусмотрены специальные дотации за использование зеленой энергии.
Кроме того, при излишке мощностей всегда есть возможность продавать их в сеть, за что также можно получать доход. При работе солнечных батарей отсутствуют вредные выбросы, что выгодно отличает их от всевозможных электрических станций.
Функционирование всей системы абсолютно бесшумно, поэтому устанавливать солнечные батареи можно в непосредственной близости к дому.
Срок службы солнечных батарей может достигать 25 и больше лет. Благодаря модульности системы она хорошо поддается масштабированию.
Это означает, что если со временем увеличивается расход электроэнергии в силу установки нового оборудования, то производительность системы можно повысить простой установкой дополнительных элементов.
Трущиеся части в системе отсутствуют, поэтому выход из строя определенных элементов возможен, но маловероятен. Система с солнечными панелями является полностью самодостаточной и может функционировать без вмешательства пользователя.
Обратите внимание! В определенных случаях пиковая нагрузка может приходиться на тот период, когда энергии солнца недостаточно, а емкость аккумуляторов на исходе.
В этом случае устанавливается специальный контроллер, который позволяет переключаться на центральную сеть питания, когда это необходимо.
Систему сложно назвать совершенной, поэтому у нее есть и свои недостатки:
- значительная стоимость;
- необходимость больших одномоментных вложений;
- низкий КПД;
- необходимость участка для размещения;
- длительный срок возврата вложений;
- необходимость правильного обслуживания;
- сложность утилизации;
- возможность повреждения или кражи;
- снижение эффективности в пасмурную погоду.
На момент написания статьи стоимость установки оборудования на один киловатт мощности составляет приблизительно 60 тыс. рублей. Для обеспечения обычного частного дома со всеми потребностями потребуется приблизительно 15 кВт мощности. Именно такой минимальный стандарт при подключении к центральной сети.
Это означает, что одномоментные вложения должны составить около 15 тыс. долларов США, что является неподъемной суммой для большинства. Кроме того, срок окупаемости может превысить гарантийный срок службы самих панелей, что довольно невыгодно.
КПД солнечных систем все еще остается довольно низким, если сравнивать с традиционными источниками энергии.
Для солнечных панелей требуется определенная территория для размещения, поэтому установить их в квартире будет проблематично или практически невозможно. В частных домах вопрос решается установкой панелей на крыше или на участке.
Кроме того, некоторые производители выпустили на рынок продукцию, в которой солнечные элементы вмонтированы непосредственно в черепицу. Это означает, что, перекрывая крышу, можно превратить ее в электростанцию. Солнечные батареи требуют определенного обслуживания.
Заключается оно в периодической очистке и мытье поверхности батарей. Если этого не делать, то производительность падает. Особенно это касается тех случаев, когда батареи оказываются заваленными снегом.
Современные элементы уже меньше подвержены этому эффекту, но основная масса снижает свою производительность в пасмурную погоду. Всегда существует вероятность, что недоброжелатели могут повредить или украсть оборудование.
Разновидности
Классификация солнечных батарей производится по различным параметрам. Одним из них являются физические особенности, по которым выделяют:
Гибкие конструкции представлены тонкой пленкой, которая способна принимать форму различных объектов без повреждения. Это актуально при установке солнечных элементов, например, на крыши автомобилей.
Такие солнечные элементы являются более универсальными и востребованными. Жесткие солнечные панели также имеют широкое распространение, но повредить их в разы проще, чем гибкие.
По типу вещества, которое осуществляет фотоэлектрический эффект выделяют-таки группы:
- кремниевые;
- на основе селена, индия, галлия;
- теллурий-кадмиевые;
- органические;
- полимерные;
- комбинированные;
- многослойные.
В определенных сферах используются все виды, но наиболее популярными для частного потребителя является первый вид солнечных батарей. Кремниевые также имеют свои подвиды:
- монокристаллические;
- поликристаллические;
- аморфные.
Из этих трех максимально востребованы два первых элемента в списке. Другие виды солнечных батарей могут отличаться более высоким КПД, но способ их способ их производства требует особых затрат, что сказывается на конечной стоимости продукции.
Кремний является довольно распространенным веществом, поэтому его получение не вызывает особых трудностей. В качестве основы для производства солнечных батарей используется кварцевый порошок.
Большие запасы этого вещества для солнечных батарей есть на Среднем Урале и в Западной Сибири.
Монокристаллические
Именно батареи, полученные из mono-Si, могут похвастаться наивысшим КПД. Их легко отличить по характерному темному цвету. Для таких батарей используется кремний с максимальным уровнем очистки. Стоимость таких батарей несколько выше аналогов, но это оправдано. Связано это со сложным процессом очистки и ориентирования монокристаллов.
В силу такого способа расположения кристаллов есть ограничения по углу падения луча. Максимальная производительность батареи достигается при перпендикулярном направлении. Добиться этого позволяют специальные сервоприводы, которые устанавливаются на стойки с солнечными батареями.
Благодаря датчикам приводы поворачивают панели в направлении солнца на протяжении всего дня.
Преимуществом по сравнению с поликристаллическими моделями можно считать большую мощность при меньшей площади и больший КПД, который может достигать 25%. Срок службы именно этих элементов достигает 25 лет.
Основным недостатком солнечных панелей такого типа является падение производительности при малейшем загрязнении, а также длительный срок окупаемости.
Есть также определенные условия для установки таких солнечных панелей, которые требуют открытого пространства или возвышенности, где на солнечные элементы не будет падать тень от других строений или растений.
Поликристаллические
Такие солнечные панели легко определить по окрасу, если предыдущий вариант солнечных элементов имеет однотонный окрас, то на этих солнечных элементах можно заметить неравномерно светло синий оттенок с темными пятнами.
При изготовлении солнечных панелей такого типа используется кремний меньшей степени очистки. Это влияет на КПД, который в большинстве случаев составит 12%, но может быть увеличен и до 18.
Преимуществом поликристаллических панелей является их большая эффективность в условиях пасмурной погоды.
Стоимость у таких солнечных панелей сравнительно ниже, чем у предыдущего варианта батарей. Это связано с тем, что в основе батарей лежит неоднородный материал.
При производстве положение кристаллов кремния не подвергается строгому контролю, поэтому подготовленная основа для батарей просто заливается в предназначенные для них формы. Как только готовый материал для солнечных панелей остывает, его нарезают на элементы определенных параметров.
Батареи такого типа не требуют периодического переориентирования, поэтому их можно размещать на любой доступной поверхности, обращенной к солнцу. Видео о солнечных панелях есть ниже.
Резюме
Батареи из аморфного кремния не получили такого широкого распространения, как предыдущие два варианта. Это связано с тем, что их максимальный КПД на данный момент еле приближается к 9%. Но работа по усовершенствованию этих солнечных панелей ведется и, возможно, за ними будущее, т. к. их производство в несколько раз дешевле в силу отсутствия необходимости в формировании кристаллов.
Сравнение всех видов солнечных батарей их отличия
В Европе активно развивают альтернативную энергетику, понимая ее безопасность и перспективность такого источника электроэнергии, как солнечные батареи. Желая организовать отопление жилых зданий ил промышленных за счет энергии земного светила, постройки оснащают именно ими. Эти устройства год от года становятся более совершенными, увеличивается их КПД, они становятся готовыми к работе в темное время и в малосолнечных областях.
Чтобы не ошибиться с выбором солнечных батарей, нужно знать достоинства каждого вида и отличия, потом что для конкретных климатических зон применяются разные виды таких устройств.
Принцип функционирования
Большая часть этих экологических солнечных устройств в действительности не что иное, как фотоэлектрический преобразователь, у которого на границе p-n перехода возникает эффект электрогенерации.
Основой себестоимости солнечных батарей является стоимость кремниевые пластины. Но, для того, чтобы они служили круглые сутки источником электрической энергии, одних пластин кремниевых недостаточно – придется приобрести оборудование дополнительное и, прежде всего, достаточно дорогие аккумуляторные батареи.
Устройство
Составляют панель солнечную два кремниевых элемента, отличающиеся по своим свойствам. В одном из них возникает под воздействием света недостаток частиц с отрицательным зарядом –электронов, в другом они присутствуют в избытке.
На каждой из пластин имеются медные полоски, проводящие ток, которые соединяют с преобразователями напряжения.
У солнечной батареи, предназначенной для промышленного применения, есть много фотоэлектрических ячеек, прошедших стадию ламинирования. Они между собой скреплены и закреплены на подложке гибкой или жесткой.
КПД
Эффективность солнечных батарей определяется во многом стадией очистки кремния, который используется в производстве, и ориентацией кристаллов в нем. Эти характеристики и стремятся улучшать разработчики. Ежегодно значение КПД удается увеличивать (в разных видах на неодинаковую величину), благодаря миллиардным инвестициям, вкладываемым в исследования фотогальванических элементов. Тем не менее, эффективность остается недостаточной для массового применения солнечных батарей.
Сложности
Основной проблемой является очистка кремния, точнее стоимость этого процесса, а также ориентирование кристаллов в пределах панели в одном направлении.
Могут использоваться для изготовления преобразователей полупроводниковых помимо кремния иные элементы — индий, например. Их применение не сказывается на принципе функционирования — он не меняется.
Типы
Классификация промышленных панелей солнечных происходит по типу рабочего слоя и конструктивным особенностям. Различают панели жесткие и гибкие.
Последние занимают все более широкую нишу благодаря универсальной установке: он и легко устанавливаются на любые поверхности, в том числе на вертикальны – фасады зданий. При этом они совершенно не портят архитектуру, а напротив привносят в не некую изюминку.
Как правило, действительные параметры солнечных батарей несколько ниже заявленных производителем, поэтому, прежде чем выбирать, желательно увидеть воочию уже действующий проект.
По типу фотоэлектрического слоя их подразделяют на:
- кремниевые. К ним относятся поли — , монокристаллические и аморфные;
- теллурий-кадмиевые. Их собирают на основе индия, меди и галлия;
- полимерные;
- органические;
- с использованием арсенида галлия;
- комбинированные и многослойные.
Читайте также: Посудомоечные машины kuppersberg: топ-5 лучших моделей + отзывы о бренде
Не все перечисленные виды интересны потребителю, а лишь кристаллические, несмотря на то, что их КПД ниже некоторых других (правда, более дорогих, отчего и менее распространенных).
Процесс изготовления кремниевых конструкций
Для получения солнечных панелей применяют кремний, получаемый при перемалывании кристаллов кварца, огромными запасами которого славится Урал и в Сибирь. Именно из-за безграничных запасов это направление считается очень перспективным. Сегодня за кристаллическими и аморфными панелями почти 80% рынка.
Кремниевые монокристаллические панели
Описание
Их легко узнать при визуальном осмотре. В углах элементов хорошо различимы квадратики белого цвета.
Для самих же пластин характерна поверхность однородного синего цвета. Кремний в этом случае требует высокой очистки. Понятно, что технологический процесс по очистке его отличается дороговизной. Затратным является и процесс, результатом которого является ориентирование кристаллов в одном направлении.
Важно: Характеристики рабочего слоя наибольший КПД обеспечивают лишь в случае, когда лучи падают на панели пол прямым углом.
КПД у них достаточно высокий, но и цена тоже самая большая, в сравнении с другими видами пластин.
Солнечным панелям монокристаллическим большой площади необходимы поворотные устройства. В таком виде они считаются идеальным решением для пустынь. Там их производительность наилучшая.
Работать монокристаллические панели не смогут без дополнительного оборудования, способного поворачивать конструкцию вслед за движущимся солнцем, стараясь, чтобы на лучи падали на пластину максимально близко к прямому углу.
Из выращенного в условиях производства кристалла, имеющего вид цилиндра, вырезаются слои. Вот почему у готовых блоков углы скруглены.
Преимущества
- Высокий КПД – от 17 до 25 процентов;
- Небольшая площадь для установки;
- Период эксплуатации достигает 25 и более лет.
Недостатки
Их немного:
- достаточно высокая цена;
- небыстрая окупаемость;
- поверхности панелей слишком чувствительны к различным загрязнениям. Поскольку свет хуже рассеивается на покрытой пылью панели, то и эффективность ее резко падает;
- необходимость в прямых лучах требует их размещения только на открытых местах и высоко от земли.
Чем область ближе расположена к экватору, тем большее там количество в году солнечных дней. И это вид панелей, использующих энергию солнца, наиболее предпочтительный.
Поликристаллические
Описание
Все кремниевые устройства слишком реагируют на перегрев. Температура, рекомендуемая для измерения электрогенерации, составляет 25 градусов. Даже при ее увеличении всего на градус производительность уменьшается на 0,5%.
Поликристаллические конструкции также легко определить визуально, поскольку окрас их неравномерный, что связано с разной ориентированностью кристаллов, обеспечивающей высокое КПД в рассеянном свете. Хотя значение его меньше, чем в панелях однонаправленных, в непогоду наибольшей эффективностью отличаются именно они.
Чистота кремния намного ниже, чем у рассмотренных выше, также допускается присутствие примесей и инородных включений. Это снижает себестоимость. Для этого вида панелей металл просто разливается в формы. Затем, используя специальные приемы, формируют кристаллы, направленность которых контролировать не нужно.
Остывший кремний режут на слои, обрабатывая их по специальному алгоритму.
Эти батареи не нуждаются в непрерывном ориентировании на солнце, следовательно, для их установки пригодны крыши зданий.
Достоинства аморфного кремния в полной мере раскрываются в тени и с наступлением облачных дней и практически незаметны в солнечную погоду.
Не нужны им и поворотные механизмы, поскольку крепятся они стационарно.
Стоит такая разновидность панелей меньше, чем ориентированные. Эффективность их падает на 20% после 20-летнего использования.
Недостатки
Они, понятно, есть:
- Более низкий КПД;
- Необходимо большая площадь для монтажа.
В последние годы, благодаря новым исследованиям и появляющимся технологиям, КПД неуклонно растет и у некоторых панелей достигает 20%.
Панели из аморфного кремния
Описание
Механизм их изготовления совершенно иной, чем у кристаллических фотоэлементов. Для них используется гидрид вместо чистого кремния. Его нагревают до парообразного состояния. Когда пары достигают подложки, они осаждаются на ней. Затраты на изготовления снижаются, а кристаллы не образуются (в понимании классическом).
Полученные фотоэлементы в основе имеют полимерную подложку гибкую либо жесткий стеклянный лист.
Разработано уже 3 поколения таких панелей, анализ характеристик которых дает право говорить о растущем КПД. Первые образцы отличались эффективностью, едва достигавшей 5%, у второго поколения это значение достигало 9, а у последних разработок это уже 12%. Их уже можно встретить в продаже, но цена на них пока остается высокой.
- Благодаря особой структуре, подобные солнечные панели максимально поглощают энергию в слабом рассеянном свете, поэтому успешно применяются они в районах севера, где мало солнца и имеются огромные свободные площади.
- Важно: на эффективности работы таких батарей не сказывается повышение температуры, хотя в сравнении с панелями на основе арсенида галлия, она ниже.
Преимущества
- гибкая основа, упрощающая монтаж и расширяющая область использования;
- в рассеянном свет высокий КПД;
- стабильность при высокой температуре;
- устойчивость к повреждениям механического характера;
- независимость от загрязнений.
При правильной эксплуатации они служат не менее 20 лет, за которые падение мощности составляет 15-20.
Недостатки
Единственным минусом считается потребность в большой площади.
Помимо кремниевых, производятся панели, в основе которых лежат редкие, значит, дорогостоящие металлы. КПД подобных конструкций превышает 30%, а цена в разы выше стоимости кремниевых. И, несмотря на это, свою нишу на рынке они успели занять.
Панели из редких металлов
Описание
КПД у них высокий. По этому показателю они впереди кремниевых. В основе устройств, способных к работе в условиях экстремальных, лежит теллурид кадмия. Применяются они для облицовки строений в экваториальных странах, где в дневное время поверхности нагреваться порой выше 80 градусов.
Также растет популярность селенид –индий – медно – галлиевых панелей и селенид- индий – медных.
Но, не забывая о токсичности кадмия, и о том, что галлий с индием достаточно редко встречающиеся металлы, невозможно даже предположить, что они будут использоваться для массового производства.
Их эффективность измеряется 35%, даже иногда 40%. Ранее применялись они в космической области, а сегодня – в тепловых электрических солнечных станциях (благодаря стабильности в диапазоне 130-150 градусов).
На панели маленькой площади концентрируются лучи сотен зеркал. Она генерирует ток и передает одновременно водяному теплообменнику тепло. Он нагревает воду до парообразного состояния. Пар приводит во вращение турбину, генерирующую энергию электрическую. То есть, с наибольшей эффективностью энергия солнца сразу двумя способами превращается в электрическую.
Органические аналоги и полимерные
Это самые новые разработки, появившиеся в последнее время – органические панели, которые отличаются абсолютной безопасностью для экологии и недорогим производственным процессом. Успехов в этом направлении удалось достичь больших.
Среди европейских компаний, успехом наибольшим похвастаться может фирма Heliatek, оснастившая своими пленочными конструкциями, у которых толщина всего миллиметр, ряд зданий. Их КПД находится в пределах 14-15%, цена же ниже в разы, чем у аналогов кристаллических.
Какой же панели отдать предпочтение?
Для загородных коттеджей не трудно выбрать батарею, если он находится на широте 45-60. И выбирать здесь нужно из кремниевых моно- и поликристаллических видов.
При недостаточности места рекомендуется выбрать первые, при отсутствии ограничений площади – вторые.
Солнечные батареи: характеристики и свойства
Солнечные панели — эффективный источник энергии, который уже длительное время используется во многих странах мира в качестве альтернативной возможности получать тепло и свет экологически чистым способом.
Особенно привлекательны они для людей, которые ценят чистоту окружающей среды и являются активными сторонниками ее сохранения.
Человеку, который серьезно задумался о такой необычной покупке, будет полезно узнать, какими бывают солнечные батареи — характеристики тех или иных разновидностей могут отличаться: мощность аккумулятора, уровень комплектации, качество материала, из которого изготовлены панели, их размеры и, наконец, цена.
Немного о сфере применения
Солнечные батареи уже длительное время широко применяются в разных сферах человеческой деятельности, начиная с их установки на крупных промышленных объектах и заканчивая бытовым использованием на крышах жилых домов и автомобилей. Подробнее о промышленных солнечных батареях →
Их активно используют:
- в селах и деревнях, где часто отключается электричество;
- в условиях слабой электрификации местности;
- как резервные источники энергии;
- при реализации экспериментальных проектов (например, использование энергии Солнца с целью получения горячей воды).
Разновидности солнечных панелей
Существуют следующие разновидности модулей:
Влияние факторов внешней среды на уровень производительности
Как уже упоминалось, вещество, из которого производятся все типы батарей — это кремний. Чем меньше в нем находится сторонних примесей, тем качественнее получается модуль. И тем выше становится его цена при поступлении в розничную продажу.
Поскольку все фотоэлементы должны быть размещены не внутри, а снаружи помещений, существует множество факторов, которые будут оказывать влияние на их производительность. Прежде всего, речь идет о температурном коэффициенте мощности.
Батарея находится под воздействием прямых солнечных лучей и очень сильно нагревается. Следовательно, некоторое количество мощности будет потеряно в результате нагрева.
Поскольку именно мощность представляет из себя физическую величину, от которой напрямую зависит объем энергии, производимой солнечным аккумулятором, процент ее потери мгновенно оказывает влияние на его работу.
Так, если на улице долго стоит сухая и очень жаркая погода, процент потери мощности может составлять до 25 — как у моно-, так и у поликристаллов.
Установлено, что монокристаллы подвергаются деградации гораздо быстрее, нежели поликристаллы. В течение первого года непрерывной работы уровень мощности снижается до двух процентов у поликристаллических и до трех — у монокристаллических солнечных батарей. В дальнейшем, если качество фотоэлементов высокое, процент деградации значительно уменьшится (от 0,67 до 0,71% в год).
При выборе батареи не стоит «вестись» на чрезмерно низкую цену. Чаще всего она означает и соответствующий уровень качества. Ну и, конечно, если учитывать структуру поликристаллов, они физически будут занимать больше места, чем монокристаллические панели. При этом уровень мощности у последних будет таким же, а площадь — гораздо меньше.
Качественные характеристики
Размер солнечной панели обычно составляет 1-2 м², показатель мощности при этом — 220-250 Вт.
На основании качественных характеристик все фотоэлементы делятся на несколько категорий:
Для максимальной эффективности к приобретению можно рекомендовать панели уровня А и B. В крайнем случае — С, если есть нужда в альтернативном источнике энергии для небольшого производственного помещения, который будет использоваться не регулярно, а время от времени.
Описание комплектации и функция каждого устройства
В стандартную комплектацию солнечной электростанции входят:
Солнечные модули накапливают энергию, а затем преобразовывают ее в электрическую. Одна из функций контроллера — корректное распределение постоянного тока по находящимся в доме приборам, потребляющим электричество. Также он контролирует уровень температуры, режим зарядки и напряжения.
Инвертор — это преобразователь, который необходим для того, чтобы постоянный ток становился переменным, обеспечивая стабильное функционирование электропитания. Обычная аккумуляторная батарея (АКБ) нужна для накопления энергии, которая будет использована. Например, ночью или в пасмурные дни, когда солнце редко выходит из-за облаков или туч.
Сроки службы
Желающих приобрести этот экологически чистый альтернативный источник энергии прежде всего интересует вопрос о том, сколько лет он будет исправно работать и не возникнет ли с ним серьезных проблем в ближайшее время.
Производителями указывается, что сроки службы у таких АКБ — от 20 до 30 лет. Однако многие из них могут исправно работать и далее. Известно, что до сих пор сохранилась солнечная батарея, которая была изготовлена одной из первых в мире. Она прекрасно работает и сейчас, хотя уже давно появились панели, технические характеристики которых значительно обогнали первые разработки.
При постоянном использовании любого агрегата снижается как его мощность, так и количество энергии, которое он вырабатывает в течение определенного времени. Однако показатель этот не является фатальным: он составляет около 1% в год. Следовательно, за 10 лет постоянной эксплуатации произойдет снижение мощности на 10%.
Продлить срок службы любой панели можно, приобретя дополнительно специальную защитную пленку и заламинировав с ее помощью модули со стороны солнца. Пленка обеспечивает надежную герметизацию и защиту от механического воздействия и может прослужить от 5 до 15 лет. Для защиты батареи с внутренней стороны (от пыли, воды и т.д.) также имеются разные виды пленочных покрытий.
Принцип работы
Любая солнечная батарея — это не огромная монолитная конструкция. Она состоит из нескольких блоков или модулей.
Их может быть сколько угодно — в зависимости от особенностей помещения и от того, какой объем электроэнергии в нем потребляется изначально.
Исходя из средних расчетов потребления и делается вывод о том, сколько модулей может понадобиться и будет ли выработанное ими количество преобразованной солнечной энергии соответствовать потребностям обитателей жилого дома или работников производства.
Принцип работы любого солнечного модуля основан на преобразовании солнечного света в определенный потенциал электрической энергии с генерацией тока постоянной величины. Если возникает необходимость в увеличении такого показателя системы как мощность, устанавливается большее число элементов. Размеры солнечных панелей, связанных между собой, могут составлять от одного метра до нескольких.
Продуктивность работы таких аккумуляторов зависит от нескольких факторов, связанных с природными условиями и внешней средой в целом:
- сила солнечного света;
- правильное расположение;
- климатическая зона;
- время года и суток.
В целях грамотного учета эксплуатационных свойств солнечных батарей и особенностей внешней среды не следует пытаться осуществлять их монтаж самостоятельно. Лучше довериться в этом профессиональным установщикам.
Примерные цены
Цена на разные виды солнечных панелей может разниться от 30 000 до 2 000 000 рублей. Все зависит от количества модулей, качества их исполнения, фирмы-производителя и количества комплектующих частей. Есть самые «бюджетные» варианты, которые могут стоить от 10 500 рублей. Целесообразность их приобретения стоит рассматривать в индивидуальном порядке.
Солнечные батареи — альтернативный источник энергии, который можно использовать в качестве эффективного резерва. Главное — учитывать климатические условия региона проживания. Ведь производительность работы такой системы, большей частью, зависит от количество солнечных дней в году.
Типы солнечных элементов
Март 2016
Сегодня существует несколько видов солнечных элементов, из которых состоят солнечные батареи. Различия этих модулей в технологии и материалах, применяемых в их изготовлении. На данный момент существуют три типа батарей, разделяемых по материалу основы элемента — пленочные, кремниевые и аморфные.
В свою очередь, пленочные батареи также делятся по используемым в изготовлении материалам:
- на основе теллурида кадмия. Хотя КПД элементов из теллурида кадмия невелик, около 11%, однако, в сравнении с кремниевыми панелями, ватт мощности этих батарей обходится на несколько процентов дешевле;
- на основе CIGS (CIGS – это полупроводник, состоящий из меди, индия, галлия и селена), этот тип солнечных батарей обладает более высокой эффективностью, его КПД доходит до 15%;
На данный момент самыми популярными являются батареи, изготовленные на основе кремния. Объясняется это распространенностью кремния в природе, его невысокой стоимостью и относительно высокой производительностью, по сравнению с другими видами солнечных батарей. Батареи на кремниевой основе разделяются по типу изготовления фотоэлектрических элементов:
 |
|
 |
|
 |
|
Сводна таблица типов кремниевых солнечных батарей.
| Свойства | Монокристаллические солнечные батареи | Поликристаллические солнечные батареи | Аморфные солнечные батареи |
| Цвет элементов | Тёмно синий | Синий | Синий |
| Форма элементов | Прямоугольный со скруглёнными углами | Прямоугольный | Любой |
| Эффективность | до 20% | до 15% | около 10% |
| Падение эффективности при разогреве панели или элемента до высоких температур (50° C) | до 25% | до 17% | нет данных |
| Деградация производительности солнечной панели в год | 0.9%-1.0% | 0.7% | нет данных |
| Удельная стоимость за Ватт | N | N-(~10%) | N+(~15%) |
* Практические наблюдения инженеров компании «Энергетический центр».
Солнечные батареи, как моно- так и поликристаллические, в зимнее время показывает очень высокую эффективность и производительность на морозе в ясную погоду, но количество солнечных дней и общая инсоляция гораздо ниже чем летом.
Опыт использования солнечных панелей показывает, что днём даже в самую пасмурную погоду солнечные панели гарантированно вырабатывают около 10% от их номинальной мощности.
« назад
Солнечная батарея для туристов: виды и характеристики портативных походных панелей
Какие бывают туристические солнечные батареи?
Потребность в обладании автономными источниками питания наиболее высока у людей, часто находящихся вдали от сетевых ресурсов — туристов, любителей дальних походов или прогулок.
Одним из наиболее удачных вариантов являются солнечные батареи для туризма, обеспечивающие потребности мобильных устройств, средств коммуникации и связи.
Туристические солнечные батареи эксплуатируются в довольно сложных условиях, на открытом воздухе и в различных температурных режимах, поэтому требования к ним намного жестче, чем к устройствам другого назначения.
Рассмотрим возможности и рабочие характеристики этих источников питания.
Основным компонентом, на основе которого работает солнечная батарея для туристов, является фотоэлемент. Бывают разные типы:
Сравнительная таблица свойств обоих типов фотоэлементов поможет определить разницу между ними:
| Параметры | Кристаллические фотоэлементы | Аморфные фотоэлементы |
| КПД | 8-14 % | 6-8 % |
| Степень прочности | Хрупкие, требуют защитного покрытия | Гибкие, пластичные |
| Долговечность | Высокая | Средняя |
| Вес | Средний | Низкий |
По данным таблицы видно, что показатели кристаллических фотоэлементов намного привлекательнее. В особенности это относится к величине КПД, который определяет производительность и общий полезный эффект. Не зря все стационарные батареи делаются только из кристаллического кремния. В свою очередь, кремниевые элементы бывают двух видов:
Отличить монокристаллические от поликристаллических панелей несложно — монокристаллические имеют черный цвет, а поликристаллические — темно-синие. Примечательно, что цена поликристаллических панелей заметно ниже.
Важные детали
Эксплуатация солнечных походных панелей будет успешной и позволит достичь ожидаемых результатов, если пользователь имеет представление о рабочих свойствах устройства и не допускает ошибок при выборе. Рассмотрим некоторые позиции, о которых следует иметь представление.
Мощность
Мощность, которую способна выдать солнечная батарея туристическая, определяется размером (площадью) рабочей поверхности и типом фотоэлементов. Выбирая устройство, на мощность надо смотреть в первую очередь. Кроме этого, надо иметь представление о количестве гаджетов, которые будут использоваться в походе. Примерные соотношения:
- зарядка одного или нескольких мобильных телефонов или power bank — 7-8 Вт;
- пара часов работы с ноутбуком в день — 15 Вт;
- фотоаппарат или видеокамера — 10-20 Вт.
Этими критериями руководствуются, выбирая наиболее подходящую модель. Если ее показатели не подходят, можно приобрести два экземпляра, соединить их в единую систему и получить нужное количество энергии.
Как добиться максимальной производительности?
Производительность у солнечных панелей определяется типом фотоэлементов и площадью рабочей поверхности. От пользователя в отношении увеличения производительности мало что зависит.
Единственным способом как-то повлиять на результаты является очистка поверхности панелей и правильное размещение, обеспечивающее перпендикулярное падение солнечных лучей.
Если зарядка происходит во время движения, следует размещать устройство на поверхностях, максимально освещенных солнцем.
Какие бывают виды?
Существуют разные виды солнечных батарей для туристов:
- Маломощные устройства для зарядки телефонов.
- Универсальные модели, способные обеспечивать потребности различных гаджетов. Эти устройства наиболее распространены и предпочтительны.
- Мощные панели на подложках. Годятся только для автомобильной перевозки или стационарного использования в качестве источника энергообеспечения жилья.
Наиболее удачным выбором является универсальный тип солнечных батарей, относительно недорогой и приспособленный к работе в разных условиях. Маломощные зарядки дороги и не дают нужного количества энергии, а мощные установки подходят только для автотуристов.
Портативная батарея
Портативные солнечные батареи для туристов являются оптимальным вариантом выбора. Они легки, не занимают много места в рюкзаке, имеют вполне работоспособную конструкцию и подходящие параметры.
Портативные устройства складные, способны разворачиваться в панель довольно большой площади, но в сложенном состоянии немного больше обычного смартфона.
Существует широкий выбор моделей и форм таких зарядок, позволяющий приобрести наиболее удобный и подходящий для пользователя вариант.
Технология изготовления
Производство солнечных панелей представляет собой сложный технологический процесс. Он нуждается в наличии сложной высокоточной техники, используются современные методики выращивания и обработки кристаллов.
В специальных установках производится высокочистый кремний. Он расплавляется, в расплав помещается основа кристалла (или затравка). По мере остывания вокруг нее образуется моно- или поликристалл.
Читайте также: Двойная раковина в ванную: виды, как выбрать и правильно установить
Разница в технологии не слишком заметна, но себестоимость падает довольно значительно. Полученный кристалл разрезают на тонкие пластинки в поперечном направлении, получая заготовки для панелей кристаллических видов.
Аморфные панели получают методом напыления или осаждения кремния на гибкую основу.
Строение кристаллических батарей: плюсы и минусы
Кристаллический тип солнечных батарей состоит из следующих слоев:
- верхний слой защитной пленки;
- слой фотоэлементов;
- электроды, обеспечивающие передачу электрического сигнала;
- нижний слой стеклотекстолита.
Плюсами таких батарей являются относительно низкая цена и высокий КПД. К минусам относят хрупкость, непереносимость механических нагрузок.
Строение гибких батарей: плюсы и минусы
Конструкция гибких батарей не слишком отличается от строения жестких видов:
- защитная пленка;
- фотоэлементы;
- электроды;
- нижний слой защитной пленки.
В свою очередь, фотоэлементы представляют собой полоски из фольги, являющейся основой для напыления аморфного кремния. Рабочие характеристики таких панелей бывают очень разными, что может являться как достоинством, так и недостатком.
Доступность технологии позволяет производить такие панели различным безымянным фирмам, которые не выдерживают требований и выпускают некачественную продукцию.
При этом, гибкие панели хорошо переносят деформацию и прочие механические воздействия и обладают возможностью более устойчивого приема светового потока.
Солнечная батарея для туристов своими руками
Несмотря на то, что на рынке имеется огромный выбор солнечных панелей, многие пользователи предпочитают собирать зарядные установки самостоятельно. Видимо, страсть к техническому творчеству искоренить невозможно, хотя имеются и рациональные основания — устройство, собранное своими руками, проще наладить или отремонтировать.
Изготовить солнечную батарею «с нуля» в домашних условиях невозможно, поэтому обычно выписывают с интернет-магазинов необходимые комплектующие, соединяют их нужным образом и помещают в корпус или чехол. Разумеется, браться за изготовление зарядки, не имея нужных знаний и навыков подобных работ, бессмысленно. Надо точно понимать, что делать и как соединять детали, иначе ожидаемого результата не получить.
Материалы для работы
Для изготовления самодельной солнечной зарядки понадобятся:
- готовые солнечные панели, выписанные в интернет-магазине;
- конвертер, выписанный там же;
- соединительные провода;
- отрез крепкой водоотталкивающей синтетической ткани на изготовление чехла;
- инструменты (паяльник, отвертка и пассатижи, ножницы, швейная машинка и т.д.).
Солнечные панели соединяются последовательно в единую систему и располагаются в кармашках чехла. Выход припаивается к соответствующим контактам конвертера. Устройство готово, можно переходить к испытаниям.
Обзор лучших моделей
Солнечные батареи для похода представлены на рынке большим ассортиментом моделей, форм и конструкций. Это увеличивает возможности выбора, но и представляет определенную трудность. Для того, чтобы несколько облегчить задачу и сориентировать пользователей, рассмотрим несколько наиболее удачных и качественных образцов:
Приведенные модели произведены в США или странах Европы. Имеются и китайские модели, обладающие вполне удачным набором качеств. Можно выделить SOLAR и SCN-4/6. Из российских моделей можно рекомендовать СЗУ2-БСА-7.5 и НПФ «Санэнеджи» и т.д.
Выбирать подходящее устройство только по имени производителя не рекомендуется. Надо обращать внимание на технические характеристики и наличие сертификатов качества.
Распространенные заблуждения
Существуют общепринятые и ошибочные аксиомы, требующие разъяснения рассмотрим некоторые из них:
- Кристаллические панели однозначно лучше, чем аморфные. Это верно, но только в теории. На практике нередко гибкая панель демонстрирует более высокие показатели, чем жесткая. Необходимо обращать внимание прежде всего на параметры устройства, а уже потом на тип элементов.
- Считается, что аморфные панели быстро выгорают — якобы, за год они теряют до 10 % своей производительности. Это обычное заблуждение, непонятно, на чем основанное. Специализированная проверка показала падение производительности на 4 %, которое произошло за 14 лет.
- Иногда встречаются обратные утверждения — гибкие панели лучше, поскольку способны эффективно работать в пасмурную погоду. Здесь так же необходимо рассматривать параметры конкретного устройства, а не руководствоваться нелепыми домыслами.
Солнечные панели для туристов представляют необходимую помощь в зарядке мобильных устройств. Они способствуют повышению комфорта, позволяют обеспечить связь, иногда спасают людям, оказавшимся в критической ситуации, здоровье или даже жизнь. Важно лишь выбрать наиболее удобное и производительное устройство, способное обеспечить потребности имеющихся гаджетов.
Рекомендуемые товары
Характеристики типов солнечных панелей
Солнечные панели представляют возможный вариант альтернативной энергетики за счет энергии нашего светила. Альтернативные источники как геотермальные, ветра или гидроэнергия, солнечные источники становятся наиболее популярными.
Если мы посмотрим на мировое производство возобновляемой энергии около 5 × 1020 Дж в год, то ветер это 0,3 %, геотермальная 0,2 %, биотопливо 0,2 %, а солнечная фотоэлектрическая составляет всего около 1,5 % согласно статистическому обзору мировой энергетики.
В последние годы технической модернизации не только обсуждается конкурентоспособная цена солнечной фотоэлектрической технологии, но и разрабатываются различные виды солнечных панелей и их характеристики.
Прогнозируется, что к 2030 году использование различных типов солнечных панелей будет доминировать по сравнению к другими источниками возобновляемой энергии.
Из исследования экономики затрат фотоэлектрики стоимость электростанции зависит от цены земли. Если электростанция находится рядом с подстанцией, вблизи населенного пункта стоимость земли будет высока.
Если находится в отдаленном месте, стоимость земли низкая, но потери энергии при передаче будут высокими. С другой стороны, с меньшим населением и в отдаленном месте, использование энергии ограничено местным сообществом.
В идеале электростанция должна располагаться в месте, где генерация энергии подключена непосредственно к энергосистеме на оптимальном расстоянии.
Положительные характеристики панелей солнечных батарей:
- необходимо меньше ресурсов для обслуживания
- длительная эксплуатация
- высокая производительность
- экологическая чистота
- более высокая эффективность
- стойкость к внешним воздействиям
- максимальная надежность
Что такое солнечная панель?
Солнечные панели преобразуют свет в электричество.
Самый мощный источник дающий солнечное излучение – Солнце, поэтому их называют “солнечными” панелями. Все виды элементов в их характеристиках называют фотоэлектрическими, что означает “свет- электричество”.
- Используется множество соединенных элементов поэтому называется панелями.
- Производство электроэнергии зависит от количества света, который попадает на фотоэлементы и от вида элементов.
- Интересно, что космические аппараты обычно проектируются с солнечными батареями.
Способ обработки
Все виды солнечных батарей представляют несколько соединенных отдельных элементов, которые преобразовывают свет в электричество. Это преобразование обусловлено фотоэлектрическим эффектом, а панель батарей может называется как фотогальваническая.
Количество и размер требуемой панели батарей определяются доступным светом и требуемым количеством энергии. Размер панели должен соответствовать самым требовательным электрическим нагрузкам. Эти солнечные панели нужно установить на крыше, земле и где свет доступен.
Ток, полученный от солнечных панелей представляет постоянный ток, который непосредственно не используются для бытовой техники. Для этого используется инвертор. Мы можем сразу использовать ток от батарей для некоторых специфических применений как сотовый телефон, свет.
Как сделаны панели?
Фотовольтаические панели могут произвести электричество от ряда частот света и это зависит от конструкции.
В настоящее время наилучшая практическая эффективность составляет около 20,1%.
В новых коммерческих продуктах, как правило, ниже эффективность их изолированных ячеек. Высокоэффективные солнечные панели массового производства имеют плотность энергии до 175 Вт / м2
Виды солнечных панелей конкурируют за доминирование на рынке:
- кремниевые;
- тонкая пленка;
- ячейка Гретцеля с применением диоксида титана.
Кремниевые технологии
В настоящий момент около 80 – 85% всех фотоэлектрических модулей изготовлены с использованием кремниевых технологий и включают изготовление особой чистоты слитков из поли или монокристаллического кремний материала, как правило, из природного кварца. Эти слитки легированы бором. Слитки нарезаются на пластинки и легируются на поверхность люминофором с помощью процесса термической диффузии, образующих р-n-полупроводниковое соединение.
Некоторые производители выращивают тонкие ленты кремния напрямую из расплавленного материала, избегая требования отрезать или пилить из слитков, таким образом, экономя значительное количество дорогостоящего кремния.
Некоторое количество этих ячеек после этого соединяются в солнечную панель.
Преимущества технологии кремния выше, эффективность ячейки (до 20%), простая и доказанная технология, в то время как недостатками являются количество дорогостоящего кремния, необходимого для производства заданного количества электроэнергии и выше производственные затраты.
Технологии тонкой пленки
Технологии солнечных батарей тонкой пленки на основе полупроводниковых материалов, как аморфный кремний, теллурид кадмия (CdTe), селенид меди-индия-галлия.
Тонкая пленка изготавливается путем нанесения нескольких слоев этих различных материалов на субстрат стекла, металла или полимера.
Эти полупроводниковые переходы формируются по-разному, либо как p-i-n устройство в аморфном кремнии или как гетеро-переход для теллурид кадмия и селенид меди-индия-галлия.
Прозрачный проводящий оксидный слой как окись олова формирует передний электрический контакт ячейки и металлический слой другого контакта.
Преимуществом этой технологии можно отнести более низкую стоимость в пиковой электрической мощности к более низкой стоимостью материалов и другим производственным затратам и легкость масштабируемости к большим панелям.
Недостатки: эффективность превращения энергии (до 13%) приводит к более большой зоне для производства заданного количества электроэнергии по сравнению с кремнием и сложности самой технологии.
Ячейка Гретцеля
Есть также сенсибилизированные красителем солнечные элементы которые называют ячейка Гретцеля в честь швейцарского ученого Михаэля Гретцеля.
Принцип использует окислительно-восстановительную реакцию, протекающую в электролите с применением диоксида титана (TiO2).
Наночастицы диоксида титана, покрытые молекулярным красителем, поглощают солнечный свет, как хлорофилл в зеленых листьях. Этот диоксид титана погружают в раствор электролита, над которым находится катализатор на основе платины. Как в обычной щелочной батарее, анод (диоксид титана) и катод (платина) помещены на любой стороне жидкостного проводника (электролита).
Солнечный свет проходит сквозь прозрачный электрод в слой краски, где он может возбуждать электроны, которые затем перетекают в диоксид титана. Электроны текут навстречу прозрачному электроду, где они собираются до замыкания цепи. После пропускания через внешнюю цепь, они приходят назад в электролит.
Электролит тогда транспортирует электроны обратно к молекулам красителя.
Сенсибилизированные красителем солнечные элементы еще не развиты в промышленные приборы из-за наличия недостатков.
К недостаткам относятся: использование жидкого электролита, который имеет проблемы стабильности температуры.
- При низких температурах электролит может замерзнуть, прекращая производство электроэнергии и потенциально может привести к физическим повреждениям.
- Высокая температура сильно расширяет жидкость, делая герметичные панели серьезной проблемой.
- Другим недостатком является то, что дорогостоящий рутений (краситель), платина (катализатор) и проводящее стекло или пластик необходимы для того, чтобы произвести ячейку Гретцеля.
- Недостатком является то, что раствор электролита содержит летучие органические соединения, растворители, которые должны быть тщательно загерметизированы по мере опасности для здоровья человека и окружающей среды.
- Кроме того КПД составляет порядка 10%.
Таким образом, практичные виды солнечных панелей на основе кристаллического кремния и тонкой пленки.
