Солнечные батареи: описание различных видов и материалов нового поколения

Области применения

Сферы использования панелей из аморфного кремния диктуется их главными достоинствами. Наиболее часто пленки A-Si рекомендуются к применению в следующих случаях:

• значительной загазованности и/или запыленности воздуха;
• преобладания неблагоприятных погодных условий, прежде всего частой облачности и осадков;
• высоких среднегодовых температур окружающей среды;
• сложности или инженерная нецелесообразность установки панелей в оптимальное положение относительно солнца;
• при стремлении использовать полупроводниковые элементы в качестве полупрозрачных стекол или пленки – довольно частое дизайнерское решение в современном мире.

Как основной источник энергии батареи из аморфного кремния пока малоэффективны. Однако в качестве альтернативного ее поставщика – особенно в паре с аккумуляторами – их применение встречается все чаще.

Вероятно, вам также понравятся следующие материалы:

—

—

От автора

друзья, некоторое время назад изменил правила для получения оплаты за публикации. Теперь вознаграждение за труд начисляется за активность подписчиков, а не за рекламу.

Потому, если вам нравится то, что я делаю, прошу — подписывайтесь после прочтения статьи, ставьте лайки и пишите комментарии. Это даст хороший буст для развития канала и поможет мне работать еще лучше.

Заранее вам спасибо!

Расчеты перед покупкой

Чтобы подобрать комплект с подходящими показателями, нужно в первую очередь рассчитать мощность. Она зависит от энергонагрузки, чем этот показатель выше, тем производительнее потребуются батареи. Для частных домов лучше всего подойдут панели мощностью от 150 до 250 Вт, в то время как для дачного дома достаточно вариантов на 50 Вт.

В первую очередь следует рассчитать базовое потребление энергии, для этого нужно учесть каждый используемый прибор и среднее время его работы в течение суток. Далее надо просто сложить все показатели и получится расчетная нагрузка в киловатт-часах.

Это минимальный показатель, на который нужно ориентироваться. При этом требуется делать определенный запас и учитывать потери энергии, которые происходят в сети, а также что заряд аккумуляторов постепенно падает. Обычно делается запас порядка 30%, но лучше сделать его больше.

Пример системы с восемью аккумуляторами.

Чтобы существенно понизить расход электричества и не приобретать мощное оборудование, которое намного дороже, стоит перевести часть потребителей энергии на напряжение 12 В. Можно поставить светодиодные лампы и приобрести часть бытовой техники под такие характеристики. Это существенно снизит энергопотребление и позволит сэкономить на солнечных батареях.

Обязательно учесть инсоляцию — показатель, отражающий количество солнечной энергии, приходящейся на определенную площадь. Используйте схему с готовыми данными, чтобы рассчитать количество панелей для своего региона. Учитывайте что максимум приходится на лето, а минимум на зиму, не стоит упускать этот момент.

Инсоляция зависит от региона.

Когда на руках есть все данные, можно провести расчеты, за основу брать месяцы с минимальной инсоляцией и ориентироваться на них. В эти периоды система будет работать почти на полную мощность, в остальное время с запасом, что позволит исключить перегрузки и быстрый износ из-за повышенных нагрузок.

Популярные производители

Чтобы система работала долго, а показатели из технической документации не отличались от реальных, стоит выбирать изделия проверенных изготовителей. Не стоит экономить на качестве, при покупке солнечных батарей это недопустимо. Лучшие варианты на сегодня такие:

1. LG Energy. Занимается разработкой панелей около 30 лет и производит их в промышленных масштабах 11 лет. Завод расположен в Южной Корее, батареи имеют гарантию в 25 лет и относятся к среднему и высокому ценовым сегментам. Продукция премиум-класса популярна в странах Северной Америки и Европы.
2. SunPower. Американская компания, выпускающая солнечные батареи с длительным сроком службы. За 25 лет емкость панелей уменьшается всего на 8%. Изделия дорогие, но считаются одними из самых долговечных на рынке.
3. REC Group. Норвежская фирма с производством в Сингапуре производит надежные панели, дает гарантию на 20 лет, причем емкость падает медленно, поэтому срок службы намного больше гарантийного. Есть варианты из средней и дорогой категорий.
4. Panasonic. Еще один известный бренд. Солнечные батареи этого производителя имеют гарантию 25 лет, качество высокое и срок службы длительный. Изделия хорошо подходят для использования в средних широтах и имеют эффективность 18-20%.
5. Jinko Solar. Китайская компания, которая продает продукцию во всем мире и считается одной из лучших в недорогом ценовом сегменте. Продукция имеет гарантию 25-30 лет, изделия качественные, несмотря на малую цену. Есть варианты как бюджетного, так и среднего класса.
6. Trina Solar. Еще один китайский бренд, который предлагает дешевые панели с неплохими рабочими показателями, но гарантия тут намного меньше – 10 лет, за этот период емкость падает примерно на 10%. Многие специалисты считают этот вариант оптимальным по соотношению цены и качества.
7. Longi Solar. Компания из Китая, которая недавно вышла на мировой рынок, но внутри страны продает недорогие солнечные батареи уже давно. При производстве используются монокристаллы, что обеспечивает хорошую работу даже при низких температурах и плохой освещенности. Эффективность составляет от 18 до 20%.

SunPower – одни из самых долговечных батарей.

Устройство и принцип действия солнечной батареи

Когда-то пытливые умы открыли для нас природные вещества, вырабатывающие под воздействием частиц света солнца, фотонов, электрическую энергию. Процесс назвали фотоэлектрическим эффектом. Ученые научились управлять микрофизическим явлением.

На основе полупроводниковых материалов они создали компактные электронные приборы – фотоэлементы.

Производители освоили технологию объединения миниатюрных преобразователей в эффективные гелиопанели. КПД панельных солнечных модулей из кремния широко производимых промышленностью 18-22%.

Из описания схемы наглядно видно: все комплектующие элементы электростанции одинаково важны – от их грамотного подбора зависит согласованная работа системы

Из модулей собирается солнечная батарея. Она является конечным пунктом путешествия фотонов от Солнца до Земли. Отсюда эти составляющие светового излучения продолжают свой путь уже внутри электрической цепи как частицы постоянного тока.

Они распределяются по аккумуляторам, либо подвергаются трансформации в заряды переменного электротока напряжением 220 вольт, питающего всевозможные домашние технические устройства.

Солнечная батарея представляет собой комплекс последовательно соединенных полупроводниковых устройств – фотоэлементов, преобразующих солнечную энергию в электрическую

Как работают солнечные батареи

Солнечный свет попадая на элементы солнечных панелей, преобразуется в постоянный электрический ток. Инвертор преобразовывает постоянный ток в переменный ( в привычные нам 220в), а он, попадая в контроллер, отправляется к потребителям (бытовой технике, осветительных устройств). Аккумулятор же выполняет роль буфера между солнечными батареями и инвертером. Мощность инверторов может быть разной: 250-8000 Вт

Главные параметры, на которые следует обращать внимание: напряжение, мощность. Причем нужно не просто изучить характеристики, а соотнести эти параметры друг с другом

Отмечают наиболее подходящие варианты, исходя из напряжения (В) и мощности (Вт):

• 12 В, 600 Вт;
• 24 В, 600-1500 Вт;
• 48 В, от 1500 Вт и выше.

Принцип действия солнечных батарей

Существующие разновидности преобразователей:

1. Автономные. Функционируют без подключения к основной энергосети. При выборе автономных преобразователей учитывают мощность всей подключаемой техники. Дополнительно делают запас, т. к. некоторые устройства при включении создают повышенную нагрузку из-за существенных значений пусковых токов.
2. Синхронные. Модуль подключен к основной энергосети. Он также оснащен аккумуляторной батареей, имеет свойство накапливать энергию. Излишки «сбрасываются» обратно в сеть. При возникновении перебоев (отмечается недостаток электроэнергии), модуль снова получает требуемое количество от основного источника.

Существуют также многофункциональные устройства. Они объединяют возможности первого и второго варианта. Кроме того, различают преобразователи по форме сигнала напряжения:

• синусоида: модули с таким элементами стоят дороже, т. к. обеспечивают более высокое качество тока, появляется возможность подключить крупногабаритную технику;
• прямоугольный: недорогие преобразователи, чаще всего используются для обеспечения питания осветительных приборов, многие виды техники несовместимы с источниками напряжения данной формы;
• псевдосинусоидальный: представители низкой ценовой категории, т. к. качество сигнала ниже, чем в первом случае, они подключаются к любым приборам.

Солнечная батарея: какая лучшая – классическая или тонкопленочная?

По мере совершенствования современных технологий необходимо поставить еще один вопрос. Касается он сравнения кремниевой «классики» обеих типов с тонкопленочными и гибкими панелями.

Преобладание на рынке первого варианта объяснимо – их изготовление давно отлажено, обходится в среднем дешевле, а номинальный КПД пока несколько выше. Однако все крупнейшие производители планеты активно работают над тонкопленочными технологиями. Почему?

Причина легко объяснима – «древние» батареи на базе кремния практически не имеют путей к усовершенствованию. Их теоретический «потолок» КПД – 35%, у многослойных тонких пленок – более 80%. Тонкопленочные панели более универсальны и функциональны. Они могут быть гибкими, легко устанавливаются на криволинейные поверхности, а некоторые модификации обладают частичной прозрачностью.

Еще одно важнейшее преимущество тонкопленочных вариантов – они практически не теряют производительности при перегреве, слабом и рассеянном свете. В регионах со значительным количеством пасмурных дней ответ на вопрос, какие солнечные батареи лучше, ответ был бы однозначен, если бы не один явный недостаток гибких панелей. Это довольно ограниченный срок жизни у моделей доступных обычному покупателю. 

И хотя гибриды тонкопленочных и кремниевых уже показывают очень хорошие результаты, все же лучшим вариантом для домашних солнечных электростанций, остаются моно- и поликристаллические батареи последних поколений. Тем более, в зависимости от места установки станции, есть возможность увеличить производительность до 20-30% путем приобретения двухсторонних модулей.

Какие солнечные батареи лучше — моно или поли?

Среди обывателей существует одно предубеждение. Оно заключается в том, что панели на базе монокристаллических ячеек (Mono-Si) всегда лучше, чем поликристаллических (Poly-Si). Основанием для этого служит более высокий номинальный КПД моделей первого типа.

Источник этого предубеждения – непонимание того факта, что обеспечить идеальные условия освещения для Mono-Si модулей в российских условиях невозможно. Из подобных панелей целесообразно строить электростанции в ОАЭ или Марокко, где солнце стоит близко к зениту, а дожди случаются раз в год.

Для реальных условий большинства регионов мира ситуация следующая. Чтобы определить, какие солнечные батареи лучше – моно или поли, независимая лаборатория  IEC отобрала 20 модулей (по 1 моно и 1 поли) всех представителей ТОП-10 рейтинга Блумберга. Все прочие параметры образцов были идентичными

Модули испытывались по всем стандартным тестам. Результаты оказались такими:

Как следует из таблицы, никакого явного преимущества более дорогих монокристаллических над поликристаллическими вариантами в реальных условиях не существует.

Единственным явным плюсом можно считать меньший размер первых относительно последних. 

Элементы солнечных батарей

Зачастую энергия солнечной панели используется для дома и его нужд. Вырабатываемого электрического тока достаточно для двухэлементной бойлерной системы, холодильника, телевизора и прочих бытовых приборов.

Солнечные лучи – это экологически чистое «топливо». Ведь в процессе работы модуль солнечной батареи не выделяет обилие вредных выхлопов, углекислый газ и не расходует невосполнимые природные ископаемые.

Стоит понимать, что солнечные батареи складываются из множества модулей. И то, что мы видим на крыше зданий или на стенах, является только частью системы.

Из чего состоит солнечная система электроснабжения:

1. Солнечные ячейки, складывающиеся в панели. Это те видимые нам батареи, которые крепятся на крышу или стены.
2. Аккумулятор. Данный элемент в системе необходим для накапливания лишней энергии, например, в ясный день. В пасмурную погоду, когда батареи работают не на полную мощность, ток на бытовые нужды берется из АКБ.
3. Контроллер регулирует заряд аккумулятора, подсказывает владельцу системы, что заряда недостаточно или слишком много. Излишнее напряжение губительно для аккумулятора.
4. Преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор) необходим для работоспособности бытовых приборов. Ведь не все из них способны работать на постоянном потоке заряженных частиц.

Подключая солнечные модули, необходимо уже изначально определиться с местом их расположения, видом, количеством бытовой техники, необходимостью контролера АБК.

Стоит понимать, что такая системы является наборной, и вы с легкостью можете установить еще не один солнечный модуль.

Технические характеристики: на что обратить внимание

Главным параметром фотоэлементной системы является мощность. Напряжение такой установки достигает максимума при ярком свете и зависит от количества соединенных последовательно элементов, которое почти во всех конструкциях равно 36. Мощность зависит от площади одного элемента и количества цепочек по 36 штук, соединенных параллельно.

Кроме самих батарей, важно подобрать контроллер зарядки аккумуляторов и инвертор, преобразующий заряд аккумуляторных батарей в напряжение сети, а также сами панели. В аккумуляторных батареях есть допустимый ток зарядки, который нельзя превышать, иначе система выйдет из строя. Зная напряжение аккумуляторов, легко определить мощность, необходимую для зарядки

Она должна быть больше мощности солнечной электростанции, иначе в солнечный день часть энергии окажется неиспользованной

Зная напряжение аккумуляторов, легко определить мощность, необходимую для зарядки. Она должна быть больше мощности солнечной электростанции, иначе в солнечный день часть энергии окажется неиспользованной

В аккумуляторных батареях есть допустимый ток зарядки, который нельзя превышать, иначе система выйдет из строя. Зная напряжение аккумуляторов, легко определить мощность, необходимую для зарядки. Она должна быть больше мощности солнечной электростанции, иначе в солнечный день часть энергии окажется неиспользованной.

Контроллер обеспечивает заряд аккумуляторов и также должен иметь мощность, позволяющую полностью использовать энергию солнца.

К инвертору подключается оборудование, получающее энергию от ФЭС, поэтому его мощность должна соответствовать суммарной мощности электроприборов.

Кроме мощности и напряжения, важно выбрать фирму-производителя. Такое оборудование приобретается на срок несколько десятков лет, поэтому экономить на качестве нельзя. Производители, давно работающие на рынке, это понимают и дорожат своей репутацией

Можно почитать отзывы о них в интернете и выбрать с самыми положительными

Производители, давно работающие на рынке, это понимают и дорожат своей репутацией. Можно почитать отзывы о них в интернете и выбрать с самыми положительными.

На что еще обратить внимание

Хотите сделать полностью автономный дом с солнечными батареями и пользоваться альтернативным электричеством? Стоит принять во внимание несколько важных факторов, которые и помогут определиться с окончательным решением, принесет ли солнечная батарея тот эффект для вашего частного дома, на который вы рассчитываете

Характер местности

Прежде всего, стоит учитывать местность, где расположено ваше домовладение. От этого будет зависеть мощность, выдаваемая батареей. Если дом находится в окружении высоких деревьев или многоэтажных зданий, то солнечные панели не смогут работать на полную мощность.

В условиях частичного затенения или неполного освещения лучше функционируют поликристаллические панели, а вот монокристаллические производить энергию не смогут. Потому-то для дачи с наличием приусадебного участка, где растут высокие садовые деревья, брать панель на монокристаллах нецелесообразно.

Климат

Солнце – это тот источник, откуда черпает энергию система солнечных батарей. Поэтому следует учитывать климатические условия региона, в котором расположен дом. А именно, сколько солнечных дней бывает в разное время года.

Количество солнечной энергии называется инсоляцией, вычисляемой по формуле: кВт/м²/количество дней. Эта цифра определяет, какой объем солнечного света попадет на панели, чтобы стать электроэнергией. Большое число означает большое количество полученной энергии от солнечных батарей для дома. Чтобы добиться получения необходимой выходной мощности при низкой инсоляции, понадобится большее покрытие поверхности коттеджа панелями.

Реальная потребность в энергии

Следует рассчитать, сколько энергии необходимо для покрытия всех потребностей. От этой цифры зависит, в какой зоне покрытия вы нуждаетесь. Лучше всего такие исчисления доверить профессионалам.

Если говорить о самых приблизительных цифрах, то получится, что в среднем один дом нуждается в 62 панелях, площадь которых составляет 65 м².

Обслуживание

При приобретении батареи для частного дома нужно быть готовыми к тому, что придется осуществлять ее обслуживание своими силами. Если панели корректно установлены, они прослужат долго, не выходя из строя. Но вот позаботиться об их чистоте предстоит самим владельцам.

Осадки в виде снега, пыльный налет, экскременты птиц, другие загрязнения закрывают доступ солнечного света к панелям. Электроснабжение дома будет при таких условиях значительно снижаться. Для очистки системы применяется полив водой из шланга. Если солнечная батарея для квартиры размещена на балконе, уход в этом случае намного проще, чем за теми, которые располагаются в доме на крыше.

Также следует следить за исправностью всех элементов.

Утилизация

Срок эксплуатации солнечных панелей доходит до 50 лет, вспомогательных компонентов (контроллеров и инверторов) – до 20 лет, аккумулятор прослужит с учетом его типа и условий использования до 10 лет.

Стоит подумать об утилизации отработанных элементов. Мало кто принимает отработанные солнечные модули для переработки, но все же спрос на них ежегодно увеличивается. Повторная переработка даст им новую жизнь, они найдут свое достойное применение. Бывшие в использование солнечные батареи на даче станут хорошей альтернативой привычному электричеству.

Область альтернативной электроэнергетики постоянно развивается, совершенствуются уже имеющиеся технологии. Стоит надеяться на удешевление современных разработок и их доступность в будущем для тех, кто желает иметь собственный независимый источник энергии.

Как вам статья?

Мне нравитсяНе нравится

Характеристики кремниевых солнечных батарей

Кварцевый порошок — это сырьевой материал для кремния. Данного материала на Урале и Сибири очень много, поэтому именно кремниевые солнечные панели есть и будут в большем обиходе, чем остальные подтипы.

Монокристалл

Монокристаллические пластины (mono–Si) содержат в себе синевато–темный цвет, равномерно размещенный на всей пластине. Для таких пластин применяется максимально очищенный кремний. Чем он чище, тем солнечные батареи имеют КПД выше и самую наибольшую стоимость на рынке таких устройств.

Преимущества монокристалла:

1. Наивысший КПД — 17–25%.
2. Компактность — задействование сравнительно с поликристаллом меньшей площади для развертывания оснащения в условиях тождества мощности.
3. Износостойкость — бесперебойная работа выработки электроэнергии без замены основных комплектующих обеспечивается за четверть века.

Недостатки:

1. Чувствительность к пыли и грязи — осевшая пыль не дает батареям работать со светом от светила и соответственно уменьшает КПД.
2. Высокая цена равна увеличенному сроку окупаемости.

Так как mono–Si нуждаются в ясной погоде и лучах Солнца, панели устанавливаются на открытых местах и поднятые на высоту. Насчет местности, то предпочтение отдается местности, в которой ясная погода обыденность, а количество солнечных дней приближено к максимальному.

Поликристалл

Поликристаллические пластины (multi–Si) наделены неравномерным синим окрасом из–за разнонаправленности кристаллов. Кремний не настолько чист, как в используемых mono–Si, поэтому КПД несколько ниже, вместе со стоимостью таких солнечных батарей.

Положительные факты поликристалла:

1. Коэффициент полезного действия 12–18%.
2. При неблагоприятной погоде КПД лучше, чем у Mono–Si.
3. Цена данного агрегата меньше, а сроки окупаемости намного ниже.
4. Ориентация на солнце не принципиальна, поэтому можно размещать их на крышах различных строений.
5. Длительность эксплуатации — эффективность поглощения энергии и аккумулирования электричества падает до 20% спустя 20 лет непрерывной эксплуатации.

Недостатки:

1. КПД уменьшен до 12–18%.
2. Требовательность к месту. Для развертывания нормальной станции выработки электроэнергии нужно больше места, чем при задействовании батареи из монокристалла.

Аморфный кремний

Технология производства панелей существенно отличается от предыдущих двух. В приготовлении задействованы горячие пары, опускающиеся на подложку без образования кристаллов. При этом используется меньше производственного материала и это учитывается при формировании цены.

Преимущества:

1. Коэффициент полезного действия — 8–9% во втором поколении и до 12% в третьем.
2. Высокий коэффициент полезного действия при не совсем солнечной погоде.
3. Возможность использования на гибких модулях.
4. Эффективность батарей не падает вниз при повышении температуры, что позволяет монтировать их на всякие поверхности с нестандартной формой.

Основным недостатком можно считать меньший КПД (если сравнивать с иными аналогами), в связи с чем требуется большая площадь для получения сопоставимой отдачи от оборудования.

Самые мощные солнечные панели для дома

Сегодня на рынке максимальные показатели мощности единичного модуля достигают 600 Вт. Однако массовым спросом подобные модели пока не пользуются из-за чрезмерно высокой стоимости. 

Для домашних солнечных электростанций оптимальным по критерию цена/качество называют модели диапазона 300 – 450 Вт. Они позволяют:

• уложиться в умеренную сумму затрат;
• эффективно использовать имеющуюся площадь под установку;
• вложиться в оборудование с лучшими эксплуатационными характеристиками;
• при монтаже станции производительностью высшей, чем собственное потребление, продавать излишки генерации государству по фиксированной цене.

Как подбирать оптимальную мощность

Если Вы приняли решение приобрести солнечные батареи – не обязательно покупать самые мощные из всех имеющихся вариантов. Профильные специалисты дают совет опираться при выборе на следующие правила.

1. Производить расчет, исходя из предполагаемой совокупной генерации всей системы и места под ее установку. 
2. Определиться с типом ячеек, оптимальным для погодных условий региона и азимута на солнце. При выходе рабочих поверхностей строго на юг и малом среднегодовом количестве осадков рекомендуется вариант с Mono-Si. 
3. Покупать модули только хорошо зарекомендовавших себя на рынке производителей.