Виды солнечных панелей: как выбрать и какие лучше установить

Солнечные панели на основе кремния

Наибольшей популярностью пользуются элементы, основой которых является моно-кристаллический кремний. Производство осуществляется методом литья, а новые технологии дают возможность получать совершенно чистые кристаллы кремния. Твердение расплава происходит во взаимодействии с кристаллической затравкой.

В процессе охлаждения и застывания образуются цилиндрические монокристаллы, диаметр которых составляет от 13 до 20 см, а длина – 2 м. Стержни разрезаются на отдельные части. Толщина каждого кружка выдерживается в пределах 0,2-0,4 мм. Из этих кружочков образуются ячейки. Для одной панели их оптимальное количество составляет 36 единиц.

Наиболее качественные кристаллы позволяют увеличить КПД до 19%. В таких монокристаллах атомы сориентированы таким образом, что подвижность электронов заметно возрастает. Весь кремний пронизан металлической сеткой, выполняющей функцию электродов. Для установки панели предусмотрена алюминиевая рамка, после чего модуль закрывается противоударным защитным стеклом. Полученная поверхность бывает черного или темно синего цвета.

Монокристаллические кремниевые солнечные батареи отличаются надежностью и долговечностью. Расчетный срок эксплуатации составляет 50 лет. Отсутствие движущихся деталей существенно упрощает монтаж. Они используются в районах с большим количеством солнечных дней, где обычное энергоснабжение работает с перебоями. Высокая эффективность панелей определяется их высокой стоимостью. В большинстве случаев их использование экономически выгодно и целесообразно.

В более дешевых батареях используется мультикристаллический кремний, в состав которого входят различные монокристаллические решетки, собранные в случайном порядке. Срок эксплуатации таких устройств планируется не более 25 лет, а их КПД и стоимость гораздо ниже, чем у классических панелей.

Существует еще один вариант солнечных батарей, в которых использовались элементы поликристаллического кремния. Он также отличается низкой стоимостью, а его кристаллы находятся в агрегатном состоянии, обладают различной формой и ориентацией. В отличие от монокристаллов, они окрашены в собственный ярко синий цвет. Производство таких компонентов постоянно совершенствуется и в настоящее время их параметры лишь незначительно отличаются от лидирующих конструкций.

Производство поликристаллов осуществляется путем медленного охлаждения кремниевой субстанции. Процесс изготовления быстрый и дешевый, однако КПД таких панелей получается достаточно низким. Причина заключается в образовании внутренних поликристаллов, снижающих эффективность батарей.

Виды солнечных батарей

Кроме размера и мощности, панели отличаются способом, которым изготавливаются из кремния отдельные элементы.

Элементы из монокристаллического кремния

Элементы солнечных батарей, изготовленные из монокристаллического кремния, имеют форму квадрата с закругленными углами. Это связано с технологией изготовления:

• из расплавленного кремния высокой степени очистки выращивается кристалл цилиндрической формы;
• после остывания у цилиндра обрезаются края, и основание из круга принимает форму квадрата с закругленными углами;
• получившийся брусок разрезается на пластины толщиной 0,3 мм;
• в пластины добавляются бор и фосфор и на них наклеиваются контактные полоски;
• из готовых элементов собирается ячейка батареи.

Готовая ячейка закрепляется на основании и закрывается стеклом, пропускающим ультрафиолетовые лучи или ламинируется.

Такие устройства отличаются самым высоким КПД и надежностью, поэтому устанавливаются в важных местах, например, в космических аппаратах.

Фотоэлементы из мульти-поликристаллического кремния

Кроме элементов из цельного кристалла, есть устройства, в которых фотоэлементы изготавливаются из поликристаллического кремния. Технология производства похожа. Основное отличие в том, что вместо кристалла круглой формы используется прямоугольный брусок, состоящий из большого количества мелких кристаллов различных форм и размеров. Поэтому элементы получаются прямоугольной или квадратной формы.

В качестве сырья берутся отходы производства микросхем и фотоэлементов. Это удешевляет готовое изделие, но ухудшает его качество. Такие устройства имеют меньший КПД – в среднем 18% против 20–22% у монокристаллических батарей. Однако вопрос выбора достаточно сложный. У разных производителей цена одного киловатт мощности монокристаллических и поликристаллических панелей может быть одинаковой или в пользу любого вида устройств.

Фотоэлементы из аморфного кремния

В последние годы распространение получили гибкие батареи, которые легче жестких. Технология их изготовления отличается от технологии изготовления моно- и поликристаллических панелей – на гибкую основу, обычно стальной лист, напыляются тонкие слои кремния с добавками до достижения необходимой толщины. После этого листы разрезаются, к ним приклеиваются токопроводящие полоски и вся конструкция ламинируется.

КПД таких батарей примерно в 2 раза меньше, чем у жестких конструкций, однако, они легче и более прочные за счет того, что их можно сгибать.

Такие приборы дороже обычных, но им нет альтернативы в походных условиях, когда основное значение имеет легкость и надежность. Панели можно нашить на палатку или рюкзак, и заряжать аккумуляторы во время движения. В сложенном виде такие устройства похожи на книгу или свернутый в рулон чертеж, который можно поместить в футляр, напоминающий тубус.

Кроме зарядки мобильных устройств в походе, гибкие панели устанавливаются в электромобилях и электросамолетах. На крыше такие приборы повторяют изгибы черепицы, а если в качестве основы использовать стекло, то оно приобретает вид тонированного и его можно вставить в окно дома или теплицу.

Виды батарей

Существует несколько разновидностей панелей, работающих от солнца:

• Батареи на основе кремния. Они изготавливаются методом выращивания монокристаллов из чистых кремниевых частиц, в процессе которого расплав затвердевает, контактируя с кристаллической затравкой. Кремний, охлаждаясь, застывает в специальной форме диаметром от 12 до 20 сантиметров. Слиток, полученный таким способом, нарезается на пластины толщиной до 300 микрон. Эти элементы показывают высокий КПД – до 19 процентов, что достигается особой ориентацией частиц монокристалла, способствующей увеличению активности электронов. Внутри батареи пластины кремния пронизаны металлическими электродами, по которым движется ток.
• Тонкопленочные панели. Технологии производства тонкопленочных элементов позволяют получить панели, чья стоимость дешевле, по сравнению с приборами из кремния. Поэтому пленочные модули используются для сборки крупных солнечных электростанций, когда владелец оборудования имеет ограничения, связанные не только с площадью земли, но и с ценой установки. Такие батареи устанавливаются не только на крышу, но и на стены зданий.
• Панели на основе аморфного кремния – эти модули показывают низкий КПД, не превышающий 8%. Однако они позволяют получать самую доступную по стоимости электроэнергию, по сравнению с другими кремниевыми преобразователями.
• Панели из теллуида кадмия изготавливаются посредством пленочных методов. Слой полупроводника составляет 2–3 сотни микрон. Производительность кадмиевых батарей составляет 11%. Зато эти модули обеспечивают дом энергией по более низкой цене, в отличие от кремниевых устройств.
• Панели, созданные из многокомпонентных полупроводников CIGS. Эти элементы состоят из индия, галлия, меди, силена. Данная разновидность батарей также производится пленочным способом, но по сравнению с кадмиевыми панелями, в процессе использования показывает более высокую производительность – КПД достигает 15%.

«Солнечный ветер» (Solar Wind)

Совет: если вы покупаете оборудование Solar Wind для круглогодичного обеспечения жилого дома энергией, стоит брать не менее 10 кВт/ч.

Чтобы получить представление о возможностях фотоэлектрических систем «Солнечный ветер» (Украина) мощностью от 1 000 до 15 000 Вт, предлагаем сравнительную таблицу из расчета на 1 день потребления.

Мощность модуля, кВт/ч	1	3	5	10	15
Пример снабжения питанием различных систем (суммарно)
Лампочка (энергосберегающая, при работе 4 часа в день)	4 шт. по 11 Вт	10 шт. по 15 Вт	10 шт. по 20 Вт	20 шт. по 20 Вт	40 шт. по 20 Вт
Кондиционер	Не хватит	Не хватит	Не хватит	1 час в день	3 часа в день
Ноутбук питанием 40 Вт/ч	4 часа	4 часа	4 часа	4 часа	4 часа
ТВ	50 Вт/ч, 3 часа в день	50 Вт/ч, 4 часа в день	150 Вт/ч, 4 часа в день	150 Вт/ч, 3 часа в день	150 Вт/ч, 4 часа в день
Антенна спутникового ТВ, 20 Вт/ч	3 часа в день	4 часа в день	4 часа в день	3 часа в день	3 часа в день
Холодильник	Не хватит	100 Вт/ч, 24 часа в день	10 Вт/ч, 24 часа в день	150 Вт/ч, 24 часа в день	150 Вт/ч, 24 часа в день
Стиральная машина	Не хватит	900 Вт/ч, 40 мин в день	900 Вт/ч, 1 час в день	1 500 Вт/ч, 1 час в день	1 500 Вт/ч, 1 час в день
Пылесос, 900 Вт/ч	Не хватит	Не хватит	2 раза в неделю по 1 часу	2 раза в неделю по 1 часу	2 раза в неделю по 1 часу

Частые вопросы

Можно ли обойтись в автономной системе без аккумуляторов?

Поскольку генерация идет с перерывами, накопитель в системе обязателен. Можно использовать не электрохимические, а другие варианты, например, гидроаккумулятор. Но, как правило, его создание обойдется значительно дороже и связано с трудностями исполнения.

Можно ли увеличить отдачу панелей с использованием поворотных систем слежения за солнцем?

Конечно, но они существенно усложняют и удорожают систему.

Можно ли установить в систему автомобильные обслуживаемые аккумуляторы?

Можно, но с ними те же проблемы, что и с тяговыми – требуется отдельное помещение и соответствующие правилам безопасности условия. Кроме того, они плохо переносят разряд малыми токами, что существенно снижает ресурс.

Как часто нужно мыть поверхности панелей?

Как правило, производители не устанавливают частоту такого обслуживания, утверждают, что природных осадков достаточно для чистоты поверхностей. Но 2-4 раза в год полить панели водой из шланга не помешает.

Какую из схем использовать выгоднее?

Наиболее эффективной считается гибридная система, которая позволяет обеспечить бесперебойное электроснабжение при минимуме оплаты поставщикам электроэнергии.

Стоит ли использовать солнечные панели для частного дома в Средней полосе?

По показателям инсоляции можно сделать вывод, что и в такой местности солнечные электростанции себя вполне оправдывают. Естественно, в общем она обойдется несколько дороже, но окупает создание всего за 3-5 лет эксплуатации.

На что обращать внимание при выборе солнечных панелей

Чтобы решить, какие солнечные панели лучше купить, нужно знать, на что обращать внимание при покупке устройства. Сейчас мы предоставим вам список главных пунктов, на которые необходимо смотреть в первую очередь при покупке самой лучшей солнечной панели

1. Изготовитель. Необходимо проверить период работы производителя с этим товаром. Чем больше он занимается этим делом, тем больше вероятность того, что товар окажется высокого качества.
2. Сфера применения. Необходимо определиться с целью использования, например, для подзарядки гаджетов, осветления улиц и др.
3. Напряжение. Для небольших электрических инструментов хватит 9В, для подзарядки гаджетов от 12В до 19В, а для отопления всего дома от 24В.
4. Мощность. Она должна быть больше среднесуточного потребления энергии.
5. Качество. Имеется 4 подразделения по качеству: GradA, GradB, GradC, GradD. Самой лучшей будет солнечная модель с качеством GradA.
6. Эксплуатационный срок. Как правило, он составляет от 10 лет до 20 лет, но все зависит от установки и качества приборов.
7. Вспомогательные характеристики. К ним относится: коэффициент полезного действия, возможное отклонение от мощности, температурное влияние на работу изделия.

Выгодны ли солнечные батареи для частного дома

В западных странах мода на солнечную энергетику продиктована больше заботой об экологии, чем поиском экономической выгоды. У нас реалии несколько иные.

При сохранении нынешних цен на поставляемое электричество, система из солнечных батарей, собранная своими руками для одного частного дома и семьи из 4 х человек, полностью окупается за 4-5 лет. При этом срок службы фотоэлементов – составляет 20-25 лет, а вот аккумуляторы придется менять через 5-7 лет в зависимости от качества батарей.

Пока нигде в мире (и Россия не исключение) не наблюдается снижения цен на поставляемое электричество, поэтому за срок службы фотоэлементов в солнечной панели, система успеет окупиться как минимум 4-5 раз.

Полимерные солнечные панели

В полимерных солнечных модулях фотоэффект обеспечивает слой «полимерного полупроводника» — больших молекул органических соединений. В настоящее время технология таких изделий близка к развертыванию крупномасштабного производства (некоторые европейские компании уже наладили коммерческий выпуск).

Полимерные солнечные панели

По оценкам эффективность преобразования таких устройств лежит в пределах 8-11%. За счет рекордно дешевого производства, использования гибких полимерных материалов, отсутствия проблем с утилизацией, в ближайшей перспективе полимерные гелиомодули смогут составить серьезную конкуренцию уже выпускающимся изделиям.

Производителями также ведутся активные разработки солнечных панелей на основе:

• арсенида галлия, селенидов меди-индия-галлия (CGIS);
• гибридных технологий, в которых несколько полупроводниковых элементов на разной основе работают в разных частях солнечного спектра;

• фотосенсибилизированных ячеек, с колбами Гретцеля в качестве рабочего элемента;
• наноантенн, в которых солнечный свет как электромагнитное излучение индуцирует ЭДС и др.

Мнение эксперта

Гребнев Вадим Савельевич

Монтажник отопительных систем

Многие из них демонстрируют КПД преобразования выше современных серийных панелей (например, полупроводники вплотную подошли к 50%-му рубежу, а эффективность наноантенн оценивается выше 80%), но пока эти варианты находятся на уровне лабораторных образцов и не могут заинтересовать реального пользователя.

Остальные элементы системы

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

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

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

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

Такими накопителями являются аккумуляторы.

Срок службы солнечных батарей

Чтобы оценить выгоду, нужно разобраться, сколько служат панели и не придется ли их менять после того, как закончится гарантийный срок. Тут есть несколько особенностей, которые стоит учитывать:

1. Монокристаллические и поликристаллические варианты самые долговечные. За 25 лет использования они теряют не больше 10% емкости. Но и далее падение мощности незначительное, за последующие 10-15 лет теряется примерно столько же. То есть, можно с уверенностью говорить, что срок службы таких вариантов составляет 35-40 лет, а может и больше.
2. Тонкопленочные варианты имеют срок службы намного ниже – 10-20 лет. Причем, за первые 2 года потеря емкости может составить 10-30%, большинство производителей дает запас мощности, чтобы компенсировать эту проблему. В дальнейшем потери не такие существенные.
3. Для увеличение срока службы следует исключить повреждение частей системы. Обрезать ветки близко расположенных деревьев, мыть поверхность как минимум несколько раз за сезон. Проверять надежность крепления и контактов, чтобы они не перегревались.
4. Учитывать расходы на замену других элементов системы. Так, аккумуляторные батареи служат обычно от 6 до 10 лет (самые надежные – 15 лет), у силовой электроники ресурс примерно 10-12 лет. Затраты на замену этих узлов тоже немаленькие и это нужно учесть, рассчитывая окупаемость.

Кстати! Чем сложнее климатические условия и больше перепады температур между днем и ночью, а также между порами года, тем меньше срок службы солнечных батарей. В южных регионах они работают намного дольше.

Солнечные батареи нужно периодически мыть и исключать их повреждение ветками деревьев.

Подбирая солнечные батареи для своего дома лучше отдавать предпочтение надежным и проверенным монокристаллическим и поликристаллическим вариантам. Качественные модули прослужат около 40 лет, при этом потери мощности за это время составят около 20%.

Минимальный комплект для частного дома

Покупать лучше всего готовый комплект, чтобы не собирать все элементы отдельно и не разбираться в характеристиках каждого. В готовых наборах есть все нужные узлы, характеристика каждого подобраны так, чтобы система работала с максимальным эффектом. Изучить информацию намного проще, так как она собрана в одном месте и систематизирована.

Что касается комплектности, чаще всего в набор входит следующее:

1. Солнечные батареи. Основная часть, рассчитывать количество надо индивидуально в зависимости от потребления электричества. Заранее продумать расположение, от этого зависит эффективность работы.
2. Контроллер защищает систему, следит за уровнем заряда аккумуляторов и прекращает подачу напряжения, если они заряжены полностью. Ставится как можно ближе к панелям.
3. Инвертор преобразует постоянный ток в переменный, который нужен для работы бытовых приборов. Подбирать его нужно по мощности и помнить, что номинальный и пиковый показатели различаются. Не надо покупать слишком производительный вариант, если нагрузки основную часть времени небольшие.
4. Аккумуляторные батареи. Накапливают энергию, чтобы отдавать ее в периоды, когда солнечные батареи ее не вырабатывают или вырабатывают в недостаточном объеме. Используется несколько аккумуляторов, соединенных перемычками в единый блок.
5. Кабель для соединения всех элементов сети, перемычки, плавкие предохранители, автоматы защиты и другие мелочи. Опять же, при покупке комплекта все необходимое уже будет в наборе и не придется разбираться, что надо приобрести дополнительно.

Готовый комплект – удобное решение.

Состав комплекта может меняться в зависимости от мощности, типа используемых солнечных батарей и особенностей монтажа. Многие продавцы добавляют стеллаж для установки аккумуляторных батарей и пластиковый бокс на несколько модулей.

При выборе учитывайте не только показатели оборудования, но и производителя. Лучше всего почитать отзывы на специализированных ресурсах или тематических формах. Мнение тех, кто пользуется системой, позволит понять, соответствуют ли указанные данные фактическим и нет ли проблем при эксплуатации выбранного комплекта.

Видео «расскажет» про опыт использования солнечных панелей.

Списки лучших

Предлагаем ознакомиться с еще несколькими моделями, представленными в данных категориях:

• Портативные – Goal Zero Nomad 7 Plus;
• Российского производства – ТСМ-50;
• Китайского производства – Yingli Solar 100.

Рассмотрим их поближе.

Портативные – Goal Zero Nomad 7 Plus

Новинка от компании Goal Zero – портативная солнечная панель Nomad 7 Plus. Благодаря прочному погодозащищенному корпусу, малому весу и габаритам, а также высокой эффективности Nomad 7 Plus станет незаменимым спутником в ваших путешествиях.

Тип	поликристалл
Мощность	7 Вт
Размер	240х330х20 мм

Цена: от 7 000 до 8 000 рублей.

солнечные батареи Goal Zero Nomad 7 Plus

Российского производства – ТСМ-50

Российская компания «Телеком-СТВ» (г. Зеленоград) производит продукцию в среднем на 30 % дешевле, чем немецкие аналоги: цены начинаются от 5 600 руб. за панели на 100 Вт. Панели данного производителя имеют КПД до 20–21 %. Основной «фишкой» данного предприятия стала запатентованная технология изготовления кремниевых пластин диаметром до 15 мм и солнечных модулей на их основе.

Тип	монокристалл
Мощность	50 Вт
Размер	870х433х27 мм

Обойдется от 3 250 до 4 000 рублей.

солнечные батареи ТСМ-50

Китайского производства – Yingli Solar 100

Китайский завод с объемом производства 800 МВт в год. Его продукцию импортируют в страны СНГ, перемаркированными под других производителей. Качественные, недорогие и популярные панели.

Тип	поликристалл
Мощность	100 Вт
Размер	970х620х32 мм

Стоимость: от 5 200 до 6 000 рублей.

солнечные батареи Yingli Solar 100

Источники энергии

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

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

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

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

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

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

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

Принцип действия фотоэлектрических преобразователей

Работа фотоэлементов базируется на фотоэлектрическом эффекте: при действии электромагнитных волн на вещество его электронам передается энергия фотонов. Весь рабочий процесс схематически в батареях проходит следующим образом:

1. Солнечное излучение воздействует на внешний (n) и на внутренний (р) слои.
2. В области р-n перехода создаются некомпенсированные электронно-дырочные пары.
3. Возникшие свободные электроны переходят из р-слоя в n-слой. Дырки поступают в обратном направлении.
4. В результате в первой пластине возникает переизбыток электронов. Она получает отрицательный заряд.
5. Вторая пластина становится положительно заряженной.
6. Создается источник постоянного тока.

Принцип действия ФЭП

Через металлические контакты электроны поступают в нагрузку. После нее они попадают обратно в n-слой. Цепь замыкается.

В зависимости от разновидности, ФЭП работают только при действии электромагнитного излучения определенного спектра частот. В двухслойных батареях в фотоэлектрическом движении принимают участие только те электроны, энергии которых достаточно для преодоления запрещенной зоны.

Использование многослойных фотоэлементов позволяет свести к минимуму данное ограничение. Такие приборы поглощают солнечную энергию в большем спектре излучения за счет послойного изменения ширины запрещенной зоны (изменяется от большей к меньшей).

Мощности отдельных ФЭП достаточно только для питания портативных устройств, например, наручных электронных часов. Для получения мощностей, достаточных для запитывания бытовых потребителей, отдельные фотоэлементы соединяют в солнечные модули.

Как правильно выбрать солнечные батареи для дачи

Обязательно необходимо поинтересоваться классом долговечности генерирующих элементов, в дешевые панели часто вставляют элементы с маркировкой grade b или grade c, за несколько лет теряющие 10-40% своей мощности. Качественные элементы класса grade a теряют в первые годы не более 5% мощности, и способны поддерживать достаточную работоспособность до 30 лет.

Виды солнечных батарей

Существует довольно большое количество различных видов солнечных батарей, которые можно применить для электрификации загородного участка, но в широкой продаже на отечественном рынке присутствуют только 3 модели, показавших наилучшее сочетание необходимых качеств:

• Панели из монокристаллического кремния — наиболее дорогой вид батареи, выделяется черным цветом квадратных фотоэлементов. Из-за высокого КПД (15-20%) такие панели стоит выбирать при желании выжать максимальную мощность с минимальной площади.
• Панели из поликристаллического кремния — дешевле монокристаллических на 15-20%, на 25% больше по площади. Панель состоит из синих прямоугольных фотоэлементов и имеет КПД 12-16%. Оптимальный вид батареи для установки на большой плоскости.
• Панели из аморфного кремния — дешевле поликристаллических на 10-20%, представляют собой гибкую пленку с нанесенными на нее темно-синими фотоэлементами. Хотя имеют низкий КПД (6-8%), хорошее поглощение рассеянного света и частичное поглощение инфракрасного спектра делает их применение оправданным в местности с частой облачностью. Пленочная конструкция облегчает крепление батарей на крышах нестандартной конструкции. Главным недостатком является в 2-3 раза более низкий срок службы.

Отдельно необходимо упомянуть подвид батарей из аморфного кремния — микроморфные панели, представляющие собой чуть более дорогой гибрид аморфных с микровкраплениями кристаллического кремния. Вобрав в себя все достоинства от полиморфного кремния, он получил КПД 8-12% и увеличенный срок службы.

Мощность солнечных панелей

Подбор мощности солнечных батарей необходимо вести, учитывая предполагаемые затраты энергии, и генерацию в самый бессолнечный период года. Приблизительную месячную мощность солнечного излучения в кВт*ч/кв.м для каждого региона с учетом колебаний длины светового дня и погодных условий можно посмотреть в справочных таблицах по инсоляции. Для вычисления минимально необходимой мощности панелей можно воспользоваться одним из двух методов:

• умножаем табличное значение инсоляции для худшего месяца на КПД панели — получаем значение максимальной месячной генерации от 1 кв.м генерирующей плоскости, делим предполагаемые затраты электроэнергии на полученное значение — получаем необходимую суммарную площадь панелей;
• делим предполагаемые месячные затраты электроэнергии на табличное значение инсоляции — получаем необходимую минимальную мощность панелей в кВт.

К полученным значениям нужно добавить 20% на потери в дополнительном оборудовании. Для большей долговечности системы можно добавить еще 20-30 %. В случае использования монокристаллических панелей класса А такая надбавка может обеспечить системе до 50 лет безупречной службы.

При желании сэкономить можно ограничить траты электроэнергии в зимние месяцы. Находясь на солнечном электроснабжении только с марта по октябрь, необходимость в генерирующих мощностях можно сократить в 2-3 раза.

Почему стремление к независимости может пропасть ещё до появления солнечных панелей

Начнём с того, что установить систему солнечных панелей – это дорого. Многие энтузиасты буквально угасают, как только видят реальные расчёты. К примеру, небольшая система для дачи стоит порядка 60 тысяч рублей. Сравните это со стоимостью подключения к сетевому электричеству в 500–700 рублей и поймёте, что только очень сильное желание может преодолеть этот барьер.

Получается, что разориться на установку солнечной системы могут решиться только те, у кого нет альтернативы в виде электросетей.

ФОТО: img1.newsmir.infoОтдалённые места, куда подвести электричество слишком трудно – вот где оправданы такие траты

Виды солнечных батарей

Разберёмся, какие солнечные панели лучше и какими они вообще бывают. По конструктивным особенностям панели делятся на гибкие и жёсткие. Большее распространение получили гибки батареи, так как их проще монтировать, в том числе, и на вертикальных поверхностях. Также существуют различия по фотоэлектрическому полю (приводится усреднённый КПД):

1. Полимерные (КПД = 7%).

2. Теллурий-кадмиевые (КПД = 15%).

3. Кремниевые (КПД = 7% для аморфных, 15% для монокристаллических, 13% поликристаллических).

4. С использованием арсенида галлия.

5. Органические.

6. Комбинированные.

Наиболее популярные из-за соотношения цены и КПД — кристаллические.

Принцип работы солнечных батарей

Солнечные батареи считаются очень эффективным и экологически чистым источником электроэнергии. В последние десятилетия данная технология набирает популярность по всему миру, мотивируя многих людей переходить на дешевую возобновляемую энергию. Задача этого устройства заключается в преобразовании энергии световых лучей в электрический ток, который может использоваться для питания разнообразных бытовых и промышленных устройств.

Правительства многих стран выделяют колоссальные суммы бюджетных средств, спонсируя проекты, которые направлены на разработку солнечных электростанций. Некоторые города полностью используют электроэнергию, полученную от солнца. В России эти устройства часто используются для обеспечения электроэнергией загородных и частных домов в качестве отличной альтернативы услугам централизованного энергоснабжения. Стоит отметить, что принцип работы солнечных батарей для дома достаточно сложный. Далее рассмотрим подробнее, как работают солнечные батареи для дома подробно.

Как было сказано раньше, принцип работы заключается в эффекте полупроводников. Кремний является одним из самых эффективных полупроводников, из известных человечеству на данный момент.

При нагревании фотоэлемента (верхней кремниевой пластины блока преобразователя) электроны из атомов кремния высвобождаются, после чего их захватывают атомы нижней пластины. Согласно законам физики, электроны стремятся вернуться в свое первоначальное положение. Соответственно, с нижней пластины электроны двигаются по проводникам (соединительным проводам), отдавая свою энергию на зарядку аккумуляторов и возвращаясь в верхнюю пластину.

Технические характеристики

Устройство солнечной батареи довольно простое, и состоит из нескольких компонентов:

• Непосредственно фотоэлементы / солнечная панель;
• Инвертор, преобразовывающий постоянный ток в переменный;
• Контроллер уровня заряда аккумулятора.

Аккумуляторы для солнечных батарей купить следует с учетом необходимых функций. Они накапливают и отдают электроэнергию. Запасание и расход происходит в течение всего дня, а ночью накопленный заряд только расходуется. Таким образом, происходит постоянное и непрерывное снабжение энергией.

Чрезмерная зарядка и разрядка батареи укорачивает ее эксплуатационный срок. Контроллер заряда солнечной батареи автоматически приостанавливают накопление энергии в аккумуляторе, когда он достиг максимальных параметров, и отключают нагрузку устройства при сильной разрядке.

(Tesla Powerwall – аккумулятор для солнечных панелей на 7 КВт – и домашняя зарядка для электромобилей)

Сетевой инвертор для солнечных батарей является самым важным элементом конструкции. Он преобразовывает полученную от солнечных лучей энергию в переменный ток различной мощности. Являясь синхронным преобразователем, он совмещает выходное напряжение электрического тока по частоте и фазе со стационарной сетью.

Фотоэлементы могут соединяться как последовательно, так и параллельно. Последний вариант увеличивает параметры мощности, напряжения и тока и позволяет устройству работать, даже если один элемент потеряет функциональность. Комбинированные модели изготовлены с использованием обеих схем. Эксплуатационный срок пластин около 25 лет.

Конструкция солнечной батареи

Солнечная батарея конструктивно представляет собой устройство для преобразования солнечной энергии в электрическую. Состоит батарея из следующих функциональных узлов:

• алюминиевой рамки;
• закаленного стекла с антибликом;
• ламинированной пленки (передней и задней поверхностей );
• элементов (ячеек) соединенных проводниками;
• защитной пленки;
• соединительной коробки.

Принцип работы солнечных батарей.

В конструкции предусмотрены диоды для защиты элементов от перегорания в результате перегрева в частично затененных областях. Выход из строя отдельной составляющей может привести к неисправности всей панели.

Ламинирующие пленки предназначены для герметизации конструкции и обеспечения плотного прилегания полупроводниковой пластины к стеклу. Плотное прилегание обеспечивает минимальные потери мощности, которые возникают из-за преломления света. Герметизация также используется для защиты от атмосферных осадков и коррозии. Для того чтобы солнечные лучи достигли поверхности полупроводниковых элементов, им необходимо пересечь границы стекла и ламинирующей пленки. Если стекло во всех моделях солнечных батарей одинаковое, то пленка имеет отличительные характеристики. Характеристики пленки влияют на выходные характеристики панели.

При выборе солнечной батареи проверить качество пленки невозможно, поэтому приходится верить производителю. Перед выбором советуем ознакомиться с репутацией производителей солнечных производителей.

По качеству все полупроводниковые солнечные элементы разделены на 3 типа:

• Grade A – высокого качества при старении теряется мощность примерно на 5%;
• Grade B – среднего качества старении теряется мощность не более 30%;
• Grade C – низкого качества старение элементов приводит к потерям мощности более чем на 30%.

При выборе солнечной батареи важным параметром считается такой параметр, как выходное номинальное напряжение, которое зависит от количества полупроводниковых элементов в схеме. Стандартный модуль рассчитан на напряжение 12 В и состоит из 36 элементов. Их различают по мощности. Для увеличения тока используют параллельное соединение, а для увеличения напряжения последовательное соединение. Напряжение каждого элемента составляет 0,5 В, при присоединении 36 штук выходное напряжение равно примерно 18 вольт. Этого напряжения вполне достаточно как для заряда аккумулятора, так и для присоединения преобразователей с 12 на 220 В. Если брать модуль, в котором содержится 72 элемента, то выходное напряжение будет составлять 24 В.

Схема солнечной батареи.

Если 72 элементная батарея рассчитана на 12 вольт, то скорее всего это конструкция не из цельных полупроводниковых составляющих, а из их частей, соединенных по смешанной схеме. Смешанная схема представляет собой как параллельное, так и последовательное соединение кристаллов солнечных элементов. Приобретать такую конструкцию не рекомендуется по причине низкой надежности из-за большого количества соединений с большей вероятностью появления микротрещин.

Какие модули относят к нестандартным? Модуль, который состоит не из 36 и не 72 элементов. Для того чтобы его соединить с системой, необходим специальный контроллер. Выбирая солнечный модуль, руководствуйтесь значение необходимого напряжения для системы (12, 24, 48 В).

Подводим итоги

Выбирая солнечную батарею для дома, следует обращать внимание на следующие показатели:

• репутация производителя;
• качество элементов;
• количество элементов;
• значение напряжения системы при максимальной мощности;
• наличие диодов для защиты;
• комплектация устройства соединителями и разъемами.

Выбор батареи зависит еще и от прочности и долговечности. Хорошо подходит для дома батарея с гарантийным сроком 10 лет, для этого элементы должны вырабатывать не большое количество энергии, чтобы в течении этого времени окупить приобретение. Лучшие панели должны гарантированно работать в течение не менее 25 лет.