Главное о солнечных модулях

Солнечный модуль

Солнечный модуль — это техническое устройство, являющееся составной частью солнечной электростанции, в которой происходит преобразование солнечной энергии в электрическую.

Принцип действия

Принцип работы солнечного модуля (солнечной панели, солнечной батареи), основан на физических свойствах полупроводников, имеющих способность создавать, под воздействием солнечного света, электронную проводимость «р-n» типа. Между электродами устройства создается разность потенциалов, а при подключении нагрузки в цепи протекает электрический ток.

Солнечный модуль состоит из определенного количества фотоэлементов, соединенных между собой, поэтому принцип работы устройства можно рассмотреть на работе отдельного элемента.

Схематично, работа фотоэлемента, представлена на ниже приведенном рисунке:

Фотоэлемент изготавливается из двух слоев кремния, в каждый из которых добавляются различные вещества, определяющие тип проводимости конкретного слоя.

Так в верхний слой добавляется фосфор (N – слой), а в нижний – бор (Р – слой).

Под воздействием солнечных лучей, в верхнем слое образуется дополнительное количество отрицательно заряженных электронов, а в нижнем, где отрицательно заряженных частиц не хватает – образуются «дырки».

На границе между слоями образуется «p – n» переход, и так называемая «p – n» проводимость фотоэлемента. Наличие проводимости и образование электронов и «дырок», служит причиной возникновения разности потенциалов «p – n» переходе.

Наличие разности потенциалов обуславливает возникновение электрического поля, под воздействием которого, разно заряженные частицы начинают движение. Положительно заряженные движутся в верхний слой, отрицательно заряженные – в нижний.

Виды солнечных модулей зависят от типа фотоэлементов, используемых при их изготовлении. Всего существует два вида солнечных панелей, это:

Изготовленные из фотоэлементов на основе кремния, которые в свою очередь изготавливаются:

  • на основе монокристаллов кремния, однородных по своей структуре.
  • на основе кристаллов кремния различных по своей структуре.
  • на основе кремневодорода (аморфные).

Пленочного типа, изготавливаемые на основе:

  • теллурида кадмия.
  • селенида меди-индия.
  • полифенилена, углеродных фуллеренов, фталоцианина меди и еще ряда полупроводников (полимерные).
  • силана (кремневодорода) — аморфные.

Основные технические характеристики

Основные параметры, определяющие способность вырабатывать электрический ток, возможность установки в том или ином месте размещения, а также режимы работы солнечных модулей, задаются производителями подобных изделий.

Основными техническими характеристиками, которые указываются в паспорте изделия, являются:

  • номинальная мощность, Вт;
  • напряжение холостого хода, В;
  • ток короткого замыкания, А;
  • КПД;
  • тип фотоэлементов;
  • количество фотоэлементов;
  • площадь светочувствительной поверхности, м 2 ;
  • габаритные размеры, мм (длина, ширина толщина);
  • масса, кг;

Каждый производитель в индивидуальном порядке решает, какие из характеристик указывать в паспорте своей продукции, но основные показатели, приведенные выше, как правило отражаются в сопроводительных документах.

Популярные марки и модели

На рынке солнечных панелей представлен достаточно широкий выбор различных моделей отечественных и зарубежных производителей. Благодаря тому, что в Китае альтернативной энергетикой занимаются на государственном уровне, то в этой группе товаров очень много продукции именно китайских компаний, которые отличаются более низкой стоимостью чем у конкурентов, но не всегда соответствуют заявленным характеристикам.

Наибольшей популярностью пользуется продукция компаний:

  • «TOPRAY Solar» (Китай) – производит различные солнечные модули из монокристаллов, поликристаллов и гибкие модели, различающиеся по техническим и эксплуатационным характеристикам.
  • «JA Solar Holdings Co., Ltd» (Китай) – изготавливает в основном монокристаллические модели, но в линейке товаров, есть и модели изготовленные из поликристаллов;
  • «Telecom-STV» (Россия);
  • «Хевел» (Россия);
  • «AXITEC GmbH» (Германия).

Как выбрать лучший

Для того, чтобы при выборе гелиосистемы сделать правильный выбор и выбрать именно тот модуль, который отвечает предъявляемым к нему требованиям, необходимо следовать критериям, определяющим его соответствие условиям эксплуатации и техническим характеристикам гелиосистемы в целом.

При выборе конкретной модели следует обратить внимание на:

Компании, которые борются за своего клиента и свою положительную репутацию, выпускают качественный товар, к тому же об их продукции, всегда можно найти отзывы пользователей. Важным условием качественного изготовления, является наличие собственного производства.

  1. Наличие и срок гарантийного использования приобретаемого изделия.

Только производитель, отвечающий за качество изготовления и соответствие эксплуатационных показателей заявленным характеристикам, дает гарантию на свою продукцию. Чем продолжительнее гарантийный срок, тем большее внимание производитель уделяет качеству своей продукции.

Прочный корпус выполненный из качественных материалов, является залогом долгой и успешной эксплуатации.

  1. Класс эксплуатации устройства.

Производители, гарантируя успешную эксплуатацию своих моделей, указывают их класс эксплуатации, в соответствии с которым они, заявляют предел изменения технических характеристик модуля, в процесс его использования.

Изделия с класса «А» должны сохранить свои технические показатели, в течение всего срока эксплуатации, с погрешностью не более 5,0%, класса «В» — с погрешностью до 30,0% и класса «С» — более 30,0%.

Этот технический параметр важен, т.к. от него зависит работа всей солнечной электростанции. Производители могут указывать три типа напряжения, определяющих работу солнечного модуля, это:

  • Номинальное напряжение – определяет параметры сети, в которой устанавливается солнечная панель.
  • Напряжение холостого хода – измеряется на выходах солнечного модуля без подключения нагрузки и характеризует максимальное значение напряжения, которое может выдавать конкретная модель.
  • Максимальное напряжение – определяет значение, при максимальном КПД работающего устройства.
  1. Мощность солнечной панели.

Этот показатель определяет количество требуемых солнечных модулей, для обеспечения потребности потребителя в электрической энергии. Данный показатель напрямую связан с габаритными размерами устройства – чем выше мощность, тем большего размера солнечная панель.

Чем выше данный показатель, тем меньшее количество модулей потребуется установить, чтобы количество вырабатываемой электрической энергии, соответствовало ее потребности.

  1. Температурный режим эксплуатации.

Данный параметр изначально определяет возможность установки конкретной модели в том или ином месте установки и характеризует влияние температуры окружающего воздуха на способность вырабатывать электрический ток – на КПД устройства.

Внимательно изучив выше приведенные показатели, которые могут служить критериями выбора конкретного устройства, можно избежать ошибок и не нужных финансовых трат.

Где купить

Солнечный модуль, это специфический товар, который невозможно найти в обычных торговых сетях и магазинах.

Наиболее правильным решением задачи, связанной с приобретением подобных устройств, это выбрать модель по ее бренду, отыскать дилера этой компании, где и приобрести выбранную модель.

Также можно воспользоваться услугами компаний, специализирующихся на реализации товаров и устройств, относящихся к группе альтернативной энергетики.

Если в регионе, где проживает потенциальный покупатель, нет дилеров компаний и фирм, специализирующихся на альтернативных источниках энергии, можно воспользоваться интернетом, где представлено большое количество предложений по продаже подобной продукции.

Средние цены

Для того, чтобы определить ценовой диапазон, существующий на солнечные модули при реализации устройств посредством интернет ресурсов, ниже приведены стоимости на модели компаний, пользующиеся наибольшей популярностью среди пользователей, это:

  • Модели компании «TOPRAY Solar» (Китай):
  • «TopRaySolar TPS-FLEX-50W» (50,0 Вт) – от 6700,00 рублей;
  • «TopRaySolar TPS-FLEX-80W» (80,0 Вт) – от 10400,00 рублей;
  • «TopRaySolar TPS-FLEX-100W» (100,0 Вт) – 12400,00 рублей.
  • Модели компании «JA Solar Holdings Co., Ltd» (Китай);
  • «JA Solar-50 Вт» — от 3700,00 рублей;
  • «JA Solar-100 Вт» — от 7000,00 рублей;
  • «JA Solar-300 Вт» — от 150000,00 рублей.
  • Модели компании «Telecom-STV» (Россия):
  • «ТСМ-150В(24) 24В, ПОЛИ» — от 16400,00 рублей;
  • «ТСМ-160B(24) 24В, МОНО» — от 12100,00 рублей;
  • «ТСМ-140FM, 12В ГИБКИЙ» — от 19500,00 рублей.

Отзывы покупателей

Прежде чем покупать солнечные модули, при самостоятельном комплектовании солнечной электростанции, необходимо ознакомиться с отзывами опытных пользователей, которые уже используют подобные устройства в повседневной жизни.

Такая информация есть на сайтах компаний, производящих подобный товар, печатных изданиях и различных интернет ресурсах, где есть возможность найти информацию практически по всем моделям солнечных устройств, предлагаемых на рынке.

Вот некоторые из отзывов, размещенных в интернете:

«У нас много солнца, поэтому грех не воспользоваться этим преимуществом, в сравнении с другими регионами нашей большой страны. В прошлом году купил комплект солнечной мини-электростанции, изготовленной в Китае. В комплект, кроме аккумуляторов, инвертора и контроллера, входили три солнечных модуля фирмы производителя JA Solar. Мощность установки не большая, всего 3,0 кВт, но мне этого хватает, чтобы обеспечить себя электроэнергий практически круглый год. Замечаний по качеству поликристаллических панелей и прочим устройствам, входившим в комплект, у меня нет».

  1. Дмитрий (Костромская область):

«У нас в деревне бываю часто перебои с электричеством, там у нас дача, поэтому чтобы подстраховаться, и избежать проблем, которые могут возникнуть при очередном отключении (портятся продукты в холодильнике, не работает насосная станция и т.д.), купил солнечные панели отечественного производства компании Телеком-СТВ. Также, отдельно приобрел аккумуляторы, инвертор и контроллер. Почитал инструкции, изучил интернет, и собрал свою электростанцию. Мощности конечно для постоянного питания приборов и освещения не хватает, но как резервный источник, очень даже успешно работает».

Тонкопленочная технология отвоевывает позиции на рынке солнечной энергетики

Дата публикации: 31 октября 2013

В настоящее время порядка 80-85% производства солнечных батарей приходится на кристаллические модули. Но по заверениям специалистов этой области, будущее все-таки за тонкопленочной технологией. Ее главное достоинство, способное обеспечить ей лидирующие позиции, это более низкая себестоимость. Модули, производимые с использованием тонкопленочной технологии, получили название гибкие солнечные батареи, благодаря тому, что их эластичность и малый вес позволяют монтировать солнечные модули на любой поверхности и даже вшивать их в одежду.

Для производства гибких модулей используют пленки из полимерных материалов, аморфного кремния, алюминия, теллурида кадмия и других полупроводников. Чаще всего их применяют в качестве переносных зарядных устройств, так называемых складных солнечных батарей, для ноутбуков, видеокамер, мобильных телефонов и другой электроники, не требующей большой мощности. Для выработки значительного количества энергии потребуется и большая площадь модулей.

Подробнее о тонкопленочной технологии

Первые тонкопленочные солнечные батареи изготавливались с использованием аморфного кремния, который наносили тонким слоем на поверхность подложки. Их КПД составлял всего 4-5%, да и срок службы оставлял желать лучшего. Второе поколение аморфных модулей уже имело КПД на 2-3% больше, а срок эксплуатации практически сравнялся со сроком службы кристаллических модулей. А вот КПД третьего поколения модулей увеличилось уже до 12%. Так что прогресс на лицо.

При производстве складных солнечных батарей и гибких модулей больших размеров, чаще всего применяют теллурид кадмия и селенид меди-индия. Использование этих полупроводников дает увеличение коэффициента полезного действия от 5 до 10%. А учитывая, что ученые-физики борются за каждый дополнительный процент, такая разница очень ощутима. Более подробно о производстве солнечных батарей по тонкопленочной технологии здесь.

Особенности тонкопленочных батарей:

  • Хорошо работают даже при рассеянном свете, поэтому суммарная годовая выработка мощности на 10-15% больше, чем у кристаллических модулей.
  • Более низкая стоимость производства, следовательно, данный вид солнечных батарей обойдется Вам дешевле.
  • Большую эффективность показывают в системах с мощностью более 10кВт.
  • При равном показателе вырабатываемой мощности, площадь тонкопленочных модулей примерно в 2,5 раза больше, чем у кристаллических.
  • Требуют использование высоковольтных контроллеров и инверторов.

Случаи, когда применение тонкопленочных модулей обосновано:

  • В регионах, где преобладает пасмурная погода. Модули, выполненные по тонкопленочной технологии, лучше поглощают рассеянный свет.
  • В странах с жарким климатом. При высокой температуре тонкопленочные солнечные батареи показывают большую эффективность.
  • Есть необходимость монтирования панелей в здание либо требуется их использование в качестве дизайнерских задумок или конструкторских решений, например, для отделки фасада.
  • Потребность в модулях с частичной прозрачностью до 20%.

От плоской формы к цилиндрической

Цилиндрические солнечные батареи впервые разработала небольшая американская компания с запоминающимся названием Solyndra (от слов «солнечный» и «цилиндр»). Свое достижение они представили в 2008 году и сразу же получили несколько крупных заказов от европейских и американских фирм. По их заверениям, эта цифра составляла более 1 млрд. $.

До 2008 года солнечные элементы имели плоскую форму. Solyndra же предложила устанавливать в солнечные батареи элементы-цилиндры. Тонкий слой фотоэлемента наносится на поверхность стеклянной трубки, после чего она помещается в еще одну такую же трубку, но уже с электрическими контактами. В качестве полупроводников для элементов используют уже знакомые нам медь, галлий, селен и индий. Цилиндрические солнечные батареи за счет своей формы поглощают большее количество света, и, как следствие, имеют больший показатель производительности. Каждая панель состоит из 40 цилиндров и имеет размеры 1 на 2 метра.

Для увеличения поглощаемого света рекомендуют использовать цилиндрические батареи в сочетании с белым покрытием крыши. В таком случае, отраженные от крыши лучи будут проходить через цилиндры, чем и обеспечат еще плюс 20% поглощенной энергии. Еще одно важное достоинство батарей с элементами цилиндрической формы – это их устойчивость к сильному ветру. Они способны выдерживать порывы ветра скоростью до 200 км/ч. Это делает монтаж солнечных батарей более простым и дешевым.

Многопереходные солнечные элементы

В большинстве производимых в настоящее время солнечных элементах реализован один p-n-переход. То есть свободные электроны в таком элементе создают только те фотоны, которые обладают энергией больше или равной ширине запрещенной зоны. Чтобы преодолеть это ограничение учеными был разработан новый вид солнечных элементов, получивших название каскадные элементы. Они имеют многослойную структуру, состоящую из солнечных элементов, ширина запрещенной зоны которых различна.

Самые перспективные гибкие солнечные батареи, изготовленные с использованием каскадных элементов, имеют 3 p-n-перехода. Верхний слой формируют из сплава на основе a-Si:H, для второго используют сплав a-SiGe:H, содержащий 10-15% германия, для третьего слоя процентное содержание германия в сплаве увеличивают до 40-50%. С каждым последующим слоем ширина запрещенной зоны уменьшается, поэтому каждый следующий слой поглощает те фотоны, которые прошли через предыдущий. В таблице ниже представлены значения КПД каскадных СЭ. Стоит отметить, что столь высокие показатели КПД позволяют уменьшить стоимость получаемой солнечной энергии почти в 2 раза в сравнении с солнечными батареями на основе кристаллического кремния.

Теоретическое значение КПДОжидаемое значение КПДРеализованное значение КПД
1 p-n-переход302725,1
2 p-n-перехода363330,3
3 p-n-перехода423831,0
4 p-n-перехода4742
5 p-n-переходов4944

Самые интересные достижения в мире тонкопленочных модулей

2 года назад специалисты лаборатории МГУ разработали рулонные органические солнечные батареи на основе полимера в качестве активного слоя и гибкой органической подложки. Их КПД составлял всего 4%, зато они могли эффективно работать при температуре 80°С в течение 10 тысяч часов. На этом их деятельность не закончилась, исследования ведутся постоянно, основным направлением выбраны солнечные элементы на основе полимерных материалов.

Читайте также:  Как зарядить аккумулятор шуруповерта?

Специалисты федеральной лаборатории технологий и материаловедения в Швейцарии создали солнечный элемент на полимерной подложке с КПД 20,4%. В качестве полупроводника использовались 4 элемента: селен, индий, галлий и медь. На сегодняшний день это рекордный показатель для СЭ, выполненных на основе перечисленных элементов. Предыдущий рекорд составлял 18,7%.

Для тонкопленочных фотоэлементов на основе индия, селена и меди, максимальное значение КПД на сегодня оставляет 19,7%. Такого показателя смогла добиться японская компания Solar Frontier. Поглощающие пленки на фотоэлементы наносили методом напыления, используя термическую обработку в парах селена.

Компания ICP Solar Technologies представила оригинальную складную солнечную батарею. Ее достаточно раскатать в солнечном месте и можно подключать устройство, которое необходимо зарядить. Мощность батареи 5 Вт при напряжении питания 12 В. Согласитесь, незаменимый вариант для всех туристов, хотя и не единственный. Разработкой подобных переносных СБ занимаются различные фирмы. Так не меньшей популярностью пользуется складная солнечная батарея Foldable Solar Chargers, максимальная мощность которой составляет 190 Вт.

Ну и самой интересной разработкой можно назвать «тканевые» солнечные панели. Японские ученые решили соединить крошечные цилиндрические солнечные элементы размером всего 1,2 мм и тканевое полотно. Такое необычное решение позволит создавать высокотехнологичные материалы для одежды и переносные тенты. Промышленное производство «солнечной» ткани намечено на март 2015 года.

Займет ли тонкопленочная технология первое место при производстве солнечных элементов, покажет будущее. Но судя по активным исследованиям, ведущимся в данной области, и по неплохим результатам, вполне возможно, что в ближайшем будущем ученые все-таки смогут создать не просто эффективные солнечные батареи, но еще и доступные при этом широким слоям населения.

Статью подготовила Абдуллина Регина

В этом ролике рассказано о солнечных модулях на базе тонкопленочной технологии, которые позволяют преобразовать в электроэнергию до 10% солнечного излучения и при этом в полтора раза повысить эффективность фотоэлементов, а расход кремния при производстве сократить в 200 раз!

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Гибкие солнечные батареи: обзор типовых конструкций, их характеристик и особенностей подключения

Солнечная энергия – один из самых перспективных и стремительно развивающихся альтернативных источников электричества. Это безграничный ресурс, который можно использовать в любой точке планеты, не загрязняя окружающую среду. Согласитесь, неплохо бы было обзавестись собственным альтернативным источником электроэнергии.

Оказывается, теперь солнечную энергию можно преобразовывать в электричество прямо у себя дома. Вместо громоздких и хрупких каркасных панелей теперь все чаще применяют гибкие солнечные батареи. Но как это реализовать на практике?

Мы поможем разобраться с устройством гибких солнечных панелей и принципом их работы. Полезные рекомендации по выбору и монтажу конструкций изложены в нашей статье. А для простоты восприятия информации статья содержит тематические фотографии и видеоролики.

Что такое солнечные батареи?

Для того чтобы понять, подходят ли вам гибкие панели для получения электроэнергии, нужно разобраться с теорией.

Что такое солнечная батарея, чем строение гибких моделей отличается от остальных? А так же очень важно еще до покупки выяснить преимущества и недостатки конкретно этого типа солнечных элементов.

Строение и принципы работы гибких панелей

Принцип работы солнечной батареи построен на таком понятии, как фотовольтаика. Свет, как известно, может быть рассмотрен и как волна, и как поток частиц – фотонов. Возможность преобразовывать энергию фотонов в электричество и есть фотовольтаика.

Полупроводник – это материал, который имеет особое строение атома. Полупроводник n-типа имеет лишние электроны, а у атомов полупроводника p-типа их не хватает. Чтобы собрать фотоэлемент, объединяют 2 типа материалов, образуя двуслойную конструкцию.

Отдельные фотоэлементы объединяются в панели. Панели могут быть жесткими, в прочной металлической раме. Сейчас идет тенденция к облегчению конструкции фото-панелей. Популярность набирают гибкие и легкие солнечные элементы.

Принцип действия солнечной батареи можно описать так:

  1. Солнечный свет попадает на поверхность фотоэлемента со стороны n-слоя.
  2. Фотоны сталкиваются с атомами полупроводника, «выбивая» лишние электроны.
  3. Свободные электроны двигаются в сторону р-слоя и попадают в атомы с недостатком частиц.
  4. В результате верхний слой выступает в качестве катода, а нижний – анода.
  5. Вырабатывается постоянный ток, которым можно легко зарядить аккумулятор.

В качестве полупроводника используют кремний, селен и еще многие, более дорогие материалы.

Для гибких пленочных солнечных батарей применяют и полимерное напыление с алюминиевыми проводниками. Такое строение делает панели удивительно тонкими и легкими.

Эта технология только начинает развиваться, но то, что она имеет большие перспективы не вызывает сомнений. Но мы рассмотрим гибкие панели в широком смысле этого определения.

Более подробно о принципах работы солнечных батарей можно прочесть перейдя по ссылке.

Преимущества гибких солнечных элементов

Преимущества гибких солнечных панелей делают этот метод производства электричества одним из самых перспективных:

  • вес;
  • размер;
  • эластичность;
  • производительность;
  • универсальность;
  • экономичность;
  • экологичность;
  • простота эксплуатации.

Геометрические и физические параметры панелей, такие как размер и вес, имеют большое значение, поскольку для обеспечения электроэнергией целого жилого дома панелей потребуется большое количество, при использовании тяжелых моделей может возникнуть необходимость усиливать конструкцию здания, что значительно увеличит расходы на установку.

Производительность кремниевых батарей достаточно высокая. Оценить коэффициент полезного действия в данном случае сложно, панели из полупроводников способны преобразовывать свет в электричество на 20% в среднем.

То есть, если мощность солнечного излучения составит 200 Вт, электроэнергии будет получено около 40 Вт.

Гибкие аморфные солнечные панели гораздо более терпимы к пасмурной погоде, нежели обычные жесткие конструкции на основе кремния.

Для сравнения, стандартная солнечная батарея в пасмурную погоду способна работать только на 10% своей мощности, в то время как гибкая панель выдает около 50% от номинальных значений.

Солнечный свет – ресурс бесплатный и неограниченный. Это его несомненный плюс, в чем и выражается безусловная экономичность солнечных панелей.

Кроме того, такой метод производства энергии полностью экологически чист, никак не отражается на состоянии окружающей среды и не вредит ей. Более того, отказываясь от популярной альтернативы солнечной энергии – тепловых электростанций, человечество снижает уровень загрязнения атмосферы.

Недостатки солнечных батарей гибкого типа

Недостатков у гибких солнечных панелей тоже хватает. Во-первых, эта технология только развивается и еще не достигла пика своих возможностей. По производительности гибкие аморфные батареи уступают жестким поли- или монокристаллическим.

Во-вторых, тонкая фольга и минимальный слой напыления относительно быстро выходят из строя. Гарантийный срок эксплуатации таких панелей – около 3 лет.

После этого фотоэлементы начинают постепенно ломаться и требовать замены.

Другие недостатки присущи всем типам солнечных батарей:

  • длительность окупаемости;
  • высокая стоимость;
  • большое количество дорогостоящего оборудования, помимо самих батарей;
  • зависимость от погодных условий.

Гибкая панель мощностью около 150 Вт стоит примерно 40 тыс. руб. или больше, в зависимости от производителя. 20 батарей, набор аккумуляторов и дополнительное оборудование будут стоить круглую сумму. С учетом стоимости 1 кВт часа электроэнергии окупать систему вам придется не один год.

Где и как применяют солнечную энергию?

Гибкие панели применяются в разных сферах. Прежде чем составлять проект энергообеспечения дома при помощи этих солнечных батарей, выясните, где они применяются и каковы особенности их использования в нашем климате.

Область применения солнечных батарей

Применение гибких солнечных батарей очень широкое. Они с успехом используются в электронике, электрификации зданий, автомобиле- и авиастроении, на космических объектах.

В строительстве такие панели используют для обеспечения жилых и промышленных зданий электричеством.

Портативные зарядные устройства на основе гибких солнечных элементов доступны каждому и продаются повсеместно. Большие гибкие туристические панели для добычи электроэнергии в любом уголке Земного шара очень популярны среди путешественников.

Очень необычная, но практичная идея – использовать в качестве основы для гибких батарей дорожное полотно. Специальные элементы защищены от ударов и не боятся больших нагрузок.

Эта идея уже реализована. «Солнечная» дорога обеспечивает энергией окрестные деревни, при этом не занимая ни одного лишнего метра земли.

Особенности применения гибких аморфных панелей

Те, кто планирует начинать использование гибких солнечных панелей в качестве источника электроэнергии для своего дома, должны знать особенности их эксплуатации.

Солнечные панели с гибкой металлической основой находят применение там, где к износостойкости мини-электростанций предъявляются повышенные требования:

Прежде всего пользователей волнует вопрос, а что делать зимой, когда световой день короткий и электричества не хватит на функционирование всех приборов?

Да, в условиях пасмурной погоды и короткого светового дня производительность панелей снижается. Хорошо, когда есть альтернатива в виде возможности переключения на централизованное электроснабжение. Если ее нет, нужно запасаться аккумуляторами и заряжать их в те дни, когда погода благоприятная.

Интересная особенность солнечных батарей заключается в том, что при нагревании фотоэлемента его эффективность существенно снижается.

Число ясных дней в году зависит от региона. Разумеется, на юге использовать гибкие батареи рациональнее, поскольку солнце там светит дольше и чаще.

Так как в течение дня Земля меняет свое положение относительно Солнца, панели лучше располагать универсально – то есть с южной стороны под углом около 35-40 градусов. Такое положение будет актуальным как в утренние и вечерние часы, так и в полдень.

Инструкция по монтажу солнечных батарей на крыше

Если вы решили, что гибкие солнечные батареи на основе аморфного кремния – это то, что вам нужно для обеспечения электричеством частного дома, приступайте к планированию работ.

Подберите подходящее оборудование и прикиньте примерное количество панелей. Затем ознакомьтесь с правилами монтажа и последующего обслуживания солнечных элементов.

Но помните, что использование традиционных кремниевых поли- и монокристаллических аналогов пока гораздо продуктивнее.

Шаг #1. Расчет количества панелей

Любые работы начинаются с проекта. Для проектирования нужно сделать необходимые расчёты, а именно:

  • суточное потребление электроэнергии;
  • суммарную необходимую мощность фотоэлементов;
  • емкость аккумуляторов;
  • количество панелей.

Самое простое – посчитать потребление электроэнергии. Для этого нужно учесть абсолютно все без исключения электроприборы, которые вы используете или теоретически можете использовать.

  • холодильник – 200 Вт;
  • компьютер – 300 Вт;
  • телевизор – 150 Вт;
  • лампочки экономные – 5 штук по 20 Вт.

Мощность каждого прибора обязательно указывается в его документации или на корпусе. После сложения всех данных получаем 750 Вт. Исходя из этого значения подбирается инвертор – прибор, преобразующий постоянный ток в переменный с нужной частотой.

Обязательно сделайте небольшой запас и выберите инвертор на 0,5 кВт мощнее расчётного значения. То есть для суммарной мощности 0,75 кВт подойдет прибор не слабее 1,25 кВт

После необходимо подобрать аккумуляторные батареи. Емкость аккумулятора (например, 200 А∙ч) показывает, ток какой силы будет выдаваться при заданном напряжении в течение часа.

Посчитать нужную емкость можно, разделив суммарную мощность потребителей на выходное напряжение солнечной батареи. В нашем примере используем 12-ти вольтовые аккумуляторы. 750 /12 = 62,5 А∙ч.

Но подобная формула не совсем верна, поскольку большинство батарей нельзя разряжать до 0. Есть определенное ограничение, например 40%. Если уровень заряда опускается ниже, это существенно сказывается на сроке службы и качестве работы аккумулятора.

Этот показатель тоже нужно добавить в формулу:

750 Вт/(12Вх0,4)=156,25 А∙ч.

Чтобы добиться такой емкости, можно объединить в систему группу из 2 батарей по 100 А∙ч каждая.

Количество панелей рассчитывается исходя из мощности выбранной модели и региона, в котором они будут установлены. Значение региона сложно переоценить. В идеале нужно найти значения дневного уровня солнечной радиации для вашей местности. Для достоверности берется минимальное значение за год, ориентировочно – в конце декабря.

Умножив этот показатель на количество календарных дней месяца, получаем количество киловатт, которое приходится на 1 м2 гибкой солнечной батареи за декабрь. Для примера, в Москве это 0,33х31=10,23 кВт/м2, а для Сочи – 1,25х31=38,75 кВт/м2. Этот показатель называется количеством пикочасов.

Затем из условных максимальных 0,75 кВт, потребляемых всеми приборами одновременно, высчитываем среднемесячное потребление – около 25 кВт. За месяц наши гибкие батареи должны выработать не меньше 25 000 Вт, а лучше сделать небольшой запас и округлить до 30 кВт.

Следовательно, на 1 пикочас в Москве должно получаться 30/10,23 = 2,93 кВт. Если выбранные панели обладают мощностью 150 Вт, то посчитать их количество не трудно: 2,93/0,15= 20 штук.

После таких нехитрых расчетов вы сможете подобрать подходящий инвертор, контроллер, аккумулятор и сами гибкие фотоэлектрические панели в нужном количестве.

Шаг #2. Правила монтажа

Установка гибких солнечных элементов может быть осуществлена вами самостоятельно.

Для этого стоит определиться, где именно вы расположите свои панели:

  • на крыше здания;
  • на фасаде дома;
  • на отдельно стоящей конструкции;
  • комбинированная схема.

Самый популярный вариант – на крыше. Если форма или конфигурация кровли не позволяет этого сделать, лучше построить дополнительный каркас, на котором разместить батареи. Это более затратно, но, если крыша затенена или труднодоступна, этот вариант становится рациональным.

Гибкие солнечные фотоэлектрические элементы с нижней стороны имеют липкий смолянистый слой.

Достаточно снять защитную пленку и приклеить панель в выбранном месте. Разумеется, перед монтажом поверхность нужно очистить и вымыть.

С одной стороны модуль солнечной батареи имеет 2 выведенных кабеля. Каждая панель располагается так, чтобы эти провода можно было в последствии объединить одной шиной для последовательного подключения.

Также рекомендуем прочесть другой наш материал, где подробно описаны схемы монтажа и способы подключения солнечных батарей. Подробнее – здесь.

Шаг #3. Уход за системой после установки

После установки гибких солнечных элементов за ними нужно будет постоянно ухаживать и следить, иначе их эффективность может резко снизиться. Главное – содержать панели в чистоте. Пыль, грязь, птичий помет – все эти факторы снижают производительность системы, поскольку ограничивают поглощение солнечного света фотоэлементами.

Читайте также:  Как подключить термостат к газовому котлу?

Солнечные батареи нужно протирать по мере загрязнения. Именно поэтому размещать их в труднодоступных местах на сложной кровле не рекомендуют.

Если ваша система не может обслуживаться вами самостоятельно, всегда можно найти исполнителя с соответствующей техникой и оборудованием. Разумеется, это будет стоит дороже.

Еще одна проблема, актуальная для наших регионов – снег. В зимнее время батареи засыпаются снегом и перестают функционировать. Осадки нужно постоянно счищать, но не слишком грубо, иначе можно повредить само оборудование.

Выводы и полезное видео по теме

Видеоролики и обзоры, в которых рассматриваются гибкие панели популярных производителей, помогут сделать правильный выбор. Вы сможете увидеть, как будет выглядеть ваш дом после монтажа оборудования, специалисты помогут подобрать нужное количество батарей и рассмотрят правила установки.

Как устроены гибкие солнечные батареи и из чего их изготавливают:

Устанавливать гибкую батарею можно и в квартире на фасаде многоэтажки, почему бы и нет:

Еще немного о производстве и преимуществах гибких элементов:

Солнечные батареи дают возможность стать энергонезависимым, не мониторить цены на бензин и коммунальные услуги. Если вложить определенную сумму один раз, вы сможете неограниченно потреблять энергию для пользования бытовыми электроприборами, отопления дома и подзарядки аккумулятора электромобиля. Все больше людей переходят на альтернативную энергию, потому что за ней – будущее.

Если у вас есть необходимые знания или опыт по теме нашей статьи, пожалуйста, поделитесь им с нашими читателями. А может, вам приходилось самостоятельно устанавливать солнечные батареи? Расскажите, как это делали вы. Свои комментарии можете дополнять фотографиями.

Краткие сведения о солнечных панелях

Устройство солнечной батареи. Виды солнечных панелей

Состав и устройство солнечной батареи, ее элементов определяют эффективность выработки энергии готовым изделием. В настоящее время, для генерации электрической энергии используются солнечные панели на основе кремния (с-Si, mc-Si & кремниевые тонкопленочные батареи), теллурида кадмия CdTe, соединения медь-индий (галлий)-селен Cu(InGa)Se2, а также концентраторные батареи на основе арсенида галлия (GaAs). Ниже будут даны краткие описания каждой из них.

Солнечные батареи на основе кремния

Солнечные батареи (СБ) на основе кремния составляют на сегодняшний день порядка 85% всех выпускаемых солнечных панелей. Исторически это обусловлено тем, что при производстве СБ на основе кремния использовался обширный технологический задел и инфраструктура микроэлектронной промышленности, основной “рабочей лошадкой” которой также является кремний. В результате, многие ключевые технологии микроэлектронной промышленности такие как выращивания кремния, нанесения покрытий, легирования, удалось адаптировать для производства кремниевых батарей с минимальными изменениями и инвестициями. Кроме того, кремний – один из самых распространенных элементов земной коры и составляет по разным данным 27-29% по массе. Таким образом, нет никаких физических ограничений для производства значительной доли электроэнергии Земли с имеющимися запасами кремния (Si).

Различают два основных типа кремниевых СБ – на основе монокристаллического кремния (crystalline-Si, c-Si) и на основе мультикристаллического (multicrystalline-Si, mc-Si) или поликристаллического. В первом случае используется высококачественный (и, соответственно, более дорогой) кремний выращенный по методу Чохральского, который является стандартным методом для получения кремниевых пластин-заготовок для производства микропроцессоров и микросхем. Эффективность СБ изготовленных из монокристаллического кремния составляет обычно 19-22%. Не так давно, фирма Panasonic заявила о начале промышленного выпуска СБ с эффективностью 24,5% (что вплотную приближается к максимально возможному теоретически значению

Во втором случае для производства СБ используется более дешевый кремний произведенный по методу направленной кристаллизации в тигле (block-cast), специально разработанного для производства СБ. Получаемые в результате кремниевые пластины состоят из множества мелких разнонаправленных кристаллитов (типичные размеры 1-10мм) разделенных границами зерен. Подобные дефекты кристаллической структуры приводят к снижению эффективности – типичные значения эффективности СБ из mc-Si составляют 14-18%. Снижение эффективности данных СБ компенсируется их меньшей ценой, так что цена за один ватт произведенной электроэнергии оказывается примерно одинаковой для солнечных панелей как на основе c-Si так и mc-Si.

Тонкопленочные солнечные панели

Возникает вопрос – зачем разрабатывать другие типы модулей, если солнечные панели на основе моно- и поликристаллического кремния уже созданы и показывают неплохие результаты? Очевидный ответ – чтобы добиться еще большего снижения стоимости и улучшения технологичности и эффективности, по сравнению с обычными c-Si и mc-Si солнечными батареями.

Дело в том, что обычные кремниевые фотоэлектрические модули наряду с преимуществами, перечисленными выше, обладают и рядом недостатков. Кремний из-за своих особых электрофизических свойств (непрямозонный полупроводник) обладает довольно низким коэффициентом поглощения, особенно в области инфракрасных длин волн. Таким образом, толщина кремниевой пластины для эффективного поглощения солнечного излучения должна составлять довольно внушительные 100-300 мкм. Более толстые пластины означают больший расход материала, что ведет к удорожанию СБ.

В то же время, прямозонные полупроводники на вроде GaAs, CdTe, Cu(InGa)Se2, и даже некоторые модифицированные формы Si, способны поглощать требуемое количество солнечной энергии при толщине всего в несколько микрон. Открывается заманчивая перспектива сэкономить на расходных материалах, а также на электроэнергии, которой требуется значительно меньше для изготовления более тонкого слоя полупроводника. Еще одной положительной чертой СБ на основе вышеназванных полупроводников – в отличие от СБ на основе c-Si и mc-Si- является их способность не снижать эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую даже в условиях рассеянного излучения (облачный день или в тени).

Исследования СБ на основе теллурида кадмия (CdTe) начались еще в 1970-х годах ввиду их потенциального использования в качестве перспективных для космических аппаратов. А первое широкое применение “на земле” подобные СБ нашли в качестве элементов питания карманных микрокалькуляторов.

Данные элементы представляют собой гетероструктуру из тонких слоев p-CdTe / n-CdS (суммарная толщина 2-8 мкм) напыленных на стеклянную подложку (основу). Эффективность современных фотоэлектрических элементов данного типа равняется 15-17%. Основным (и фактически единственным) производителем СБ на основе теллурида кадмия является американская фирма FirstSolar, которая занимает 4-5% всего рынка.

К сожалению, есть проблемы с обоими элементами входящими в состав соединения CdTe. Кадмий – это экологически вредный тяжелый металл, который требует особых методов обращения и ставит сложный вопрос утилизации старых изделий. В виду этого, законодательство многих стран ограничивает свободную продажу гражданам СБ этого типа (строятся только масштабных солнечных электростанций под гарантии утилизации от фирмы производителя). Второй элемент – теллур, довольно редко встречается в земной коре. Уже в настоящее время более половины всего добываемого теллура идет на изготовление солнечных панелей, а перспективы нарастить добычу – довольно призрачны.

Солнечные батареи на основе соединения медь-индий (галлий)-селен Cu(InGa)Se2 (иногда обозначаются как CIGS) являются новичками на рынке солнечной энергетики. Несмотря на то, что начало исследований элементов этого типа было положено еще в середине 70-х, в настоящее время коммерческий выпуск в более-менее солидных масштабах ведет всего лишь фирма Solar Frontier KKиз Японии. Отчасти это связано с технически сложным и дорогим процессом изготовления, хотя в некоторых (удачных!) случаях их эффективность может достигать 20%.

Несмотря на отсутствие экологически вредных элементов в составе этого соединения, значительному расширению производства данных солнечных модулей в будущем угрожает дефицит индия. Ведутся исследования с целью заменить дорогой In на более дешевые элементы и может быть скоро появятся новые изделия на основе соединения Cu2ZnSn(S,Se)4.

Фотоэлектрические модули на основе аморфного кремния a-Si:H.

Тонкопленочные солнечные батареи могут быть построены также и на основе хорошо известного кремния, если удастся каким-либо образом улучшить его способности к поглощению солнечного света. Применяются две основные методики:

– увеличить путь прохождения фотонов посредством многократного внутреннего переотражения;

– использовать аморфный кремний (a-Si), обладающий гораздо большим коэффициентом поглощения чем обычный кристаллический кремний (с-Si).

По первому пути пошла австралийская фирма CSG Solar Ltd, разработавшая СБ с эффективностью 10-13% при толщине слоя кремния всего 1,5 мкм. По второму – швейцарская Oerlikon Solar (которую сейчас перекупили японцы), создавшая комбинированные солнечные панели на основе слоев аморфного и кристаллического кремния a-Si / с-Si эффективность которых также составляет 11-13%. Своеобразной особенностью СБ из аморфного кремния является снижение эффективности их работы при понижении температуры окружающего воздуха (у всех остальных – наоборот). Так, фирма производитель рекомендует устанавливать данные модули в странах с жарким климатом.

Концентраторные солнечные модули.

Наиболее совершенные и самые дорогие на сегодняшний день солнечные модули обладают эффективностью фотоэлектрического преобразования до 44%. Они представляют собой многослойные структуры из разных полупроводников последовательно выращенных друг на друге слой за слоем. Наиболее успешной является структура состоящая из трех слоев: Ge (нижний полупроводник и подложка), GaAsи GaInP. Благодаря тому, что в подобной комбинации каждый отдельный полупроводниковый слой поглощает наиболее эффективно свой определенный диапазон солнечного спектра (определяемый шириной запрещенной зоны полупроводника), достигается наиболее полное поглощение солнечного света во всем диапазоне длин волн, недостижимое для СБ состоящих из одного типа полупроводника. К сожалению, процесс изготовления подобных многослойных полупроводниковых слоев очень сложен технически и, как следствие, весьма дорог.

Если солнечные батареи стоят очень дорого, фокусировка солнечного излучения на меньшей площади СБ может применяться как эффективный способ снижения финансовых затрат. Например, собрав при помощи линзы солнечный свет с 10 см2 и сфокусировав его на 1 см2 солнечной батареи, можно получить тоже количество электроэнергии, что и от элемента площадью 10 см2 без концентратора, но экономя при этом целых 90% площади! Но при этом, набор подобных ячеек (солнечная батарея + линза) должен быть смонтирован на подвижной механической системе (трекере), которая будет ориентировать оптику в направлении солнца в то время как оно движется по небу в течении дня, что увеличивает стоимость системы.

В настоящее время экономически оправдано использовать подобные дорогие концентраторные солнечные модули только в тех странах и регионах земного шара, где круглый год имеется в достатке прямое солнечное излучение (рассеянное излучение не может быть сфокусировано линзой). Так, французская фирма-производитель концентраторных СБ SOITEC устанавливает свои СБ в Калифорнии, ЮАР, на юге Франции (Прованс), в Испании.

Органические солнечные батареи и модули фотосенсибилизованные красителем

Есть новый тип тонкопленочных солнечных батарей, такой как сенсибилизированные красителем солнечные элементы, которые работают на совершенно ином принципе, чем все модули рассмотренные выше, на принципе больше напоминающем фотосинтез у растений. Но их пока нет в коммерческой продаже.

Номинальная мощность солнечной батареи. Что нужно и важно знать?

Для сравнения различных моделей фотоэлектрических модулей между собой и с изделиями других производителей используется параметр номинальной мощности солнечной батареи, например 280 Ватт.

Это означает, что солнечный модуль будет вырабатывать не менее 280 Ватт, в солнечный день при соблюдении определённых условий:

  • Освещенность не менее 1000 Ватт *м 2 (а это достижимо только на экваторе, где солнечный поток перпендикулярен поверхности земли);
  • Ориентация строго на Юг и под углом, соответствующим азимуту;
  • Окружающая температура воздуха 25°С;
  • Отсутствие затенений

и другие менее значительные.

Каждое, из условий эксплуатации, влияющих на работу и вырабатываемую мощность солнечной батареи, стоит разобрать подробнее, но это мы сделаем позднее в разделе практических советов.

Если нет разницы, зачем платить больше? Разница между монокристаллическими и поли- (мульти)кристаллическими модулями

Солнечные батареи являются неотъемлемым элементом альтернативного направления развития энергетики под названием фотовольтаика, термина, под которым понимают получение электричества из солнечного света. В последнее время все чаще приходится слышать достаточно жаркие споры по поводу того, какой же тип солнечных панелей лучше: монокристаллические, поликристаллические, или, чем черт ни шутит, из аморфного кремния? Что ж, попробуем разобраться.

Для начала стоит уяснить, что к какому бы типу солнечные панели ни относились, изготовлены они из одного и того же материала – кремния. По большому счету фотовольтаика просто обречена на успех и интенсивное развитие, поскольку опирается на богатейшую ресурсную базу. Так уж получилось, что кремний является вторым по распространенности элементом в земной коре после кислорода. Стоит сказать, что фотовольтаика оправдывает возложенные на нее ожидания. Если в 1985 году все солнечные батареи мира суммарно выработали немногим более 20 мегаватт электроэнергии, то в 2010-м уже без малого 40 тысяч мегаватт!

Однако прежде чем кремний станет солнечной батареей, ему необходимо пройти через ряд технологических процедур. Для начала исходное сырье очищают от примесей (до содержания массовой доли кремния в единице объема в 99,99 процента), а затем расплавляют в специальных печах. Затем события могут развиваться по двум сценариям.

В первом случае кремниевую пластину выращивают вокруг одного базового монокристалла, добиваясь, таким образом, идеально ориентированной кристаллической решетки. Во втором – формирование происходит сразу вокруг нескольких базовых кристаллов. Строго говоря, поликристалл – это множество произвольно ориентированных по отношению друг к другу монокристаллов. По большому счету на этом технологические отличия и заканчиваются. Из-за чего тогда весь сыр-бор?

Из-за коэффициента полезного действия. Благодаря более гармоничной структуре монокристаллический кремний обладает немного большим по сравнению с поликристаллическим кремнием КПД. То есть, при одинаковой мощности солнечная батарея из моно-кремния будет иметь на несколько процентов меньшую площадь, чем панель, изготовленная из поликристаллического материала. Правда, этим преимущества и исчерпываются. Однако господа маркетологи успели возвести пресловутый КПД в абсолют, преподнося мизерный выигрыш в производительности, как величайшее достижение человеческой цивилизации.

Между тем, если вдуматься, монокристаллический кремний дороже в производстве. Прежде чем он станет солнечной батареей ему необходимо придать правильную форму и только потом нарезать на тонкие пластины. Технология производства поликристаллического кремния появилась сравнительно недавно, она проще, совершеннее и дешевле. Достаточно сказать, что в силу производственных особенностей базовый поликристалл удается создать гораздо большего, чем монокристалл размера, причем уже сразу правильной, прямоугольной формы. Таким образом, из технологического процесса производства солнечной батареи изымается как минимум одна процедура, что благотворно отражается на цене конечного продукта.

Читайте также:  Как выбрать стиральную машину автомат?

Небольшая разница в КПД? Как мы уже говорили, она с успехом компенсируется незначительным увеличением площади поликристаллического солнечного модуля. Если кто вдруг запамятовал, Российская Федерация обладает крупнейшей в мире территорией и дефицит свободного пространства, как на земле, так и на крышах различного рода сооружений в ближайшие десятилетия нам точно не грозит. В свете всего вышесказанного небольшая прибавка в габаритах солнечной батареи не представляется сколько-нибудь серьезной проблемой.

Какие солнечные батареи лучше – большие или средние?

С точки зрения надежности пример:

Повреждение или выход из строя одной солнечной батареи 300 ватт – вы теряете 300 ватт мощности. Если бы у вас было вместо нее 3 солнечные батареи по 100 ватт и одна из них вышла из строя, то вы потеряете только 100 ватт мощности.

С точки зрения монтажа – чем больше солнечные батареи, тем их легче прикреплять к стене или к крыше. Для малых и средних солнечных станций это не критично, для больших – имеет значение.

Вывод – для частных домов оптимально брать 100 или 150 или 200 ваттные солнечные батареи. Для промышленных объектов оптимально брать 250-300-350 ваттные солнечные батареи.

Солнечные электростанции для дома (дачи) вырабатывают энергию на протяжении всего светового дня. Несмотря на относительно небольшую мощность одной солнечной батареи (для примера, 135-250 Вт при ярком солнце и 50-80 Вт при густой облачности), она работает непрерывно и продолжительное время. Тут же отметим, – солнечные батареи, по мере развития технологий, прибавляют в мощности на единицу площади. И сегодня мощность одной батареи может составлять 300 Вт и более.

Когда использование солнечной электростанции целесообразно?

Попытаемся очертить круг основных проблем, при решении которых могут быть использованы солнечные электростанции:

  • Электрическая сеть отсутствует.
  • Электроснабжение от сети плохого качества или недостаточной мощности.
  • По какой-либо причине цена электричества получаемого из сети слишком высока или существует возможность продажи собственной электроэнергии в сеть по разумной цене.
  • Сеть есть, но необходим второй источник энергии для питания потребителей высокого класса.
  • Необходим возобновляемый, экологически чистый, источник энергии.

Если вопрос о целесообразности собственной генерации не стоит, далее следует правильно оценить существующее энергопотребление, а также максимальную мгновенную мощность имеющихся потребителей. Эти данные можно рассчитать, зная мощности электроприборов и соответствующие коэффициенты спроса.

Зная существующее энергопотребление, крайне важно будет подумать об оптимизации расхода электричества. Здесь, как при постройке дома, чем тратить огромные деньги на отопление здания, лучше на этапе строительства сделать хорошую теплоизоляцию. Конечно, мы не можем отказаться от наших любимых электроприборов, таких, как холодильник и телевизор, однако было бы полезно заменить старый холодильник или стиральную машину на современное изделие с высоким, “А+” классом энергопотребления. Что касается электроплиты, то от нее лучше вообще отказаться в пользу газовой, работающей, допустим, от баллонного газа. Так или иначе, необходимо постараться перевести всю нагревательную часть на работу от топлива, это может быть магистральный газ, газгольдер, дизельное или твердое топливо.

Отопление дома солнечными батареями. Что нужно знать?

Основная проблема заключается в том, что на всей территории России среднее солнечное излучение в зимний период, когда и необходимо отопление, в разы ниже летного.

При этом, чем севернее находится здание, тем выше потребность в отоплении и тем ниже “зимняя” инсоляция. При недостаточной солнечной активности становится нецелесообразно использовать для отопления солнечные батареи, КПД которых не превышает 20%. Даже в паре с тепловым насосом за минусом потерь энергии на преобразование постоянного напряжения в переменное получим суммарный КПД системы не более 80%, что не превосходит эффективности солнечного коллектора – устройства для прямого нагрева теплоносителя от солнечного излучения. Поэтому для отопления целесообразнее использовать солнечный коллектор.

Обеспечить круглогодичную устойчивую электрическую и тепловую генерацию для собственных нужд посредством использования только ФЭП конечно можно, но не рационально и довольно дорого. Поэтому мы настоятельно рекомендуем Вам при создании собственной автономной системы энерго- и тепло- снабжения использовать ФЭП, ветровую генерацию, солнечные коллектора и традиционные дизельные генераторы как резервные источники.

Технические характеристики солнечных модулей

Основной составляющей солнечного модуля является солнечный элемент (ФЭП). состоят из солнечных элементов. Как правило – это 36, 48, 60 или 72 элемента. объединяют в автономные солнечные энергосистемы для того, чтобы генерировать больше электричества и обеспечивать нужды потребителей.

Солнечные модули их также называют солнечные батареи, и солнечные панели имеют массу типов и размеров. Чаще всего встречаются модули от 30 до 370 Ватт.

На сегодняшний день КПД солнечных модулей варьируется в пределах 17-23%. Американская компания «SunPower» в 2010 году достигла КПД солнечного элемента в 24,2%, что является рекордным показателем КПД на 2010 год. Ведущие лаборатории во всем мире разрабатывают новые материалы для солнечной энергетики с более высоким КПД (до 30%).

Солнечные батареи это проверенный временем, безопасный и надежный источник электрической энергии. Испытания показали, что срок эксплуатации солнечных батарей превышает 25-30 лет. Солнечные батареи теряют в мощности ; в среднем на 10% в 10 лет. То есть через 20 лет солнечная батареябудет генерировать энергию на 80% от своего номинала, т.е. 100 Ваттная солнечная панель будет генерировать до 80 Ватт в час при полном освещении. В остальном, никаких изменений не происходит. Дополнительное обслуживание и замена деталей также не требуется. Солнечные батареи из аморфного кремния (тонкопленочные) имеют срок службы от 5 до 20 лет. Однако данные цифры пока не проверены временем, поэтому тонкопленочные солнечные модули пока являются весьма сомнительным вложением денег. Более того, тонкопленочные модули обычно теряют от 10 до 40% мощности в первые 2 года эксплуатации. Поэтому, более 80% рынка фотоэлектрических модулей в настоящее время составляют кристаллические кремниевые модули. Остальные же компоненты системы имеют различные сроки службы: аккумуляторные батареи имеют срок службы от 3 до 15 лет, а силовая электроника – от 5 до 20 лет.

Солнечные модули надежны, долговечны и просты в установке, так как не содержат подвижных частей. В зависимости от области применения фотоэлектрические модули могут иметь разные конструктивные решения и разные выходные мощности. Наша компания изготавливает солнечные модули различных типоразмеров мощностью от 30 до 300 Ватт. Солнечные батареи имеют свою ВАХ (вольт-амперную характеристику), измеряемую в стандартных тестовых условиях (STC -Standart Test Conditions, солнечная радиация 1000 Вт/м2, температура – 25°С и солнечный спектр на широте 45° (АМ1,5). На рисунке можно наглядно увидеть зависимость между током и напряжением на выводах солнечного модуля.

Напряжение, при котором ток равен 0, называется напряжением холостого хода (Voc). С другой стороны, ток, при котором напряжение равно 0, называется током короткого замыкания (Isc). В этих крайних точках ВАХ мощность солнечного модуля равна 0. На практике, система работает при комбинации тока и напряжения, когда вырабатывается достаточная мощность. Оптимальным значением является точка максимальной мощности (MPP). Соответствующие напряжение и ток обозначаются как Vp (номинальное напряжение) и Ip (номинальный ток). Именно для этой точки определяются номинальная мощность и КПД солнечного модуля

Солнечный модульможет работать при любом параметре напряжения и тока, расположенным на его вольт-амперной характеристике (ВАХ), но в реальности модуль работает в одной точке в данное время. Эта точка выбирается не модулем, а электрическими характеристиками цепи, к которой данный модуль подключен. В настоящее время используются наиболее продвинутые и высокоэффективные контроллеры заряда с технологией MPPT (Maximum Power Point Tracking). Вычисление максимальной точки эффективности заряда от солнечного модуля, позволяет повысить эффективность генерации солнечной энергии до 25-30% по сравнению с контроллерами on/off и PWM. Установка контроллера с технологией MPPT во многих случаях эквивалентна установке дополнительного количества солнечных модулей на объекте.

Преимущества и недостатки солнечных батарей

Солнечные батареи: плюсы и минусы

На сегодняшний день преимущества и недостатки солнечных батарей, позволяют говорить об этих источниках энергии, как о самых перспективных на ближайшее будущее. Чем же так хороша солнечная энергия и что позволяет говорить о плюсах батарей не только для дома, но и для крупных предприятий и заводов. Данная статья призвана не только осветить все преимущества, но и раскрыть недостатки, которые либо умалчиваются производителями, либо не раскрываются при продаже.

Преимущества солнечных батарей

  • Самый первый плюс — это неиссякаемость и вседоступность источника энергии. Солнце есть практически в любой точке планеты и в ближайшее время, оно не собирается никуда пропадать. Если этот источник энергии пропадёт, то нас уже точно не будет волновать вопрос откуда взять электроэнергию.
  • Второе достоинство солнечных батарей — это их экологичность. Каждый потребитель, борющийся за здоровье родной планеты, считает своим долгом приобрести экологичные источники энергии типа ветряка или, в нашем случае — солнечные панели. Но здесь так же как с электромобилями. Сами-то по себе батареи экологичны, но при их производстве, а также при производстве аккумуляторов, электростанций и различных проводников, используются токсичные вещества, которые загрязняют окружающую среду.
  • Кстати, говоря о сравнении с ветряками, солнечные панели намного тише. Они вообще не издают никаких звуков в сравнении с шумными ветряками.
  • Износ батарей происходит очень медленно, ведь здесь нет подвижных частей, если только Вы не используете в своей системе приводы, которые поворачивают солнечные элементы в сторону источника энергии. Тем не менее, даже с такой системой, солнечные панели служат до 25 лет и даже больше. Только после этого срока, если батареи качественные, у них начинает падать КПД и постепенно их нужно заменять на новые. Кто знает какие технологии будут через четверть века? Возможно, следующих батарей Вам хватит до конца жизни.
  • Устанавливая такой источник энергии для дома, Вы не будете думать о том, что поставщик энергии внезапно по техническим причинам отрежет ваш дом от энергоснабжения. Вы всегда сам себе хозяин. Точнее своей системе подачи электричества. Нет проблем ни с внезапным повышением цен, ни с транспортировкой энергии.
  • После того, как ваша энергетическая солнечная электростанция окупится, Вы будете получать по сути бесплатную энергию в дом. Конечно, сначала за определённый период, нужно отбить вложения.
  • Ещё одно преимущество солнечных электростанций — возможность наращивания. Вопрос упирается только в доступную для Вас площадь. Именно модульность батарей позволяет беспрепятственно в случае необходимости увеличивать мощность системы. Необходимо просто добавить новые солнечные панели и запитать их в систему. Хотя эти преимущества солнечных электростанций перекрываются существенной проблемой, а именно необходимостью оборудования больших площадей. Речь идёт о квадратных километрах солнечных элементов.
  • Солнечная панель не потребляет никакого топлива, а значит Вы не зависите от цен на топливо, также как не зависите от поставок топлива. Плюсы солнечных батарей также в беспрерывной подаче электроэнергии.

Минусы и недостатки солнечных батарей

Несмотря на все вышеперечисленные плюсы, есть у батарей и масса недостатков, которые необходимо оценить при выборе источника энергии. Важно понимать все минусы до покупки, чтобы потом быть готовым к тому, с чем придётся столкнуться. По ряду причин солнечные панели используются чаще как вспомогательный источник, а не как основной.

  • Самый первый недостаток — необходимость первоначальных больших инвестиций, которые не требуются при обычном подключении к центральной электросети. Также срок окупаемости вложений, в электросеть с солнечными батареями, весьма размытый, ведь всё зависит от факторов, которые не зависят от потребителя.
  • Низкий уровень КПД. Один квадратный метр солнечной батареи средней производительности выдаёт всего лишь около 120 Вт мощности. Такой мощности не хватит даже для того, чтобы нормально поработать за лэптопом. Солнечные панели имеют значительно меньший КПД в сравнении с традиционными источниками энергии — около 14-15%. Однако этот недостаток можно считать достаточно условным, ведь новые технологии постоянно увеличивают этот показатель и развитие не стоит на месте, выжимая всё больше и больше энергоэффективности из тех же самых площадей.

  • В странах СНГ солнечные батареи достаточно дорогое удовольствие, ведь государство не поддерживает покупку таких источников энергии и никак не дотирует стремление своих граждан к “зелёной” энергии. Конечно, за рубежом ситуация значительно лучше. Ведь те же США заинтересованы в переходе страны на экологически чистые источники энергии.
  • Ещё один недостаток — эффективность работы зависимая от погодных условий и климата. Например, солнечные батареи теряют свою эффективность во время пасмурной погоды или в тумане. Также при низких температурах, в зимнее время, КПД солнечных батарей падает. А если панель недостаточно хорошего качества, то и при высоких температурах. Поэтому всё же необходимо поддерживать солнечные батареи какими-то основными источниками энергии, либо использовать гибридные солнечные батареи. Также немаловажно, что солнечные панели могут по разному работать в разных широтах планеты. В каждой отдельно взятой местности, за год выходит разное количество солнечной энергии. Поэтому эффективность солнечной системы также зависит и от месторасположения вашего дома. Впрочем как и от времени суток, ведь ночью солнца нет, а значит и нет выработки энергии.
  • Батареи невозможно использовать как источник энергии для техники, которая потребляет большую мощность.
  • Система электроснабжения от солнца требует большого количества вспомогательной техники. Аккумуляторы для накопления энергии, инверторы, а также специального помещения для установки системы. Например, никель-кадмиевые аккумуляторы значительно теряют свою мощность при понижении температуры ниже нуля по Цельсию.
  • Для того, чтобы выдать большую мощность от солнечной энергии, необходимы большие площади. Если говорить про солнечную электростанцию промышленного масштаба, то это квадратные километры. Конечно, при бытовом использовании панелей, Вам такие площади не понадобятся, но всё же учитывайте этот момент, если захотите расширятся.

Вот такие плюсы и минусы солнечных батарей. Надеемся наша статья помогла Вам определиться что нужно именно Вам.

Ссылка на основную публикацию