Виды солнечных батарей, рекомендации по выбору. Электрические солнечные панели

Принцип работы солнечной батареи и ее устройство

Относительно недавно считалась фантастической сама идея обеспечивать частные дома электричеством автономно. Сегодня это объективная реальность. В Европе солнечные батареи используются уже продолжительное время, ведь это практически неисчерпаемый источник дешевой энергии. У нас получение электричества от таких устройств только обретает популярность. Данный процесс происходит не слишком быстро, и виной тому – высокая стоимость их.

Принцип работы солнечной батареи основан на том, что в двух кремниевых пластинах, покрытых разными веществами (бором и фосфором), под действием солнечного света возникает электрический ток. В пластине, которая покрыта фосфором, появляются свободные электроны. Отсутствующие частицы образуются в тех пластинах, которые покрыты бором. Электроны начинают двигаться под действием света солнца. Так образуется электрический ток в солнечных батареях. Тонкие жилы из меди, которыми покрыта каждая батарея, отводят от нее ток и направляют по назначению.

С помощью одной пластины можно питать энергией небольшую лампочку. Вывод напрашивается сам собой. Для того, чтобы солнечные батареи обеспечивали дом электричеством достаточной мощности, нужно чтобы их площадь была довольно большой.

Кремниевые механизмы

Итак, принцип работы солнечной батареи понятен. Ток вырабатывается при воздействии ультрафиолетового света на специальные пластины. Если в качестве материала для создания таких пластин используется кремний, то батареи называются кремниевыми (или кремневодородными).

Подобные пластины требуют очень сложных систем производства. Это, в свою очередь, сильно влияет на стоимость изделий.

Кремниевые солнечные батареи бывают разных типов.

Монокристаллические преобразователи

Представляют собой панели со скошенными углами. Их цвет всегда чисто черный.

Если говорить о монокристаллических преобразователях, то принцип работы солнечной батареи кратко можно охарактеризовать как средне эффективный. Все ячейки светочувствительных элементов такой батареи направлены в одну сторону.

Это позволяет получить самый высокий результат среди подобных систем. КПД батарей этого типа достигает 25%.

Минусом является то, что такие панели должны быть всегда обращены лицевой стороной к солнцу.

Если солнце прячется за тучами, опускается к горизонту, или еще не успело взойти, то батареи будут вырабатывать ток довольно слабой мощности.

Поликристаллические

Пластины этих механизмов всегда квадратные, темно-синего цвета. В состав их поверхности включены неоднородные кристаллы кремния.

КПД поликристаллических батарей не настолько высок, как у монокристаллических моделей. Он может достигать 18%. Однако этот недостаток компенсируется достоинствами, о которых будет сказано ниже.

Принцип работы солнечной батареи этого типа позволяет изготавливать их не только из чистого кремния, но также из вторичных материалов. Этим объясняются некоторые дефекты, встречающиеся в оборудовании. Отличительной особенностью механизмов данного типа является то, что они могут достаточно эффективно вырабатывать электрический ток даже при пасмурной погоде. Такое полезное качество делает их незаменимыми в местах, где рассеянный солнечный свет является обычным повседневным явлением.

Аморфные панели из кремния

Аморфные панели дешевле остальных, это обуславливает принцип работы солнечной батареи и ее устройство. Каждая панель состоит из нескольких тончайших слоев кремния. Их изготавливают путем напыления частиц материала в вакууме на фольгу, стекло или пластмассу.

КПД панелей значительно меньше, чем у предыдущих моделей. Он достигает 6%. Кремниевые слои довольно быстро выгорают на солнце. Уже через полгода использования этих батарей их эффективность упадет на 15%, а иногда и на все 20.

Два года работы полностью исчерпают ресурс действующих веществ, и панель нужно будет менять.

Но есть два плюса, из-за которых эти батареи все же покупают. Во-первых, они работают даже в пасмурную погоду. Во-вторых, как уже говорилось, они не такие дорогие, как другие варианты.

Фотопреобразователи гибридного типа

Аморфный кремний является основой для расположения микрокристаллов. Принцип работы солнечной батареи делает ее похожей на поликристаллическую панель. Отличие батарей такого типа состоит в том, что они способны вырабатывать электрический ток большей мощности в условиях рассеянного солнечного света, например, в пасмурный день или на рассвете.

Кроме того, батареи работают под воздействием не только солнечного света, но и в инфракрасном спектре.

Полимерные пленочные солнечные преобразователи

У этой альтернативы панелям из кремния есть все шансы занять лидирующее положение на рынке солнечных батарей. Они напоминают пленку, состоящую из нескольких слоев. Среди них можно выделить сетку алюминиевых проводников, полимерный слой активного вещества, подложка из органики и защитной пленки.

Такие фотоэлементы, объединенные друг с другом, образуют пленочную солнечную батарею рулонного типа. Эти панели легче и компактнее кремниевых. При их изготовлении не используется дорогостоящий кремний, и сам процесс производства не такой затратный. Это делает рулонную панель дешевле всех прочих.

Принцип работы солнечной батареи делает их КПД не слишком высоким.

Он достигает 7%.

Процесс изготовления панелей этого типа сводится к многослойному печатанию на пленку фотоэлемента. Производство налажено в Дании.

Еще одним преимуществом является возможность резать рулонную батарею и подгонять ее под любой размер и форму.

Минус лишь один. Батареи только начали производить, поэтому еще довольно непросто ими обзавестись. Но есть повод полагать, что эти элементы быстро обретут заслуженную хорошую репутацию среди потребителей, что даст изготовителям возможность наладить производство в более крупных масштабах.

Отопление солнечной энергией домов

Принцип работы солнечной батареи для отопления дома кардинально отличает их от всех описанных выше приспособлений. Это совершенно другое устройство. Описание следует ниже.

Главной деталью отопительной системы, работающей на энергии солнца, является коллектор, принимающий его свет и преобразовывающий его в кинетическую энергию. Площадь этого элемента может варьироваться от 30 до 70 квадратных метров.

Для крепления коллектора используется специальная техника. Между собой пластины соединены металлическими контактами.

Следующим компонентом системы является накопительный бойлер. В нем происходит трансформация кинетической энергии в тепловую. Он участвует в нагревании воды, литраж которой может достигать 300 литров. Иногда такие системы поддерживаются дополнительными котлами на сухом топливе.

Завершают систему солнечного отопления настенные и напольные элементы, в которых по тонким медным трубам, распределенным по всей их площади, циркулирует нагретая жидкость. Благодаря низкой температуре запуска панелей и равномерности теплоотдачи, помещение прогревается достаточно быстро.

Как работает солнечное отопление?

Давайте подробно рассмотрим принцип работы солнечных батарей от ультрафиолетового света.

Между температурой коллектора и накопительного элемента появляется разница. Носитель тепла, что чаще всего является водой, в которую добавлен антифриз, начинает циркулировать о системе. Совершаемая жидкостью работа является именно кинетической энергией.

По мере прохождения жидкости через слои системы кинетическая энергия преобразовывается в тепло, которое и используется для отопления дома. Этот процесс циркуляции носителя обеспечивает помещение теплом и позволяет сохранять его в любое время суток и года.

Итак, мы выяснили принцип работы солнечных батарей.

fb.ru

виды, гибридные и монокристаллические элементы

Солнечная батарея состоит из отдельных фотоэлектрических элементов, которые соединяясь вместе, обеспечивают необходимую мощность батареиСолнечная энергетика уже давно стала не просто способом добычи электроэнергии, а настоящим символом альтернативного подхода к получению электричества. Солнечные панели устанавливают частные компании, государственные институты и даже домовладельцы. Это позволяет получать чистую энергию без вреда окружающей среде. К тому же многие виды панелей позволяют экономить счета за коммунальные услуги. Каковы же перспективы солнечной энергетики и стоит ли устанавливать панель на своем доме?

Особенности солнечной энергии

Тысячи лет люди смотрели на солнце, поклонялись ему как божеству, грелись благодаря ему и любовались закатами, однако никому даже в голову не приходило, что это небесное тело может приносить энергию. До 19-го века о существовании солнечной энергии было неизвестно, пока физики не придумали способ, позволяющий аккумулировать энергию от солнца. Как работает солнечная панель?

К настоящему времени основными способами использования солнечной энергии являются преобразование ее в электрическую и тепловую

Первые попытки использовать энергию солнца были довольно далекими от современного устройства солнечных батарей.

На специальных станциях благодаря гигантским увеличительным стеклам лучи солнца собирались в пучок и направлялись в бак с водой. Жидкость нагревалась, вскипала и превращалась в пар, далее же все работало по принципу паровой турбины. Во время такого подхода терялось очень много энергии.

Спустя некоторое время были изобретены специальные фотоэлементы, которые вступают в реакцию с солнечными лучами и напрямую дают электричество.

Особенности энергии солнца уникальны:

Она абсолютно бесплатна;
Энергия солнца бесконечна и стабильна, она доступна всегда;
Энергию солнца можно получать везде.

Вы не привязаны к станциям, розеткам, месторождениям, ведь солнце есть везде.

Работают ли солнечные панели зимой и в дождь

Некоторые люди имеют неправильное представление о солнечных панелях как таковых. Некоторые полагают, что они работают за счет нагревания, другие уверены, что энергию дает свет. На самом деле реакция происходит из-за лучей. От мощности лучей и угла их попадания зависит, сколько энергии будет аккумулировано панелями.

Таким образом, пасмурная погода – действительно проблема. Тучи скрывают солнце и из-за этого КПД панелей падает. Энергия продолжает вырабатываться, однако слабее, чем при прямых лучах.

Зимой проблема заключается зимой в том, что дни короткие, а не на улице холодно. Прямые солнечные лучи зимой дают то же количество энергии, что и летом, однако из-за коротких дней объем собранной энергии оказывается ниже.

Еще один важный момент – это угол наклона батарей. Как уже было сказано, панели работают не из-за света, иначе им было бы достаточно просто освещения на улице, а именно направленности лучей. Зимой солнце проходит по небу ближе к горизонту, чем летом, поэтому положение батарей в разные времена года следует менять. Количество собранной энергии может быть на 40% ниже просто из-за неправильного угла панелей.

Виды солнечных панелей

В целом батареи для выработки энергии благодаря солнечным лучам делятся на два вида.

Можно выделить два направления – прямое преобразование солнечного излучения в электрический ток, и многократное преобразование солнечной энергии – в тепло, далее в механическую работу, а потом в электричество

А именно:

Поликристалические. Панели являются наиболее распространенными на сегодняшний день, так как имеют высокое КПД и сравнительно низкую стоимость.
Монокристалические панели более эффективны, поэтому чаще всего все стараются устанавливать именно эту категорию солнечных батарей.

КПД панелей первого типа составляет около 12-14%, при этом этот параметр сильно падает зимой когда из-за невысокой продолжительности светового дня можно рассчитывать на всего пару процентов эффективности. Вторая категория более эффективна и поэтому ее стоит обсудить отдельно.

Монокристалические солнечные элементы: отличительная особенность

На вид такие панели выглядят как черные батареи, стоимость их чуть выше панелей первой категории, однако КПД также существенно отличается. Нормальный параметр для таких батарей составляет 15%, однако если батарея стоит под правильным углом к солнечным лучам, то может достигаться в активные солнечные дни КПД на уровне 20% и даже выше. Для солнечных панелей это очень много.

Чем больше площадь солнечных батарей, тем больше энергии они вырабатывают.

Таким образом, монокристалические панели дают около киловатта электроэнергии с 8 кв. метров площади, притом как панели из аморфного кремния потребуют площадь в 20 кв. метров для производства аналогичного объема энергии. Другими словами, такие панели дорогие, но экономят свободное место и дают больше энергии, именно поэтому в них вкладывают деньги все чаще.

Что такое гибридная солнечная панель

В Японии не так давно изобрели и начали активно тестировать так называемую гибридную солнечную панель. Это батарея, которая одновременно вырабатывает два типа энергии. Панель работает как солнечная батарея и благодаря аккумулированию солнечных лучей вырабатывает электричество. Однако параллельно этому процессу панель использует еще и тепловую энергию солнца, нагревая воду в трубах. Таким образом, КПД первой задачи составляет 15%, а второй – целых 62%.

Суть гибридной солнечной панели заключается в том, что она работает как солнечная батарея для вырабатывания электричества и как коллектор для нагрева воды

Одна большая солнечная панель способна полностью обеспечивать дом и электричеством, и теплой водой.

Несомненно, за таким гибридными панелями будущее. Однако пока что стоимость таких моделей значительно выше, чем цена традиционных панелей, именно поэтому японцы не спешат выпускать изобретение на рынок, стараясь снизить его стоимость.

Есть ли у солнечных батарей будущее

Не смотря на то, что солнечные панели позволяют вырабатывать чистую энергию, они все еще остаются диковинкой. А все потому, что стоимость панелей все еще высокая для массового внедрения. Кроме того, срок службы панелей составляет всего 30 лет, после чего они требуют замены. С другой стороны, солнечные батареи все же становятся дешевле, их цена с за последние 30 лет упала в 100 раз.

Основная задача на будущее — поиск и максимально эффективное использование возобновляемых источников энергии, а также разработка инновационных методов хранения полученной энергии, позволяющих использовать ее при отсутствии солнечного света или ветра

Солнечная энергетика остается чрезвычайно перспективной, однако требует инвестиций и нередко дотаций государства. По этой причине развивать альтернативную энергетику могут позволить себе пока что только самые богатые страны.

Для сравнения, на производство 1 Мвт/ч энергии в современном мире требуется около 70-80 долларов. На производство такого же объема энергии солнечными панелями потребуется 100-200 долларов, и это не учитывая траты на покупку панелей. Впрочем, в регионах с высокой солнечной активностью панели уже начинают конкурировать с традиционными способами добычи энергии.

Тормозит развитие солнечной энергетики еще и ветряная энергетика. В ветреных регионах стоимость производства энергии может быть в 2 раза ниже традиционных способов, именно поэтому многие сегодня вкладывают как раз в ветряки. Как бы то ни было, возобновляемая чистая энергия солнца все же имеет куда больше перспективы в масштабах частных домовладений, ведь каждый может теоретически установить панели на крыше своего дома, чего явно не скажешь о гигантских ветровых станциях.

Как работают солнечные панели (видео)

Что же, солнечные панели – это батареи, которые умеют фокусировать лучи света и аккумулировать энергию, направляя ее на нужные нам потребности. Солнечные панели работают и летом, и зимой, однако в холодную пору года их КПД крайне низок, так как световой день короткий. Для увеличения эффективности панелей они должны стоять под правильным углом к солнцу. Существует два основных вида панелей – поликристалические и монокристалические. Первые дешевле, но имеют КПД на уровне 12-14%, вторые дороже, зато аккумулируют энергию с эффективностью 15-18%. Солнечные панели являются способом получения чистой возобновляемой энергии, однако все еще не получили повсеместного распространения из-за своей дороговизны.

Добавить комментарий

teploclass.ru

Как выбрать солнечную батарею для дома

Сегодня мы поговорим про то, как выбрать солнечную батарею для дома и получать бесплатную солнечную электроэнергию.

СОДЕРЖАНИЕ (нажмите на кнопку справа):

Источники энергии

Источники энергии, берущиеся из окружающей среды, становятся все более актуальными.

Вода, ветер и солнце являются практически бесконечными источниками, способными обеспечить практически неиссякаемой энергией. Остается только преобразовать ее в электроэнергию.

Причем эти источники доступны не только в промышленных масштабах, ими может воспользоваться и простой обыватель.

Самым оптимальным для владельца дома или дачи является использование солнечной энергии.

Ведь реки есть не везде, существуют и районы, где ветра не так уж и много, а вот дневной свет способен обеспечить электроэнергией практически в любом месте земного шара.

Конечно, полностью обеспечить электроэнергией все приборы в доме за счет энергии солнца удастся не всегда, но часть их – вполне возможно.

Количество вырабатываемой электроэнергии зависит от многих факторов: площади солнечных панелей, материала их изготовления, особенностей дополнительного оборудования, погодных условий.

Конструкция солнечной панели

Вначале разберемся с самими солнечными панелями. Эти панели представляют собой модуль, который и производит преобразование солнечной энергии в электрическую.

Они выполнены в виде прямоугольников с небольшой толщиной. Это позволяет монтировать их на любую прямую поверхность – стены дома, крыша.

Конструкция классических модулей, которые сейчас являются самыми распространенными, такова: имеется остов модуля, сделанный из анодированного алюминиевого профиля.

Внутри этого остова располагаются ячейки с полупроводниковыми пластинами, состоящими из кристаллического кремния. Все ячейки соединены между собой проводкой.

С фронтальной стороны для предотвращения повреждения ячеек их прикрывает закаленное стекло.

Сверху этого стекла, а также с тыльной стороны нанесена ламинирующая пленка, которая делает модуль герметичным, и предотвращает проникновение влаги внутрь.

Выработанная каждой ячейкой электроэнергия по проводам передается на распределительную диодную коробку, от которой она уже идет дальше.

Стандартным считается модуль с 36 ячейками, каждая из которых вырабатывает 0,5 В. Выпускаются также модули на 72 ячейки, которые обеспечивают на выходе из диодной коробки 24 В.

Виды солнечных панелей

Что касается ячеек, то они бывают двух типов – монокристаллические и поликристаллические. Отличаются они по материалу изготовления, форме, эффективности преобразования энергии.

В монокристаллических ячейках при создании используются однородные по структуре кристаллы кремния.

У второго же типа ячеек применяются кристаллы кремния с разной структурой.

Структура кристаллов влияет на общую эффективность преобразования энергии.

У монокристаллических она выше, поэтому модуль с такими ячейками способен обеспечить выработку энергии по количеству одинаковую с поликристаллическим модулем, но при значительно меньших размерах самой панели. Но и стоимость монокристаллических панелей выше.

По внешнему виду эти модули различить легко. У монокристаллических панелей углы ячеек закруглены.

Ячейки поликристаллического модуля имеет прямоугольную форму.

Недавно появились модули, ячейки которых выполнены из аморфного или микроморфного кремния.

Такие модули не имеют каркаса, и сделаны они в виде пленки, которая наклеивается на поверхность. Следует отметить, что такие модули являются самыми дешевыми из-за меньшего расхода кремния.

Остальные элементы системы

Но одних панелей недостаточно. Выработанная ими энергия должна быть правильно перераспределена. За это отвечает контроллер. Вся выработанная панелями энергия поступает на него.

Также следует отметить, что панели вырабатывают постоянный ток невысокого напряжения, как уже отмечено одна панель может обеспечить 18 или 24 В. А большинство домашних электроприборов работают от сети 220 В и с переменным током.

Поэтому, чтобы была возможность использовать выработанную панелями электроэнергию, потребуется инвертор, который и будет преобразовывать ее.

Если солнечные панели рассчитаны на использование в качестве автономной системы для обеспечения электроэнергии, то потребуются накопители энергии, ведь в темное время суток панели энергию вырабатывать не будут.

Такими накопителями являются аккумуляторы.

Выбор панелей

Далее рассмотрим, на что следует обращать внимание при выборе солнечных панелей и остального оборудования, которое нужно, чтобы вся система функционировала.

Вначале следует определиться с тем, какая суммарная мощность электроэнергии должно быть выработано панелями. Для этого высчитывается среднесуточное потребление энергии.

Затем определяется, какую мощность обеспечивает одна панель за световой день.

Далее просто определяется, сколько панелей потребуется для выработки энергии, которая потребляется за сутки. Это в случае полного перехода на автономное энергообеспечение.

Исходя из этого уже и выбираются модули. Если площади для их установки не так уж и много, то лучше будет приобрести монокристаллические модули.

Они хоть и дороже, но площадь каждой панели меньше, чем поликристаллической, и срок службы ее больше.

Панели лучше приобретать известных производителей, на которые они дают длительный срок гарантии.

Контроллеры

Перейдем к контроллерам заряда. Через них проходит выработанная энергия и подается на аккумуляторы.

Сейчас производятся два типа контроллеров – широтно-импульсной модуляции (ШИМ-контроллер) и слежения за точкой максимальной мощности (МРРТ-контроллер).

ШИМ-контроллеры более простые и доступные.

Однако при их использовании теряется до 30 % выработанной панелями энергии.

МРРТ-контроллер же способен произвести 100% выработку энергии, но и стоимость его значительно выше.

К примеру, выходная мощность панелей составляет 2 кВт. При использовании ШИМ-контроллера из-за потерь выработки конечная мощность составит 1400-1600 Вт. А вот МРРТ-контроллер способен обработать все 2 кВт мощности.

Поэтому рекомендуется при установке панелей с выходной мощностью свыше 1 кВт использовать МРРТ-контроллер.

Что касается мощностных показателей, то подбирается контроллер по мощности, которую он способен обработать.

АКБ

Что касается аккумуляторов, то самыми доступными сейчас являются кислотные. Основным параметром при подборе является емкость, чем она больше у АКБ, тем лучше.

Есть определенные формулы расчета емкости АКБ, по которым определяется, какой она должна быть, чтобы запитать все необходимые электроприборы.

Если данная система не будет использоваться автономно, без накопления энергии и направлена только на экономию, то установка контроллера и аккумуляторов не нужна.

В такой системе выработанная энергия поступает сразу на инвертор, и далее уже расходуется потребителями.

Инвертор

Инверторы выпускаются трех типов – автономные, сетевые и комбинированные.

Автономные инверторы используются при полном переходе на использование солнечной энергии, где производится накопление энергии в АКБ и одновременный ее расход.

Сетевой инвертор используется в системах, в которых не производится накопление энергии. Поступающую на него электроэнергию от панелей он сразу преобразовывает и запитывает потребители. Подключается он к общей сети дома.

Комбинированные инверторы могут работать и как автономный, и как сетевой, причем с выбором приоритета источника энергии.

Основным параметром инвертора при выборе является его мощность.

Для правильного определения его мощности подсчитывается мощность всех электроприборов, которые могут быть включены одновременно и добавляется к суммарной мощности еще 20%. Это позволит предотвратить работу инвертора на предельных нагрузках.

При использовании сетевого инвертора мощность его подбирается по выходной мощности солнечных панелей, поскольку он с ними будет взаимодействовать напрямую.

Придерживаясь данных рекомендаций, вы сможете правильно подобрать солнечную батарею для своего дома. А установку солнечных панелей все же доверить специалистам.

ОЦЕНКА СТАТЬИ:

Загрузка...

ПОДЕЛИТЬСЯ С ДРУЗЬЯМИ:

elektrikexpert.ru