Виды солнечных батарей, их особенности, эффективность и установка
В недавнем прошлом мы не могли и подумать о бесплатном электричестве из солнечной энергии. Солнечные батареи казались чем-то из мира фантастики. Ещё лет 20─30 назад они применялись только в космической отрасли. Но технологии стремительно развиваются и всё больше людей используют альтернативные источники энергии. Оборудование для этого постепенно дешевеет и становится более удобным для эксплуатации. Сегодня уже без проблем можно купить автономную солнечную электростанцию для обеспечения потребностей в электроэнергии частного дома. Солнечная энергия неисчерпаема и мы её получаем совершенно бесплатно. Кризисные явления последних лет только сильнее стимулируют людей к экономии. Появилось немало предприятий, которые занимаются выпуском солнечных батарей как за границей, так и в России. Гелиосистемы особенно популярны в частном секторе. Ведь свой дом гораздо легче модифицировать под альтернативные источники энергии, чем многоквартирный дом.
Содержание статьи
Устройство и принцип работы солнечных батарей
Солнечные батареи улавливают солнечный свет и генерируют электрический ток. Принцип их действия основан на фотоэлектрическом эффекте. Электрический ток генерируется благодаря эмиссии электронов при нагревании полупроводника фотоэлемента. Подробнее о принципе работы солнечной батареи читайте в статье по ссылке. Основа фотоэлектрического элемента – это кремний. КПД фотоэлектрических элементов в теории доходит до 30 процентов при выдаваемой мощности 300 ватт. Но в реальных условиях эксплуатации таких результатов добиться не получается. КПД обычно находится на уровне 12─15%.
Солнечные батареи
Чтобы получать приемлемую выработку электричества, батарей часто объединяют в цепи, соединяя их последовательно и параллельно. Это позволяет наращивать выходную мощность и напряжение. Кроме того, такие цепи батарей обеспечивают стабильную выработку тока даже при небольшой облачности. Интенсивность солнечного света – это первое, от чего зависит производительность гелиосистемы. Есть различные типы фотоэлементов, из которых собираются солнечные батареи.
Существуют следующие типы:
- Тонкопленочные;
- Монокристаллические;
- Поликристаллические.
Тонкопленочные батареи представляют собой гибкие, складывающиеся панели или даже плёнку. Их плюс заключается в небольших габаритах, мобильности, доступной цене и т. п. Но эффективность их работы оставляет желать лучшего. КПД таких гибких солнечных панелей редко поднимается выше 6%. Они в основном используются в power bank, а также мобильных гаджетах для их подзарядки вдали от электрических сетей.
Монокристаллические фотоэлементы изготавливаются на основе монокристаллов кремния. По внешнему виду такие элементы можно отличить по равномерному синему цвету. Этот тип панелей специалисты рекомендуют устанавливать в регионах, где часто бывает область. Они способны эффективно улавливать рассеянный солнечный свет.
Монокристаллический фотоэлемент
Солнечные батареи на основе поликристаллических элементов хуже работают в регионах с пасмурной погодой и их лучше устанавливать в южных регионах. Элементы таких батарей изготавливаются из поликристаллического кремния. По цене они несколько дешевле монокристаллических.
Поликристаллический фотоэлемент
Подробнее о КПД солнечных батарей читайте в статье по указанной ссылке.
Здесь ещё следует упомянуть такой момент. Солнечные батареи не эксплуатируются сами по себе. Они работают в составе автономных гелиосистем. В них входят следующие элементы:
- Солнечные батареи. Они используются по одной или объединяются в цепи. Количество батарей зависит от того, какие электрические параметры нужно получить на выходе;
- Контроллер. Это устройство на базе электронной микросхемы управляет распределением тока в сети и зарядом накопительных аккумуляторов. Читайте подробнее про контроллер заряда солнечной батареи;
- Инвертор. Преобразует постоянный ток от фотоэлементов (12─48 вольт) в переменный (220 вольт, 50 Гц) как тот, что подаётся в бытовых электросетях. От него обеспечивается питание бытовых приборов. Подробнее можно узнать в статье про инвертор для солнечных батарей;
- Аккумулятор. Может быть один или несколько. В солнечный день батареи работают на полную мощность, а ночью простаивают. Поэтому для накопления электроэнергии используются аккумуляторы. Они накапливают заряд днём и отдают его ночью. Для более подробной информации читайте материал про аккумуляторы для солнечных батарей;
- Провода, крепёж и т. п.
Вернуться к содержанию
Расчёт солнечных батарей и их эффективность
Перед приобретением гелиосистемы нужно провести простые расчёты для того, чтобы понять какой мощности требуется установка. Обычно солнечные батареи выполняются из фотоэлементов, число которых кратно 36. Чтобы понять, сколько вам потребуется панелей, нужно подсчитать расход электричества в вашем доме. Для этого, соберите квитанции за электричество в течение года и просуммируйте киловатты, потраченные за это время. Далее делите на 12 и получаете средний расход за месяц. Полученный результат ещё умножается на 16. Этот коэффициент был получен на основе реальной эксплуатации гелиосистем в российском климате.
Эффективность солнечных батарей
Например, годовой расход электроэнергии 1800 кВт. Если разделить это число на 12 и умножить на 16, то получится 2400. То есть, для обеспечения электроэнергией такого дома следует выбирать гелиосистему мощностью не менее 2400 ватт. На выбор также влияет то характер проживания в доме. Дом может использоваться круглый год, а может, только во время летнего сезона.
Если говорить об экономической выгоде и оправданности использования солнечных батарей, то в западном мире больше заботятся о состоянии окружающей среды. Но нашего человека можно заинтересовать только экономической выгодой. А здесь ситуация неоднозначная.
С учётом сегодняшней стоимости электричества и российского климата солнечные батареи для энергоснабжения частного дома окупаются примерно за 5 лет. Это приблизительные цифры, поскольку в южных регионах они могут окупиться быстрее, а на севере медленнее. Срок службы полупроводниковых фотоэлементов в батарее около 25 лет. То есть, за пять вы возвращаете стоимость оборудования, а потом получаете бесплатную электроэнергию.
Но здесь нужно помнить, что аккумуляторы в солнечной системе придётся менять регулярно (примерно раз в 5 лет). А если их несколько, то это влетит в копеечку.
Вернуться к содержанию
Установка солнечных батарей
Для установки солнечных батарей используются различные места: крыша, фасад, свободное место на участке. В идеале фотоэлементы должны быть направлены к солнечным лучам под углом 90 градусов. Так достигается наибольший КПД. Для панелей даже существуют специальные держатели, которые с помощью датчика отслеживают положение солнца, и автоматически корректирую положение. Но в большинстве случаев солнечные панели просто крепятся на южную сторону под углом, равным широте вашего региона.
Расположение солнечных батарей
Варианты мест для установки батарей могут быть следующие:
- Крыша. Это решение выглядит очевидным, но не всегда это самый оптимальный вариант. К тому же, скат крыши, где крепятся солнечные панели должен выходить на юг. Не забывайте, что в процесс эксплуатации поверхность батарей нужно чистить от грязи, пыли, снега. А на крыше это делать труднее всего;
- Фасад, стены. Здесь такое же правило, что и с крышей. Стена должна выходить на юг. Тогда на ней можно размещать солнечные батареи. Перед установкой внимательно проверьте, не падает ли на эту стену тень от других построек, деревьев и т. д. Если тень есть даже непродолжительное время, устанавливать батареи там не стоит. А также не подвешивайте их на западной и восточной стенах. В этом случае на фотоэлементы будут попадать косые лучи практически всё дневное время;
- Установка на свободном месте участка. Это наиболее свободный вариант в плане выбора места и эффективности. Но это требует дополнительного места, на которое не падает тень в течение дня. При таком расположении панели часто закрепляют на шарнирах, чтобы они могли менять расположение вслед за солнцем.
Вернуться к содержанию
Плюсы и минусы
Преимущества
- Экологичность. Солнечные батареи не наносят ущерба окружающей среде. Здесь нет никаких продуктов сгорания, как на ТЭС;
- Автономность. Можно обеспечить энергоснабжением дома, которые находятся далеко от энергосетей;
- Длительный срок эксплуатации фотоэлементов;
- Солнечная энергия бесплатна. Это значит, что после окупаемости гелиосистемы, вы будете получать электричество бесплатно.
Недостатки
- Небольшая эффективность в северных регионах, а также там, где частые осадки и постоянная облачность;
- Уход при эксплуатации. Поверхность солнечных батарей нуждается в периодической чистке. Нужно убирать грязь, снег, пыль. Это может представлять серьёзную проблему при размещении панелей на крыше;
- Высокая стоимость гелиосистем. Помимо батарей, туда входит немало дорогостоящего оборудования;
- Невысокий КПД;
- Большой срок окупаемости.
Вернуться к содержанию
Опрос
Загрузка ...
Если статья оказалась для вас полезной, то распространите ссылку на неё в социальных сетях. Этим вы поможете развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию
(голосов: 5, в среднем: 5,00 из 5)
Загрузка...
