Особенности работы в условиях холода
Если речь идет о фотоэлектрических элементах, энергию они производят и в зимнее время. Тот же вопрос можно отнести и к солнечным коллекторам. Одна из их основных задач — нагрев воды. Будут ли функционировать солнечные батареи зимой, как работают коллекторы в условиях холодов и морозов? Конечно, энергии мы получим гораздо меньше — по причине больших тепловых потерь как в самом коллекторе, так и в его трубах, которые обеспечивают его соединение с аккумуляторным баком. И если летом можно получить до 90% энергии, необходимой для горячего водоснабжения, зимой эта цифра падает до 25%.
При эксплуатации коллектора необходимо контролировать, чтобы трубки, через которые поступает жидкость, не замерзали. В действительности такой коллектор способен нагреть воду до +10-15°С и в мороз до минус 30°С, а дальнейшее нагревание уже делается с помощью других агрегатов.
При проживании в регионах с мягкой, но снежной зимой также нужно следить за тем, чтобы панели не было занесены снегом. В противном случае, они не смогут работать вообще.
Именно поэтому чаще всего их установка осуществляется только вертикально и на том месте, где присутствует сильный ветер. Небольшие объемы снега можно счищать обыкновенной щеткой.
В целях уменьшение теплопотерь аккумуляторные баки, соединенные с коллектором, рекомендуется устанавливать в теплом помещении. Таким образом, терять энергию система будет только в трубах, которые находятся снаружи
Важно иметь в виду, что они обязательно нуждаются в утеплителе. Это поможет сохранить еще больше тепла, поступающего в дом
Что нужно знать, инвестируя в солнечные батареи
Солнечные батареи рекламируются как инвестиции в дома и в будущее. Однако, есть существенная разница между обычными инвестициями (например, банковские вклады или инвестиционные счета) и покупкой и установкой солнечной фотоэлектрической системы.
Срок службы солнечных батарей — более 30 лет. Окупаемость считается обычно на срок 5-10 лет. После этого срока вы будете получать от солнечных батарей практически бесплатную энергию. Замены потребуют только электронные устройства (солнечные контроллеры, сетевые или батарейные инверторы) — через примерно 15 лет. Если у вас есть в системе аккумуляторы, то их тоже придётся заменять через определённый интервал времени — в зависимости от глубины разряда и от количества циклов периодичность замены колеблется от 3 до 12 лет. Поэтому система с сетевыми фотоэлектрическими инверторами без аккумуляторов является предпочтительной — она требует минимального обслуживания и наиболее надёжна. Основной её недостаток — ваши солнечные панели перестают работать при перебоях централизованного электроснабжения. Если перерывы у вас редкие и кратковременные, то на этот недостаток можно не обращать внимания.
Популярные статьи Свадебный конверт
Факторы, которые влияют на окупаемость ваших вложений в солнечные батареи
Есть несколько переменных, которые влияют на окупаемость ваших солнечных панелей.
- Инфляция будет увеличивать тарифы на электроэнергию от сети каждый год. Целевая инфляция на 2021 год, которую хочет достичь Центробанк РФ — 4%. Как мы видим по опыту нескольких прошедших лет, инфляция колебалась от 7 до 16% в год. Цены на электроэнергию повышались еще больше, чем средняя инфляция. К началу 2021 года инфляция снизилась до целевых 4%, но рост тарифом на электроэнергию продолжается. Очередное повышение цен будет, как обычно, в июле.
- Увеличение цен на электроэнергию будет влиять на то, сколько денег вы сэкономите солнечными батареями на ваших счетах за электроэнергию. Чем выше будет цена, тем больше вы сэкономите.
- Цена на солнечные панели и их установку в валюте постепенно падает. Однако для цен в рублях это совсем не так. Те дальновидные потребители, которые купили солнечные панели в 2012-2014 годах защитили свои сбережения от падения курса рубля. Они «зафиксировали» курс на уровне 33 рублей за доллар и теперь окупаемость их солнечных панелей резко сократилась. У нас есть примеры наших клиентов, у которых солнечная электростанция окупилась уже на 4 года эксплуатации.
- Снижение процентных ставок на вклады в банках – инвестиции в солнечные батареи часто сравнивают с банковскими вкладами. Т.е. люди считают, что выгоднее — хранить деньги в банке и получать проценты, а на эти проценты покупать электроэнергию от местных энергосетей, или купить солнечные батареи и получать электроэнергию от них бесплатно. Во времена высоких процентов по вкладам (14-17% годовых) ответ был неоднозначен, и скорее всего в пользу банковского вклада. Но с 2021 года проценты по вкладам уже стали в среднем менее 5% годовых и продолжают снижаться — при таком «раскладе» инвестиции в солнечные батареи становятся более выгодными, чем банковские вклады. Не говоря уже о других инструментах — инвестиционных счетах, ПИФах и т.п., по которым доходность в последние 2-3 года существенно ниже доходности по банковским вкладам.
Убедитесь, что вы вкладываете деньги в высококачественные солнечные батареи. Для того, чтобы сделать правильный выбор, обязательно ознакомьтесь с нашим Руководством покупателя солнечных батарей.
Как собрать солнечную батарею своими руками
Сборка корпуса солнечной батареи
Сборка солнечных батарей, а именно, корпуса может выполняться в разных вариантах. В первом случае ее можно сделать из фанерных листов и деревянных реек, поэтому такой монтаж не представляет особой сложности. Конструкции выпиливаются по размерам, а затем соединяются между собой саморезами. Все стыки и швы предварительно промазываются герметиком. Все деревянные части покрываются краской или специальными защитными составами. Дальнейшие работы проводятся только после полного высыхания конструкции.
Немного сложнее изготовить солнечную батарею из алюминиевого уголка. В этом случае сборка каркаса происходит в следующем порядке:
- Сборка из уголка прямоугольного каркаса.
- В каждом углу конструкции сверлятся отверстия под крепления.
- Внутренняя часть профиля по всему периметру покрывается силиконовым герметиком.
- Внутрь каркаса на обработанные места укладывается текстолит или оргстекло, вырезанные по размеру. Их нужно как можно плотнее прижать к уголкам.
- Внутри корпуса лист прозрачного материала фиксируется крепежными уголками, установленными по углам.
- Дальнейшие работы проводятся после полного высыхания герметика. Предварительно, все внутренние поверхности протираются от пыли и загрязнений.
Пайка проводов и соединение фотоэлементов
Все элементы для солнечных батарей отличаются повышенной хрупкостью и требуют аккуратного обращения. Перед началом пайки они протираются, чтобы поверхность была идеально чистой. Элементы с припаянными проводниками все равно следует проверить и устранить обнаруженные недостатки.
На каждой фотопластинке имеются контакты с различной полярностью. Вначале проводники припаиваются к ним, а уже потом соединяются между собой.
При использовании шин вместо проводов, необходимо учитывать следующие особенности:
- Шины размечаются и разрезаются на требуемое количество полосок.
- Контакты пластин протираются спиртом, после чего на них наносится тонкий слой флюса, с одной стороны.
- Шина прикладывается по всей длине контакта, после чего по ней нужно провести разогретым паяльником.
- Пластина переворачивается, и такая же операция повторяется на другой стороне.
Паяльник во время монтажа нельзя сильно прижимать к пластине, иначе она может лопнуть. На лицевой стороне после пайки не должно оставаться неровностей. Если они остались, нужно еще раз пройти паяльником по шву.
Чтобы не ошибиться с размещением пластин, перед тем как их собирать, на поверхность листа рекомендуется нанести разметку с учетом всех размеров и зазоров. После этого фотоэлементы укладываются на свои места. Затем контакты панелей соединяются между собой с обязательным соблюдением полярности.
Нанесение герметизирующего слоя
Перед тем как самому герметизировать конструкцию, нужно выполнить тестирование и проверить солнечные батареи на работоспособность. Она выносится на солнце, после чего на выводах шин замеряется напряжение. Если оно в пределах нормы, можно приступать к нанесению герметика.
Один из наиболее подходящих вариантов предполагает следующие действия:
- Силиконовый герметик наносится на самодельные солнечные батареи капельками по краям корпуса и между пластинами. После этого края фотоэлементов аккуратно прижимаются к прозрачному основанию и должны прилегать к нему как можно плотнее.
- На каждый край пластинок укладывается небольшой груз, после чего герметик полностью высыхает, а фотоэлементы надежно фиксируются.
- В самом конце аккуратно промазываются края рамки и все стыки между пластинами. На данном этапе герметиком покрывается все, кроме самих пластинок, он не должен попасть на их оборотную сторону.
Окончательная сборка солнечной панели
После всех операций остается лишь полностью собрать солнечную батарею в домашних условиях.
В этом случае порядок действий будет следующий:
- В боковой части корпуса устанавливается соединительный разъем, к которому подключаются диоды Шоттки.
- С лицевой стороны вся сборка пластинок солнечной батареи закрывается прозрачным защитным экраном и герметизируется, чтобы исключить попадание влаги внутрь конструкции.
- Для обработки лицевой стороны рекомендуется использовать специальный лак, например, PLASTIK-71.
- После сборки выполняется окончательная проверка, после чего солнечная батарея из подручных средств сделанная своими руками может устанавливаться на свое место.
Как сделать солнечную батарею своими руками
Повер банк с солнечной батареей
Обзор солнечных батарей для туристов
Установка солнечных батарей
Солнечные батареи: альтернативная энергия
Производство солнечных батарей
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.
Где устанавливается
Подключается контроллер между аккумулятором и панелью солнечных батарей. Однако, в схему подключения обязательно должен входить инвертор для солнечной батареи. Инвертор используется для преобразования постоянного 12 В тока, который идет от солнечной батареи, в переменный 220 В, текущий в любой розетке в доме, монтируется после аккумуляторной батареи.
Также важно наличие предохранителя, который выполняет защитную функцию от различных перегрузок и замыканий. Поэтому, для того чтобы обезопасить свой дом, необходимо произвести монтаж предохранителя
При наличии большого количества солнечных панелей желательна установка предохранителей между каждым элементом схемы.
На рисунке ниже показано, как выглядит инвертор (черная коробка):
Стандартная схема подключения выглядит примерно так, как представлена на рисунке ниже.
Схема показывает, что солнечные панели соединены с контроллером, электрическая энергия поступает в контроллер, а затем накапливается в аккумуляторе. Из аккумулятора она снова идет в контроллер, а после поступает в инвертор. А уже после инвертора идет распределение на потребление.
Виды кремниевых солнечных батарей
Поликристаллические
Главным элементом таких панелей являются полупроводниковые элементы поликристаллической структуры. Они гораздо дешевле монокристаллических, так как по сути изготавливаются из обрезков, оставшихся от монокристаллических элементов. В процессе изготовления кремниевый сплав просто охлаждается без последующей обработки.
КПД поликристаллических солнечных батарей составляет в среднем 12 — 18%, в то время, как у монокристаллических КПД достигает 22%. Однако учитывая меньшую цену, можно приобрести чуть больше панелей и получить тот же «выхлоп» за те же деньги, что и у монокристаллов. Такое возможно только в случае, когда есть много места на крыше. Также поликристаллы отличаются от монокристаллов неоднородностью цветовой гаммы.
Сколько стоят поликристаллические солнечные батареи? В среднем 3500 рублей за 100 Вт (многое зависит от производителя). Одной из самых недорогих поликристаллических батарей является Восток Pro ФСМ 150 П мощностью 150 Вт.
Монокристаллические
Для монокристаллических солнечных панелей специально выращивается монокристалл по методу Чохральского. Затем из нескольких кремниевых ячеек собирается целая панель определенной мощности. Чаще всего панель состоит из 36 или 72 модулей. Эффективность работы монокристаллических панелей гораздо выше, чем у поликристаллических, и составляет порядка 18 – 22%.
Благодаря такой особенности при одинаковых размерах монокристаллические преобразуют больше солнечной энергии, чем поликристаллические. Какие лучше солнечные батареи: поликристаллические или монокристаллические? Все упирается в бюджет. Если есть возможность потратить чуть больше, тогда стоит купить монокристаллы, у которых окупаемость быстрее. Также монокристаллические батареи будут предпочтительнее, если площадь крыши относительно невелика. Средний срок «жизни» составляет 25 лет.
Если же хотите сэкономить и солнечная батарея вам нужна только, чтобы запитать холодильник или насосную станцию на даче, тогда можно взять поликристаллическую модель.
Аморфные
Аморфные батареи состоят из кремниеводорода (SiH4), который получают путем действия электрического тока на кремний. В результате этого кремний испаряется, а затем тонким слоем оседает на подложку.
КПД у аморфных панелей примерно такой же, как у поликристаллических. Однако у аморфных моделей есть некоторые преимущества. Например, они могут вырабатывать электроэнергию даже в пасмурную погоду, дождь, когда в воздухе высокая концентрация пыли или во время заката/рассвета.
Полимерные и органические батареи
Модули, созданные на основе полимерных и органических материалов, получили своё распространение в последние 10 лет, они создаются в виде плёночных конструкций, толщина которых редко превышает 1 мм. Их КПД близок к 15%, а стоимость в несколько раз ниже кристаллических аналогов.
Преимущества:
- Низкая стоимость производства.
- Гибкий (рулонный) формат.
Недостатком панелей из этих материалов является снижение эффективности на длительной дистанции. Но этот вопрос ещё исследуется и производство постоянно модернизируется, чтобы исключить минусы, которые могут проявиться в существующем поколении такого вида батарей через 5–10 лет.
Эффективность солнечных батарей в пасмурную погоду
Современные батареи успешно поглощают не только прямые солнечные лучи, но и рассеянный свет, которого вполне достаточно даже в хмурую погоду. Поэтому процесс преобразования солнечного света продолжается и при облачности. Разумеется, эффективность батареи несколько понизиться, но цифровой показатель не так уж критичен – от 25% до 50%.
Более того, влияние облачности на солнечную батарею может оказаться неожиданно позитивным.
Во-первых, панели будут генерировать энергию, полученную от прямого солнца. А во-вторых, в момент, когда солнечные лучи пробиваются между облаками, батареи, помимо прямого света, дополнительно получают и свет, отражающийся от облаков.
Выходит, что в некоторые пасмурные дни панели получают даже больше солнечного света, чем в погожий день. Все зависит от степени «пасмурности».
Выбор солнечной батареи
В качестве источника электроэнергии сегодня популярны три типа солнечных батарей:
- С поликристаллическим модулем – отличаются стабильными показателями генерации, не зависимо от интенсивности солнечных лучей. Также солнечные батареи на основе поликристаллического кремния отличаются сравнительно небольшим КПД – от 9 до 18%, в зависимости от производителя. Со временем КПД не снижается, но к недостаткам поликристаллических элементов следует отнести сравнительно небольшой срок службы – порядка 10 лет.
- С монокристаллическим модулем – такие панели неравномерно вырабатывают электричество в солнечную и пасмурную погоду, теряют мощность со временем эксплуатации. Но КПД автономного электроснабжения на основе монокристаллического кремния находится в пределах от 12 до 25%. А срок службы монокристаллических панелей составляет порядка 25 лет.
Рис. 3. поликристаллический и монокристаллический модуль - С аморфными кристаллами – используются в гибких пластинах, отличаются довольно низким КПД – порядка 6%. Максимальная мощность, заявляемая производителем, значительно снижается со временем эксплуатации и может упасть на 20 – 40%. Срок службы довольно низкий – не более 5 лет.
Рис. 4: аморфный модуль
Открытые солнечные коллекторы
Открытый солнечный коллектор представляет собой незащищенную от внешних воздействий систему трубок, по которым циркулирует нагреваемый непосредственно солнцем теплоноситель. В качестве теплоносителя применяется вода, газ, воздух, антифриз. Трубки либо закрепляются на несущей панели в виде змеевика, либо присоединяются параллельными рядами к выходному патрубку.
Солнечные коллекторы открытого типа не способны справиться с отоплением частного дома. Из-за отсутствия изоляции теплоноситель быстро остывает. Их используют в летнее время в основном для нагрева воды в душевых или бассейнах
У открытых коллекторов нет обычно никакой изоляции. Конструкция очень простая, поэтому имеет невысокую стоимость и часто изготавливается самостоятельно.
Ввиду отсутствия изоляции практически не сохраняют полученную от солнца энергию, отличаются низким КПД. Применяются их преимущественно в летний период для подогрева воды в бассейнах или летних душевых. Устанавливаются в солнечных и теплых регионах, при небольших перепадах температуры окружающего воздуха и подогреваемой воды. Хорошо работают только в солнечную, безветренную погоду.
Самый простой солнечный коллектор с теплоприемником, сделанным из бухты полимерных труб, обеспечит поставку подогретой воды на даче для полива и бытовых нужд
Как установить солнечные батареи для дома?
В связи с постоянным повышением тарифов на энергоносители и стимуляцией зеленой энергетики в ряде государств, для обывателей стал актуальным вопрос организации собственной солнечной электростанции. Для чего многими владельцами частных территорий и квартир осуществляется установка солнечных батарей для дома. Но далеко не все автономные источники выдают ожидаемые от них результаты, а некоторые вообще не функционируют. Поэтому далее мы рассмотрим основные нюансы использования солнечных батарей и детальный алгоритм установки, что позволит вам добиться максимального эффекта.
Конструкция тонкопленочных панелей
Характерной особенностью таких конструкций является их высокая производительность даже при воздействии рассеянного света. В течение года суммарная мощность этих устройств на 15% превышает кремниевые аналоги. В этом заключаются их явные преимущества.
На определенном этапе, в зависимости от площади, тонкопленочные солнечные батареи начинают преобладать над другими типами модулей. При пасмурной погоде они будут работать значительно эффективнее, так же как и при высокой температуре в жаркую погоду, как и планировал изобретатель. Благодаря физическим свойствам эти изделия часто применяются в декоративной отделке фасадов зданий и в других дизайнерских решениях. Специалисты прогнозируют, что это солнечные батареи будущего.
Важным конструктивным решением является нанесение тонкой пленки на цилиндрические поверхности. В качестве такого цилиндра используется стеклянная трубка, которая после нанесения фотоэлемента помещается внутрь другой трубки. Вторая трубка имеет больший диаметр и к ней подведены электрические контакты.
Благодаря цилиндрическому исполнению, пленочные солнечные батареи поглощают большее количество света, а 40 деталей свободно размещаются на площади 2 м2. Они устойчивы к сильным порывам ветра и могут свободно устанавливаться на крышах.
В настоящее время плёночные конструкции оснащаются различными типами каскадных элементов, обладающих многослойной структурой. Вместо одного, в них имеется несколько р-п переходов, что в значительной степени увеличивает эффективность таких модулей. В результате, электрическая энергия, генерируемая панелями, снижает свою себестоимость в два раза относительно кремниевых элементов. На всей площади плёнки с тремя переходами КПД составляет 31%, а при пяти переходах это значение может достичь 43%.
Благодаря постоянному развитию технологий, тонкопленочные солнечные батареи в ближайшее время станут доступными для большинства населения. Они будут не только дешевыми, но и эффективными.
Производство солнечных батарей
Солнечные батареи для дома
КПД солнечных батарей
Монокристаллические и поликристаллические солнечные батареи
Принцип работы солнечной батареи
Солнечные батареи: альтернативная энергия
Виды
Видов солнечных батарей на сегодня много:
- тонкопленочные и поликристаллические;
- монокристаллические;
- аморфные.
Все они отлично удерживают рассеянный свет. Осадки в виде дождя и снега несколько снижают коэффициент полезного действия, но глобальным образом не отражаются на эффективности солнечного модуля.
Важно: Чтобы они работали максимально эффективно, монтаж сделать необходимо грамотно, выставив точно наклон, что позволит использовать дополнительный источник дешевой энергии и зимой. Угол наклона важен, поскольку солнце в это время года находится низко
Тогда, даже во время дождя, они продолжают накапливать энергию.
Также необходимо панели очищать от снега и наледи. Температура не ухудшает функционирование современных панелей, поэтому в морозную и солнечную погоду у них отличная производительность.
Взаимосвязь КПД с материалами и технологиями
Как работают солнечные батареи? По принципу свойств полупроводников. Свет, который падает на них, производит выбивание своими частицами электронов, находящихся на внешней орбите атомов. Большое количество электронов создает потенциал электрического тока — при замкнутых условиях цепи.
Чтобы обеспечить нормальный показатель мощности, одного модуля будет мало. Чем больше панелей, тем эффективней работа радиаторов, отдающих электроэнергию аккумуляторам, где она будет накапливаться. Именно по этой причине эффективность солнечных батарей зависит и от количества устанавливаемых модулей. Чем их больше, тем больше энергии Солнца они поглощают, а показатель мощности у них становится на порядок выше.
Можно ли повысить КПД батареи? Такие попытки были предприняты их создателями, и не один раз. Выходом из положения в будущем может стать производство элементов, состоящих из нескольких материалов и их слоев. Материалы следуют таким образом, чтобы модули могли вбирать в себя разные типы энергии.
Например, если одно вещество работает с УФ-спектром, а другое — с инфракрасным, КПД солнечных батарей в разы повышается. Если мыслить на уровне теории, то наивысшим коэффициентом полезного действия может стать показатель около 90%.
Также на КПД любой гелиосистемы большое влияние оказывает и разновидность кремния. Его атомы можно получить несколькими путями, и все панели, исходя из этого, делятся на три разновидности:
- монокристаллы;
- поликристаллы;
- элементы из аморфного кремния.
Из монокристаллов производят солнечные батареи, КПД которых составляет около 20%. Они стоят дорого, так как эффективность у них самая высокая. Поликристаллы по стоимости гораздо ниже, так как в данном случае качество их работы напрямую зависит от чистоты кремния, используемого при их изготовлении.
Элементы, в основе которых находится аморфный кремний, стали основой для производства тонкопленочных гибких солнечных панелей. Технология их изготовления гораздо проще, стоимость ниже, но и КПД меньше — не более 6%. Они быстро изнашиваются. Поэтому для улучшения срока их службы в них добавляются селен, галлий, индий.
