Тверской Городской Форум

Статьи, обзоры и общение

Современные солнечные батареи с высоким КПД

Содержание

Курьезы солнечной энергетики

В свете вышесказанного особенно забавными выглядят так называемые «обзоры», которые можно найти в youtube.

Автор сравнивает модули разных поколений. Моно — с 2 шинами, поли — с 3 шинами. При переходе от 2 к 3 шинам, также как и переходе к стандартным сейчас 4 токосъемным шинам, эффективность солнечных элементов растет на несколько процентов. Потому разница в мощности — не из-за типа кристалла, а из-за поколения и качества исполнения солнечных элементов. Тем более, что у торговой марки, которую «обозревает» автор, источник солнечных элементов неизвестен, и от партии к партии могут применяться элементы различных производителей.

Иногда на просторах интернета можно прочитать и такой «бред»:

Наиболее эффективны в пасмурную погоду кремниевые поликристаллические батареи, хорошо поглощающие не только прямое солнечное излучение, но и рассеянный свет, проникающий через облака. Связано это с тем, что в поликристаллических элементах кристаллы кремния ориентированы не упорядоченно, а хаотически, что, с одной стороны, снижает эффективность батареи при прямом падении солнечного излучения, а, с другой, снижает ее незначительно при характерном для пасмурной погоды рассеянном освещении.

Конечно же, никакого эффекта на преобразование рассеянного света разное направление кристаллов не имеет. Написавший эти строки не имеет представления о том, как работает солнечный элемент. Нет данных, доказывающих, что поликристаллические элементы лучше преобразуют рассеянный свет, чем монокристаллические. Больше разницы можно увидеть между работой элементов p-типа и n-типа, нежели между моно- и поликристаллом. Разница в работе солнечных элементов при разной освещённости в основном определяется качеством изготовления и технологии, а не типом кристалла. Есть конкретные поликристаллические модули, которые работают лучше конкретных монокристаллических. Которые в свою очередь могут работать лучше других поликристаллических. Как обычно, чем крупнее и известнее производитель, тем более предсказуем результат и лучше качество. Именно поэтому мы всегда рекомендуем к покупке известные и проверенные бренды солнечных панелей. Все они перечислены в нашем Интернет-магазине в разделе «Солнечные панели», а также на нашем сайте в разделе «Солнечные батареи».

Блок: 2/4 | Кол-во символов: 2269

Новые разработки

С каждым днем технологии стремительно развиваются, и производство солнечных моделей не стоит на месте. Предлагаем ознакомиться с последними новинками на рынке солнечных систем.

Солнечная черепица

Солнечная черепицаДабы не испортить эстетику кровли дома и при этом получать бесплатную энергию солнца, можно рассмотреть вариант с покупкой солнечной черепицы. Этот отделочный материал состоит из достаточно прочного корпуса и встроенных фотоэлементов.

Кровельное покрытие вырабатывает достаточно энергии, которую можно использовать в бытовых условиях. При использовании такого материала-оборудования можно питать отдельно выделенную электросеть или сбрасывать электроэнергию в общую сеть.

В любом случае общие затраты на электроэнергию снижаются.

Лидером по производству солнечной черепицы является компания из России — «Инноватикс». Вот уже более десяти лет она продает высококачественные отделочные материалы со встроенными фотоэлементами.

Интересно, что такую черепицу тяжело отличить от обычного кровельного материала даже при близком расстоянии.

Преимущества солнечной черепицы:

  1. Полупроводниковый материал, который используется при соединении фотоэлементов, сократили в 4 раза.
  2. Инновационная система фокусировки солнечного света позволяет получать в 5 раз больше энергии.
  3. Средний срок эксплуатации солнечной черепицы составляет 20 лет.
  4. Относительно небольшой вес черепицы не имеет негативного давления на кровлю.
  5. Прочность солнечной черепицы позволяет ее использовать при любых погодных условиях. Черепица спокойно выдерживает град и другие осадки.
  6. Простота креплений позволяет надежно устанавливать черепицу в самые короткие сроки.

Солнечное окно

Солнечное окноБуквально три года назад на рынке солнечных технологий появилась новая разработка американских конструкторов из «Pythagorus Solar Windows». Суть инновации в том, чтобы использовать оконное стекло в качестве панели, добывающей солнечную энергию.

Подобные панели по полной используют в высотках европейских городов. Это позволяет существенно экономить электроэнергию.

Технология солнечных окон представляет собой использование фотоэлементов в виде кремниевых полос, встроенных между стеклами. Помимо того, что окна будут вырабатывать дополнительную электроэнергию, в дополнение окно будет защищать комнату от перегрева, задерживая солнечный свет. Внешне солнечные окна похожи на привычные жалюзи.

Другой производитель солнечных окон «Solaris Plus» предлагает использовать специальные стекла, обработанные специальным кремниевым напылением. Полосы будут преобразовывать солнечные лучи в электроэнергию, которая будет питать АКБ через полупрозрачные проводники.

Гибридные фотоэлементы

В 2015 году американскими конструкторами были разработаны гибридные фотоэлементы, позволяющие преобразовывать электроэнергию не только из солнечного света, но и тепла. Суть конструкции заключается в применении фотоэлементов из кремния и полимерной пленки «PEDOT».

Фотоэлемент фиксируется с пироэлектрической пленкой и соединяется с термоэлектрическим оборудованием, способным преобразовывать тепло в электрический ток.

Тестирование новой гибридной технологии показало, что новая термическая пленка способна вырабатывать в 10 раз больше электроэнергии, чем стандартная солнечная панель.

Блок: 3/4 | Кол-во символов: 3256

Несмотря на то, что между разными типами модулей есть различия, нет однозначного ответа, какой солнечный модуль удовлетворяет всем возможным требованиям лучше всего. Тип модуля выбирается в зависимости от характеристик вашего объекта и требований к установке.

Если вы не ограничены в бюджете и хотите достичь максимального срока службы и максимальной выработки энергии за срок службы солнечной панели, и вам важна площадь, занимаемая солнечной батареей — выбирайте монокристалл. Если есть ограничения в деньгах и нет ограничений по площади установки солнечной батареи и вы не гонитесь за максимальным показателем выработки кВт*ч за срок службы солнечной панели — смело покупайте поликристаллические модули.

«Ваш Солнечный Дом» всегда поможет вам с выбором солнечных панелей. Как лидеры рынка с огромным опытом, мы всегда сможем вам подсказать, какой солнечный модуль и какая технология наиболее подходят вам для решения вашей специфической задачи.

Эта статья прочитана 7323 раз(а)!

Блок: 3/4 | Кол-во символов: 988

Типы фотоэлектрических преобразователей

Классифицируют промышленные солнечные панели по их конструкционным особенностям и типу рабочего фотоэлектрического слоя. Различают такие виды батарей по типу устройства:

Гибкие тонкопленочные солнечные панели постепенно занимают всё большую нишу на рынке благодаря своей монтажной универсальности, ведь установить их можно на большинстве поверхностей с разнообразными архитектурными формами.

Реальные характеристики солнечных панелей обычно ниже, чем указанные в инструкции.

Поэтому перед их установкой дома желательно самому увидеть похожий реализованный проект

По типу рабочего фотоэлектрического слоя солнечные батареи разделяются на такие разновидности:

  1. Кремниевые:
    • монокристаллические;
    • поликристаллические;
    • аморфные.
  2. Теллурий-кадмиевые.
  3. На основе селенида индия- меди-галлия.
  4. Полимерные.
  5. Органические.
  6. На основе арсенида галлия.
  7. Комбинированные и многослойные.

Интерес для широкого потребителя представляют не все типы солнечных панелей, а только лишь первые два кристаллических подвида. Хотя некоторые другие типы панелей и имеют большие КПД, но из-за высокой стоимости они не получили широкого распространения.

Галерея изображений

Фото из

Монокристаллические панели легко угадать по белым квадратикам в уголках отдельных элементов

Поликристаллические панели рекомендуется ориентировать на восток и запад, а для южной стороны лучше приобрести монокристаллический модуль

Тонкопленочные солнечные панели популярны при изготовлении портативных туристических солнечных батарей

Солнечные панели с содержанием индия активно используются на космических спутниках

Мышьяк в солнечных батареях с арсенидом галлия становится токсичным только при прямом контакте с водой

Солнечные панели из редких металлов могут быть изготовлены любых размеров и формы

Органические солнечные панели пока что недоступны для массового потребителя из-за недостаточной испытанности технологии

Кремниевые фотоэлектрические элементы довольно чувствительны к нагреву. Базовая температура для измерения электрогенерации составляет 25 °C. При её повышении на один градус эффективность панелей снижается на 0,45-0,5%.

Блок: 3/7 | Кол-во символов: 2740

Кремниевые монокристаллические панели

Описание

Их легко узнать при визуальном осмотре. В углах элементов хорошо различимы квадратики белого цвета.

Для самих же пластин характерна поверхность однородного синего цвета. Кремний в этом случае требует высокой очистки. Понятно, что технологический процесс по очистке его отличается дороговизной. Затратным является и процесс, результатом которого является ориентирование кристаллов в одном направлении.

Важно: Характеристики рабочего слоя наибольший КПД обеспечивают лишь в случае, когда лучи падают на панели пол прямым углом.

КПД у них достаточно высокий, но и цена тоже самая большая, в сравнении с другими видами пластин.

Солнечным панелям монокристаллическим большой площади необходимы поворотные устройства. В таком виде они считаются идеальным решением для пустынь. Там их производительность наилучшая.

Работать монокристаллические панели не смогут без дополнительного оборудования, способного поворачивать конструкцию вслед за движущимся солнцем, стараясь, чтобы на лучи падали на пластину максимально близко к прямому углу.

Из выращенного в условиях производства кристалла, имеющего вид цилиндра, вырезаются слои. Вот почему у готовых блоков углы скруглены.

Преимущества

  • Высокий КПД – от 17 до 25 процентов;
  • Небольшая площадь для установки;
  • Период эксплуатации достигает 25 и более лет.

Недостатки

Их немного:

  • достаточно высокая цена;
  • небыстрая окупаемость;
  • поверхности панелей слишком чувствительны к различным загрязнениям. Поскольку свет хуже рассеивается на покрытой пылью панели, то и эффективность ее резко падает;
  • необходимость в прямых лучах требует их размещения только на открытых местах и высоко от земли.

Чем область ближе расположена к экватору, тем большее там количество в году солнечных дней. И это вид панелей, использующих энергию солнца, наиболее предпочтительный.

Блок: 8/13 | Кол-во символов: 1844

Поликристаллические

Все кремниевые устройства слишком реагируют на перегрев. Температура, рекомендуемая для измерения электрогенерации, составляет 25 градусов. Даже при ее увеличении всего на градус производительность уменьшается на 0,5%.

Поликристаллические конструкции также легко определить визуально, поскольку окрас их неравномерный, что связано с разной ориентированностью кристаллов, обеспечивающей высокое КПД в рассеянном свете. Хотя значение его меньше, чем в панелях однонаправленных, в непогоду наибольшей эффективностью отличаются именно они.

Чистота кремния намного ниже, чем у рассмотренных выше, также допускается присутствие примесей и инородных включений. Это снижает себестоимость. Для этого вида панелей металл просто разливается в формы. Затем, используя специальные приемы, формируют кристаллы, направленность которых контролировать не нужно.

Остывший кремний режут на слои, обрабатывая их по специальному алгоритму.

Эти батареи не нуждаются в непрерывном ориентировании на солнце, следовательно, для их установки пригодны крыши зданий.

Достоинства аморфного кремния в полной мере раскрываются в тени и с наступлением облачных дней и практически незаметны в солнечную погоду.

Не нужны им и поворотные механизмы, поскольку крепятся они стационарно.

Стоит такая разновидность панелей меньше, чем ориентированные.

Эффективность их падает на 20% после 20-летнего использования.

Они, понятно, есть:

  • Более низкий КПД;
  • Необходимо большая площадь для монтажа.

В последние годы, благодаря новым исследованиям и появляющимся технологиям, КПД неуклонно растет и у некоторых панелей достигает 20%.

Блок: 9/13 | Кол-во символов: 1634

Фотосенсибилизированные батареи

Фотосенсибилизирующий краситель опять-таки помогает оптимизировать приём солнечной энергии, но при этом солнечные панели работающие по этому принципу, скорее напоминают процесс фотосинтеза в природе. Впрочем, пока что это только концептуальная идея, не имеющая воплощения. Кто знает, может пока Вы соберётесь покупать солнечные панели, она уже будут вовсю продаваться на рынке.

Блок: 12/12 | Кол-во символов: 784

Кол-во блоков: 27 | Общее кол-во символов: 24320
Количество использованных доноров: 5
Информация по каждому донору:

  1. https://www.solnpanels.com/vidy-solnechnyh-batarej/: использовано 7 блоков из 12, кол-во символов 3586 (15%)
  2. https://motocarrello.ru/jelektrotehnologii/solnechnye-batarei/1895-solnechnyh-batarej.html: использовано 6 блоков из 13, кол-во символов 5838 (24%)
  3. http://je7.ru/sravnitel-nyy-obzor-razlichnyh-vidov-solnechnyh-batarey/: использовано 3 блоков из 7, кол-во символов 4948 (20%)
  4. https://teplo.guru/eko/solnechnyie-batarei-novogo-pokoleniya.html: использовано 3 блоков из 4, кол-во символов 4737 (19%)
  5. http://www.solarhome.ru/solar/pv/mono-or-poly-solar-panels.htm: использовано 3 блоков из 4, кол-во символов 5211 (21%)

КПД у разных типов солнечных панелей

Существует несколько разновидностей солнечных модулей, которые изготавливаются по собственным технологиям и обладают определенными параметрами. КПД солнечных панелей определяет их способность преобразовать солнечную энергию в электрический ток. Расчет производится путем деления мощности энергии, вырабатываемой панелью, на мощность потока света, падающего на рабочую поверхность.

Показатели панелей изначально определялись при стандартных лабораторных условиях (STS):

  • уровень инсоляции — 1000 вт/ м2
  • температура — 25°

Большинство современных производителей производят тестирование каждой собранной батареи и прилагают результаты к документации при продаже.

Это дает более полную и корректную информацию о каждой панели, поскольку в процессе изготовления возможны некоторые отклонения от технологических нормативов. Поэтому сравнение любых двух (или более) панелей всегда выявляет небольшое расхождение демонстрируемых параметров.

Практически любые отклонения в первую очередь отражаются на эффективности, т. е. на КПД солнечной батареи. Из-за этого все разновидности не имеют четко определенного значения. Обычно указывают довольно широкий диапазон, который может давать заметную разницу параметров солнечных модулей, изготовленных по одинаковой технологии.

Все виды фотоэлементов обладают определенными свойствами, определяющими эффективность солнечных батарей. Каждая разновидность имеет свои пределы возможностей, обусловленные строением и составом полупроводников.

Виды солнечных фотоэлементов и их КПД

Существуют разные виды солнечных батарей:

  • кремниевые
  • теллур-кадмиевые
  • из арсенида галлия
  • из селенида индия
  • полимерные
  • органические
  • комбинированные, многослойные

Самые эффективные солнечные панели из тех, что находятся в серийном производстве — кремниевые.

Их выпускают в двух видах:

  • монокристаллические. Изготавливаются из тонких пластинок, срезанных с цельного (монолитного) кристалла кремния.

    Солнечные элементы с высоким КПД. Новый рекорд! Вся правда об эффективности солнечных панелей (10 фото)

    Считается, что это — лучшие солнечные панели, демонстрирующие КПД от 17 до 22 %

  • поликристаллические. Заготовкой для этих элементов является брикет кремния, который был расплавлен и разлит по формам. Такие панели обладают немного сниженными показателями по всем позициям, чем монокристаллические. Их КПД находится в диапазоне 12-17 %

Есть еще одни современные солнечные батареи с высоким КПД — это панели на основе селенид-индия. Они способны выдать КПД 15-20 %. Несколько меньшими качествами обладают элементы из теллурида кадмия — не более 10-12 %.

Остальные виды значительно уступают лидерам — аморфные и полимерные элементы демонстрируют КПД не более 5-6 %. Необходимо учитывать, что приведенные показатели — усредненные. У разных производителей есть образцы, превышающие обычные нормы эффективности. Это не меняет общей картины, но демонстрирует необходимость совершенствования технологий, разработки новых методов производства фотоэлементов.

От чего зависит эффективность?

КПД солнечных фотоэлектрических установок составляет лишь малую часть от теоретически возможных показателей. Расчетный КПД доходит до 80-87 %, но изъяны технологии, недостаточная чистота материалов и неточность сборки элементов существенно снижают эти значения. Основная проблема кремниевых элементов заключается в способности поглощать лучи только инфракрасного спектра, а энергия ультрафиолетовых участков остается неиспользованной.

Проблема состоит в дороговизне процессов очистки, выращивания кристаллов и прочих тонких процедур, без которых ожидаемого эффекта не удастся добиться. Все солнечные панели с высоким КПД отличаются высокой стоимостью, что делает их недоступными для массового пользователя.

Необходимо учитывать также погодные и климатические условия. Самая производительная система не сможет демонстрировать высокие результаты, если источник энергии скрыт за тучами, или находится низко над горизонтом. Этот фактор не подлежит регулированию, единственным способом борьбы с ним может стать повышенная эффективность солнечных панелей.

Некоторые разновидности фотоэлементов способны вполне стабильно вырабатывать энергию в пасмурную погоду, например, тонкопленочные виды. Однако, их производительность невысока и не дает нужного количества энергии. Чем выше КПД батарей, тем сильнее падает количество вырабатываемой энергии при появлении облачности.

Ежегодно появляются заявления от различных компаний или групп ученых о разработке высокоэффективных образцов солнечных панелей, стабильно работающих в сложных условиях. Однако, в продаже до сих пор есть только привычные кремниевые или пленочные разновидности, а новинок не видно. Причиной этого является слишком высокая себестоимость производства и нестабильность результатов технологий, вынуждающие изготовителей пока отказываться от недоработанных новшеств.

Срок службы и окупаемость

Большинство солнечных панелей способны работать по 25 лет и более. Однако, первоначальные характеристики со временем ухудшаются, происходит падение производительности и, как следствие, уменьшение КПД. Факторы, влияющие не длительность эксплуатации фотоэлементов:

  • тип конструкции. Чем выше изначальная производительность, тем более высокие результаты панель будет показывать после многолетней службы
  • условия эксплуатации. В регионах с сильными среднесуточными и среднегодовыми перепадами температур ресурс панелей быстро уменьшается. Происходит физический износ полупроводников, нарушается прочность соединения слоев, образующих p-n переход. Все эти факторы отрицательно влияют на КПД солнечных модулей

Окупаемость панелей в первую очередь зависит от инсоляции — количества солнечной энергии, доступной фотоэлементам. Здесь необходимо учитывать следующие факторы:

  • продолжительность светового дня
  • положение солнца над горизонтом
  • погодные условия в регионе

Практика показывает, что средний процент деградации солнечных батарей составляет 0,6 % в год. Однако, к естественным процессам прибавляются внешние воздействия — температурные, механические и т.п. Поэтому производители обычно гарантируют, что в течение 10 лет эксплуатации производительность не упадет больше, чем на 10 %.

Вопрос окупаемости солнечных панелей всерьез никем не рассматривается. Существуют приблизительные расчеты, показывающие количество выработанной энергии и ее среднюю стоимость в течение 10, 25 лет. Эти данные не способны показать реальной картины, поскольку все комплексы работают в собственных условиях, подвергаются тем или иным воздействиям и не могут гарантировать заданной производительности.

Специалисты утверждают, что для некоторых регионов окупаемость солнечных батарей никогда не наступает, в других местностях она составляет около 10 или 15 лет.

Подробные исследования не производятся, или ведутся только для данного района. Если необходимо узнать технико-экономические показатели СЭС, приходится каждый раз производить индивидуальный расчет для данных условий, моделей солнечных модулей и прочих факторов воздействия.

Самые эффективные солнечные батареи

Обычный пользователь не старается глубоко вникнуть в теорию, поэтому он чаще всего задает вопрос — хочу купить солнечные панели, какие лучше? Вопрос простой, но ответить на него однозначно крайне сложно. Все зависит от возможностей и потребностей покупателя.

Споры о том, какие солнечные батареи самые эффективные ведутся с самого начала их использования. Несмотря на приоритет кристаллических кремниевых конструкций, нередко впереди оказываются другие виды панелей. Есть рекордсмены в этой области, например, фирма Sharp объявила о создании панелей с КПД 44 %. Эта же фирма создала модули с эффективностью 37,9 %. Есть образцы от других разработчиков с КПД около 32 %. Все эти модели весьма дороги и в массовое производство пока не поступают. Нерентабельность — основная проблема развития солнечных модулей.

Исследования и разработки для повышения КПД

Наиболее перспективным направлением исследований считается создание многослойных панелей. Основной упор делается на возможность получения энергии от инфракрасных и ультрафиолетовых лучей, которые во многом более активны, чем видимые части спектра. Работы ведутся и в области очистки кремниевых структур, создания наиболее однородных и чистых кристаллов.

Еще одним направлением является создание максимально плотных и ровных соединений полупроводников. Электрический ток возникает на границе двух материалов, и, если поверхность обоих изобилует впадинами и прочими изъянами, эти участки исключаются из общей рабочей зоны. Проблема технически сложная, поскольку речь идет о микронной точности шлифовки. Для промышленного производства эти методики пока слишком сложны, а цены на панели будут недоступны рядовым покупателям. Процесс исследований происходит непрерывно, поэтому ожидать положительных сдвигов можно в любой момент.

Солнечные батареи можно купить для электроснабжения частного дома, дачи или другого помещения. Сложность их выбора состоит в необходимости создания сбалансированной системы из разных элементов. К ним относятся: фотопанели и аккумулятор, инвертор и контроллер.

  1. Как устроена и работает солнечная батарея
  2. Преимущества и эффективность автономных устройств
  3. Недостатки солнечных батарей для дома
  4. Когда солнечные батареи целесообразны
  5. Режимы автономного электроснабжения
  6. Выбор панелей солнечных батарей
  7. Выбор контроллера и инвертора
  8. Выбор аккумуляторов
  9. Обслуживание солнечной батареи

Как устроена и работает солнечная батарея

Солнечная батарея представляет собой независимый источник электроэнергии. Устройство состоит из ряда полупроводников, которые преобразовывают солнечное излучение в ток. Размер поглощающих панелей варьируется от пары миллиметров до нескольких метров.

Батарея состоит из двух слоев с разной проводимостью. Солнечная энергия выбивает электроны из катода и они попадают в пустоши анода. Получается их круговорот. Исторически первым фотоэлементом был селен. Но его производительность была низкой.

В 1954 представители телекоммуникационной компании США предложили заменить его кремнием. И уже через 4 года был запущен спутник на фотоэлементе из него. Эффективность монокристаллического материала составляет 17 %, а поликристаллического – 15 %.

Со времен производства первых солнечных батарей их стоимость существенно упала.

Для продолжительности срока службы, устройства элементы шунтуются диодами. Что уменьшает итоговое сопротивление цепи. Обычно их размещают на каждой четверти длины батареи. Такая конструкция особенно важна, когда часть панелей находится в тени. Диоды не позволяют превращаться им в потребителей тока.

Накапливаемое электричество сохраняется в аккумуляторе. Напряжение которого меньше, чем поступающий потенциал. Процесс заряда и его скорость проверяется специальным контроллером.

Эффективными считаются свинцовые и гелевые устройства для накопления энергии. Срок их эксплуатации составляет 10 — 15 лет.

Избыточный ток поглощает резистор. Для преобразования постоянного напряжения в переменное используют инверторы.

Производительность солнечной батареи зависит от угла ее наклона и стороны света, в которую она направлена. Так, максимальный результат будет от такого размещения устройства:

  • на юг под углом в 30° — эффективность 100%,
  • на юго-восток/юго-запад под углом 30° — 93%,
  • на восток/запад под углом — 93°.

Преимущества и эффективность автономных устройств

Покупают солнечные батареи для дачи, частного дома, отелей в курортных городах. Пользователи отмечают ряд их конкурентных преимуществ:

  • неисчерпаемость источника энергии,
  • общедоступность в любой местности,
  • экологическая безопасность,
  • бесшумность системы,
  • длительный срок службы до 25 лет,
  • государственная поддержка развития альтернативных источников электроэнергии в Европейских странах,
  • возможность монтажа дополнительных панелей для расширения системы,
  • малая вероятность поломки,
  • бесплатность самой энергии,
  • автономность системы.

Недостатки солнечных батарей для дома

Использование солнечных батарей сопровождается рядом недостатков:

  • высокая стоимость системы,
  • необходимость разового вклада большой суммы,
  • низкая производительность по сравнению с традиционными источниками питания,
  • необходимость места для размещения дополнительных комплектующих,
  • длительный срок окупаемости,
  • необходимость постоянного ухода,
  • проблемы утилизации батарей,
  • вероятность кражи дорогостоящего оборудования,
  • неэффективность в зимнюю, туманную и пасмурную пору.

Когда солнечные батареи целесообразны

Стоимость автономного энергоснабжения зависит от ее мощности и производительности. И чем она больше, тем меньше цена единиц ее составляющих.

Мощные солнечные батареи можно купить от 330 до 530 у.е. Для того, чтобы обеспечить электроэнергией дом на 4 человека потребуется вложиться на 15 – 25 тыс. у.е.

В Западной Европе спрос на альтернативные источники питания выше, поскольку там достаток людей выше. К тому же, есть возможность передачи накопленной энергии в общую сеть. При этом закупочная цена со стороны государства выше, чем тарифы при потреблении.

Целесообразно использовать мощность солнечных батарей при недостатке электроэнергии в регионе. Например, в курортном городе, где в «сезон» вводятся ограничения потребления.

Или же дом находится вдали от источника питания. И прокладка сети проводов дороже, чем стоимость батарей.

Лучше использовать энергию солнца, когда ее поступление не закрывают туманы и плохая погода. Например, на юге страны на возвышенности.

Для большей эффективности солнечной батареи следуйте инструкции установки, которая идет от производителя.

Режимы автономного электроснабжения

При выборе системы солнечного источника питания, необходимо учитывать максимальную силу, требуемую от нее. Она вычисляется суммированием мощностей всех бытовых инструментов и других электропотребителей. Также надо определить среднесуточную норму. Она зависит от режима автономности от общей сети.

Полная замена привычного источника питания, сопровождается отключением от городского электроснабжения. Требуемое количество мощности определяется по показателям счетчика за предыдущие периоды. При этом целесообразно учитывать возможных будущих электрических потребителей, задел на которые лучше сделать заранее. Обычно необходимо не менее 600 кВт в месяц для обеспечения дома на 3 – 4 человека.

При частичном электроснабжении, основная мощность идет от сети, остальная – от солнечных батарей. Приборы, устройства и системы, требующие больше 2 кВт/ч или 5 кВт/сутки остаются на традиционном источнике питания. Например, пол с подогревом, электрический бойлер, стиральная машина, обогреватель, утюг. Для такого режима потребуется 2 – 2,5 кВт/ч.

Умеренное электроснабжение меняет привычный стиль жизни. Емкие работы, как большая стирка, выполняются периодически 1 – 2 раза в месяц. В период высокой активности солнца. Нагрев воды также ограничивается до почасовой подачи. Для системы необходимо 150 кВт в месяц при возможном среднем потреблении энергии в 4 – 6 кВт/ч. Пиковая мощность может достигать 10 кВт/ч.

При базовом режиме используется 100 кВт в месяц. Хозяева находятся в состоянии экономии энергии, постоянно контролируют включение света и других потребителей тока. Работы, требующие большой мощности, проводятся до обеда. Чтобы до вечера аккумулятор накопил достаточное количество заряда.

Аварийный режим используется в экстренных ситуациях и в течение нескольких дней. После, предполагается восстановление привычного уровня электроснабжения от сети. Используется для обеспечения основных надобностей жителей дома. Среднее потребление энергии в сутки не превышает 2 кВт при пиковом значении в 6 кВт/ч.

После определения уровня требуемой энергии можно приступать к выбору конкретной системы солнечных батарей.

Выбор панелей солнечных батарей

Солнечные батареи имеют такие характеристики:

  • размер,
  • материал изготовления,
  • мощность,
  • напряжение номинальное и при пиковой мощности,
  • ток при максимальной мощности,
  • сила тока при коротком замыкании,
  • диапазон рабочей температуры,
  • срок эксплуатации.

При выборе фотоэлементов необходимо учитывать все вышеперечисленные показатели.

Для достижения необходимого уровня напряжения, панели параллельно соединяются в блоки. Важно понимать, что для объединения используются однотипные элементы. Но, если выбор между большой батареей или парой маленьких, то лучше отдать предпочтение первому варианту. Поскольку в нем отсутствуют дополнительные соединения, что увеличивает надежность конструкции.

Обычно размеры панелей составляют 1 – 2 м² при мощности в 220 – 250 Вт.

Современные батареи изготавливают из кремния.

Сколько стоит солнечная батарея зависит от ее типа. Фотопанели бывают моно- и поликристаллические. Первые, отличаются большей эффективностью на уровне 17,5% при сравнительном показателе в 15% аналога. Но их стоимость выше. Но в готовой конструкции при пересчете получаемой энергии на затраты, стоимость 1 Ватт приблизительно равна. Срок эксплуатации панелей одинаковый. А вот активность солнца отличается не постоянством в разные периоды года. Поэтому предпочтительней приобретение монокристаллических фотоэлементов.

Номинальное напряжение является показателем, на который рассчитано устройство в условиях нормальной работы. При этом максимальное — выше на 5 – 10 %.

В случае с солнечными батареями отдайте предпочтение 24-х вольтовым панелям. Больший показатель встречается редко. А устройства на 12 В предназначены для малых систем. Их обычно используют по архитекторским соображениям, когда ограничено пространство под батарею.

Установка способна работать при определенной температуре. Оптимальным решением является диапазон от -40°С до +90°С.

По отзывам потребителей, солнечные батареи исправно функционируют в течение 20 – 25 лет. При этом их эффективность снижается на 7 – 8 % каждые 10 лет.

Выбор контроллера и инвертора

Контроллер монтируется между солнечной батареей и аккумулятором. Он управляет уровнем напряжения, идущего от фотопанелей, в зависимости от уровня заряда накопителя энергии. Так при 100% накопления, предупреждается перезаряд отключением подачи напряжения в аккумулятор.

Дорогостоящие технологии отслеживают изменение входящих потоков и балансируют их.

Побит рекорд КПД кремниевых солнечных панелей

Так достигается максимально возможная продуктивность батарей в любой период суток и времени года. Контроллеры Maximum Power Point Tracking целесообразно использовать в больших системах. А при обеспечении энергией частного дома достаточно упрощенной модели. Например, типа PWM.

Такие устройства при уровне заряда аккумулятора от 80% уменьшают напряжение солнечной батареи и поддерживают его. Для сравнения контроллеры ON/OFF, которые являются самым дешевым аналогом, просто отключают систему.

Также важно, чтобы контролирующий блок мог компенсировать температуру и предполагал выбор типа аккумуляторной батареи.

Производители солнечных батарей при отказе от контроллера рекомендуют постоянно измерять вольтметром заряд аккумулятора. И при необходимости вручную отключать систему. Поскольку при перезаряде уменьшается срок службы накопителя.

Инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное. Показатель входного напряжения должен соотноситься с мощностью устройства. Так при его силе в 600 Вт достаточно U = 24 В, и соответственно 48 В при большей мощности.

Если говорить о видах инвертора, то меньше всего хлопот доставит синусоидальное устройство.

Косвенным показателем является вес оборудования. Поскольку трансформатор отличается значительной массой, то условно на 100 Вт идет 1 кг инвертора. И поэтому качественный преобразователь в 1000 Вт весит 8 – 10 кг.

Номинальная выходящая мощность должна равняться силе всех электрических потребителей.

Выбор аккумуляторов

Аккумулятор стоит выбирать, исходя из количества энергии, которое он будет накапливать. Для этого определяется суточная потребность в энергии на разные потребители. При этом делается корректировка в дополнительные 10% на потери преобразования в инверторе.

Если солнечные батареи будут автономным источником питания, то важно максимальное возможное количество заряда аккумулятора. А при резервном или аварийном режиме системы необходимо отдавать предпочтение аккумуляторам с большим сроком службы.

Стартейные батареи нуждаются в постоянном обслуживании и используются при малой силе системы. Гелевые аналоги не так требовательны в уходе и способны накапливать больше энергии. Герметичные и заливные аккумуляторы обеспечивают длительное время работы при высоких мощностях. AGM используются преимущественно для резервного режима энергосбережения.

При одинаковых характеристиках, лучшими реальными показателями будет обладать более тяжелый аналог.

Обслуживание солнечной батареи

Солнечные батареи требуют большего ухода, чем стационарная сеть. Их поверхность надо систематически очищать от загрязнений. Таких как, птичий помет, пыль, следы от осадков. Так как загрязненные панели поглощают меньше солнечной энергии.

Для чистки достаточно помыть их потоком воды из шланга. А для снятия снега использовать палку по типу старой швабры с резиновой прослойкой.

Также необходимо обрезать ветки деревьев, которые кидают тень на поверхность батарей. В идеале лучше, чтобы в прилежащей территории дома высоких насаждений не было вовсе.

Два раза в год проверяйте состояние креплений системы. При необходимости смените их.

Что нужно для того, чтобы вдвое увеличить КПД солнечной батареи или концентратора, в 17 раз уменьшив общий вес конструкции? Оказывается, для этого потребуется самая малость – обратиться за советом к природе, которая, при соответствующем подходе, всегда готова ответить на любые наши вопросы. Что и сделали британские исследователи, обратившие внимание на некоторые особенности поведения бабочки из семейства Pieridae перед моментом взлета.
О том, как непритязательная бабочка помогла совершить подлинный энергетический прорыв в солнечной энергетике и какие планы у авторов изобретения на ближайшее будущее мы расскажем в нашей статье.
Эффективное использование фотоэлектрической энергии связано с развертыванием широких массивов солнечных панелей. Научные сотрудники университета Эксетера (Великобритания) – энтомолог Ричард Френч-Констант с группой коллег под руководством Тапаса Маллика задались закономерным вопросом: что нужно сделать для того, чтобы увеличить их эффективность не на 2-5%, а самым кардинальным образом, снизив при этом вес конструкции и расширив ее область применения.
Как оказалось, ответ на этот принципиальный вопрос лежал на поверхности, но, как говорится, ждал своего часа и помогла с его разрешением скромная бабочка, известная многим из нас как Белянка обыкновенная. Как заявил по результатам проведенных экспериментов Френч-Констант: «Наше исследование показало, что непритязательная капустница-белянка является не просто вредителем, угрожающим урожаю, но и настоящим экспертом в области сбора солнечной энергии и использования ее для своих нужд».

Почему Pieridae?

Следующим логическим шагом стал поиск кандидата на роль лучшего “оптимизатора солнечной энергии”. Поскольку в группе ученых оказался профессиональный специалист энтомолог, зоной особого внимания стало царство бабочек. И здесь то и обнаружилась интереснейшая деталь: капустница обыкновенная из семейства Pieridae просыпается и появляется в свободном полете значительно раньше других, что особенно заметно в пасмурный день, когда Солнце скрывается за тучами. Возможно в тысячах подобных ситуаций этот факт можно было бы считать чистой случайностью, но только не в случае с группой Маллика – Френч-Константа. Так нужный объект для дальнейших исследований был идентифицирован, и со своим выбором, как показали результаты опытов ученые не ошиблись.
Оставалось главное: найти тот заветный ключик, который позволял Белянке обыкновенной трансформировать максимальное количество солнечной энергии, демонстрируя завидную активность в то время, как остальные представительницы рода спали глубоким сном. Группа физиков, руководимая Малликом высказала предположение, что ответ следует искать в крыльях бабочки, а точнее, в их строении и взаимном расположении.

Современные солнечные батареи с высоким кпд

Другим интересным наблюдением стал тот факт, что такие ячейки в отдельных местах могут располагаться в несколько слоев.
Одна из важнейших целей исследования — необходимость подтвердить предположение, что даже одиночный слой ячеек на поверхности крыла способен обеспечить светоотражающую способность, достаточную для выполнения своей функции. При этом крылья большой Белянки обязательно должны расположиться под таким углом, чтобы количество полезной отражаемой от них энергии необходимой для разогрева мышц бабочки, отвечающих за полет, было максимальным.

Прекрасно иллюстрирует ключевую идею эксперимента диаграмма термического анализа тела бабочки с полностью раскрытыми крыльями и крыльями, раскрытыми под оптимальным углом 17° через 10 и 35 секунд экспозиции. Снимки сделаны инфракрасной камерой.
График зависимости температуры от угла наклона крыльев относительно вертикальной оси при экспозиции 10 и 35 сек
Видно, что при угле наклона в 17° температура грудной клетки бабочки увеличилась на 7.3°С больше, нежели при раскрытии крыльев под развернутым углом при той же длительности эксперимента.
Экспериментально подтвердив вышеперечисленные предположения, ученые сумели не только доказать высочайшую эффективность природного механизма накопления полезной энергии, но и теоретически обосновать возможность создания концентраторов для солнечных батарей, способных отражать на фотоэлементы максимальное количество энергии светового потока. Это, в свою очередь, дает возможность преобразовывать и отдавать потребителю на 42,3% — 50% энергии больше, чем в существующих солнечных батареях аналогах. При этом вес полезной конструкции громоздкого концентратора уменьшается в 17 раз, что значительно расширяет возможности применения солнечной панели! Так в основу новой технологии лег принцип сбора полезной энергии, заложенный в крыльях “Большой белой” самой природой.
Результаты экспериментов подтвердили также и то, что достаточным для выполнения своей функции потенциалом располагает и один единственный слой ячеек, обладающих поистине уникальной отражающей способностью.

Альтернатива существующим концентраторам

Несмотря на очевидные достоинства и пользу, существующие концентраторы из линз и зеркал, захватывающих световой поток и перенаправляющих его на поверхность фотоэлектрических пластин продолжают оставаться громоздкими, тяжеловесными конструкциями, что существенно ограничивает их применение. Облегченный вариант конструкции концентратора из пластиковых зеркал со светоотражающей пленкой при нанесении на сложную поверхность часто теряет в отражательной способности. Определенные требования на форму конструкции накладывает и концентратор, изготовленный из полимера. В качестве альтернативы существующим решениям с перечисленными ограничениями группа ученых из Эксетера предложила облегченный вариант концентратора с ячеистым покрытием, аналогичным по своей структуре естественному отражающему слою крыла Белянки.
Максимальная отражающая способность создается не только благодаря оптимальному углу наклона крыльев, но и за счет нано-шариков – т. н. “птериновых бус”, распределенных по структуре крыла строго определенным образом. При их извлечении показатель отражения снижается на 1/3.
Большая белая бабочка, как прототип идеального солнечного концентратора
В эксперименте была использована инфракрасная камера. При угле наклона в 17° температура грудной клетки бабочки увеличилась на 7.3°С больше, нежели при раскрытии крыльев под углом в 90° к вертикали при той же длительности эксперимента.
Для того, чтобы определить, крылья каких бабочек смогут подойти в качестве возможного прототипа пленки для концентратора, Френч-Констант предложил отобрать три бабочки из семейства Pieridae. Максимальный коэффициент отражения был зафиксирован для передних крыльев Большой белой бабочки. При этом характеристики отраженного света оптимально сочетаются с особенностями кристаллической решетки кремния (на всем диапазоне 400-950 нм достигается отражающая способность более 78.9%).
В другом эксперименте крылья Большой белой бабочки были закреплены над фрагментом монокристаллического кремния размером 1см х 1см. Замеры показали, что выделяемая мощность при этом выросла на 42.3% с 16.8 до 23.9 мВт. При этом вес стандартной отражающей пленки, в сравнении с крыльями Большой белой оказался в соотношении 17:1.
Изменение напряжения (в mv) и показателя мощность/вес после “подключения” к схеме крыльев бабочки Большой Белой
Маллик и группа уверены: достигнутый уровень понимания принципов, заложенных в основе рассмотренного природного феномена позволит создать легчаюшую пленку — искусственный аналог крыла Большой Белой с еще более впечатляющими отражающими характеристиками.
Пожелаем им успехов и будем надеяться, что уже в скором времени доступной солнечной электроэнергии в наших домах будет хватать не только на то, чтобы зарядить гаджет, но и на то, чтобы обеспечить жизнедеятельность всей домашней инфраструктуры, а возможно, и поделиться с соседом.)
Уважаемые читатели, мы всегда с удовольствием встречаем и ждем вас на страницах блога iCover! Мы готовы и дальше радовать вас своими публикациями и постараемся сделать все возможное для того, чтобы проведенное с нами время доставило удовольствие и вам.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *