СОЛНЕЧНЫЕ БАТАРЕИ

В нынешнее время существует масса способов получения электроэнергии: от стандартных (традиционных) менее экологически чистых методов, например атомных или угольных электростанций до получения от геотермальных источников или ветра. А наиболее перспективным направлением считается получение её получения с помощью энергии солнца.

Солнечные батареи

Солнечная энергетика – перспективное направление, связанное с развитием альтернативных источников получения электроэнергии. Технология начала развиваться еще несколько десятков лет назад, и теперь способна покрывать потребности множества людей даже там, где количество ясных дней и их длительность ограничено. Энергия от солнца получается благодаря использованию специальных солнечных батарей, являющиеся основной все системы.

Солнечная панель – интересный вариант получения электроэнергии, как альтернативный источник, обладающий экологичностью и другими преимуществами не только в промышленных условиях, но и для владельцев частного дома. Обладает сравнительно невысокой стоимостью реализации, а также высокой эффективностью. Ниже вы узнаете о том, как она устроена на самом деле, что иметь в виду с чем придется работать.

Как устроена солнечная панель?

Солнечные батареи (панели) – это объедение фотоэлектрических преобразователей – впоследствии могут преобразовать полученную энергию в постоянных электрический ток.

Основные элементы системы

Устройство гелиосистемы, связанной с получением электроэнергии достаточно проста в реализации. В состав электростанций входят одна или несколько панелей, инвертор, аккумулятор (в обособленных случаях) и трекер. Они выглядят следующим образом:

• Батарея. Имеет вид плоской панели, имеющая прямоугольную форму, которая набирается из некоторого количества отдельных пластин.
• Контроллер. Прибор, которые позволяет поддерживать стабильную работу, связанной с превращением гелиоэнергии в электрическую.
• Инвертор. Выполняет функцию, связанную с преобразованием постоянного тока в переменный. Само устройство автономное и требует для функционирования порядка 30% от всей полученной энергии.
• Аккумулятор. Накопляет в себе полученную преобразованную энергию, производит автономную отдачу энергии в случае нехватки.

Солнечные панели

Солнечная панель представляет собой жесткое прямоугольное основание, имеющее определенный размер, на котором размещаются определенные ячейки в виде фотоэлементов. Чтобы обеспечить защиту конструкции от окружающей среды, все панели размещаются в рамку и закрываются специальным стеклом. Устройство обладает следующим строением:

• Внешне батарея (панель) имеет вид панели, в которой заламинированы кремниевые пластины, которые ответственны за преобразование всей электроэнергии.
• Сверху панель защищена закаленным стеклом. Для повышения эффективности выбирается марка стекла, обладающая низким уровнем содержания оксидов железа. Благодаря подобному решению можно получить высокую прозрачность, а также повышает эффективность работы всей системы.
• Благодаря ламинации подобная панель получается герметичной, а все материалы делают её стойкой к любым воздействиям и нагрузкам (ветровым или снеговым).

Фотоэлектрические панели в основном изготавливаются из такого материала как кремний. При этом они могут быть несколько типов, которыми являются:

• Монокристаллические. Выполнены из очищенного кремния, обладает тем самым мелкоячеистое строение. Это достаточно трудоемкий по времени и сложности изготовления вариант, что сопряжено с его высокой стоимости. Их преимуществом считается то, что они наиболее производительны и долговечны, чем все нижеописанные типы. Средний КПД равняется 25%, а срок службы порядка 30 лет.
• Поликристаллические. В их состав входят несколько кристаллов, изготовленных из кремниевого сплава, которые собираются в один фотоэлемент, обладающий темно-синем цветом, не обладающих однородной поверхностью. Таким образом, поглощение света происходит немного хуже, а уровень КПД падает на 5%. Эксплуатационный срок составляет от 20 до 25 лет. Обладают наиболее дешевой ценой, а их окупаемость происходит уже после 3-лет использования.
• Тонкопленочные (аморфные). На панели тонким слоем наносятся поглощающие полимеры с помощью напыления. Подобная технология производства солнечных панелей позволяет установить панели любого размера на поверхность той или иной формы. Батарея имеет небольшой уровень КПД и производительность – порядка 10%, а срок службы не превысит 20 лет.

Устройство аккумулятора батарей

Обычные аккумуляторы, используемые для автомобилей или других нужд не способны работать с большим количеством циклов разрядки или зарядки. Чтобы работать с альтернативной или резервной электроэнергетикой применяются устройства, которые относятся к другим типам. При выборе аккумулятора для солнечных батарей нужно подойти с высокой долей ответственности.

Существует масса вариантов, однако что их объединяет – наличие нижнего присадочного слоя полупроводника, выполнение которого происходит с помощью кремния, обладающий преобладанием n-типа электронов – воссоздается с помощью применения фосфора. Разновидностей АКБ для батарей достаточно много, а основными из общего списка можно выделить следующие варианты:

• OPzS, OPzV. Обладают трубчатой формой анода, что увеличивает количество циклов заряда-разряда в несколько десятков раз, в отличие от автомобильных, которые не рекомендуется к использованию. Однако они не смогли получить большого внимания среди потребителей – сложно назвать оптимальным по соотношению цены и уровню возможностей.
• Наиболее популярный вариант хранения энергии, относящийся к кислотным типам. Обладает ощутимой выгоды при покупке для небольших электростанций, и может обеспечить порядка 300 циклов полного, 600 половинных и 1000 30%-ных циклов «заряда/разряда», а срок службы варьируется от 5 до 10 лет непрерывного использования. В качестве основного недостатка считается то, что имеет ограниченный диапазон температур (примерно в 15 — 25 градусов по цельсии).
• Гелевые-свинцовые. GEL-аккумуляторы имеют простое строение, а также используются чаще всего. Исходя из названия, катод и анод в таких АКБ полностью погружаются в гелеобразную массу. Тем самым подобное решение позволяет исключать разрушение пластин, сделанных из свинца, в том числе появлению испарений, которые являются ядовитыми. Обладают высокой ценой, но при этом высокими эксплуатационными характеристиками и количество циклов разрядки и зарядки: в среднем может обеспечить порядка 350 циклов полного, 750 половинных и 1250 30%-ных циклов «заряда/разряда».
• Литиевые. Появились такие варианты накопления электроэнергии недавно, и обладают высокотехнологичным классом АКБ. Состоят из катодного материала на основе алюминиевой фольги, в том числе анодного материала на медной, разделенный пористым сепаратором, который пропитывается электролитом. По сравнению с другими вариантами обладает наиболее высокой плотностью электроэнергии, широким температурным диапазоном, экологически безопасны при использовании.

Как происходит работа солнечных батарей

Их работа основана на возможности по воздействию света от главного светила с веществом. Во время прямого взаимодействия энергия излучаемых фотонов (или по-другому световых частиц) передаются электронам вещества, то есть энергия будет преобразована в постоянный электрический ток.

Открыто такое явление еще в 19 веке, получившее в то время название “фотоэлектрический эффект”. Для его непосредственного возникновения и поддержания были придуманы фотоэлектрические преобразователи, а также полупроводники по способу их функционирования.

Отдельные фотоэлементы обладают низким уровнем мощности, чтобы питать определенный электроприбор, поэтому они были объединены в большую цепь, которая и формируют всю панель.

• Во время работы невидимый свет, исходящий от солнца, который называют фотонами, падает на клетку. Бомбардируя всю верхнюю поверхность панели, они несут с собой энергию.
• Фотоны отдают свою энергию электронам (зеленым пятнам), располагающихся в слое p-типа.
• Электроны используют эту энергию для того, чтобы перепрыгнуть через барьер в верхний слой n-ого типа для ухода в контур.
• Энергия проходит через инвертор, который преобразовывает постоянный ток в переменный и далее отправляется в аккумулятор, где накапливается для последующего использования.

Эксплуатация гибридной солнечной электростанции

Гибридная солнечная электростанция – специализированная электрическая установка, которая позволяет генерировать необходимый объем энергии. Автономные батареи гибридного типа могут использоваться для проведения сбора и снабжения своего дома солнечной энергии, в том числе продажи излишков производимой электроэнергии.

Устройство солнечной батареи

Ранее мы уже рассказали об основных элементах солнечной батареи, которыми являются сама панель, аккумулятор, а также инвертор и АКБ. Еще используются и другие элементы, которыми считаются контроллер заряда, предохранители, комплект коннекторов.

Схема солнечной батареи

В качестве основной схемы солнечной батареи используется нижеописанная развязка, состоящая из:

• Батарея – представляет собой плоскую панель, имеющая прямоугольную форму, которая набирается из некоторого количества отдельных пластин.
• Контроллер – специальный прибор, который может позволить поддерживать стабильную работу, связанной с превращением постоянной гелиоэнергии в постоянную электрическую.
• Инвертор – выполняет функцию, связанную с преобразованием постоянного тока в переменный. Само устройство автономное и требует для функционирования порядка 30% от всей полученной энергии.
• Аккумулятор – специальный элемент, который позволяет накоплять в себе полученную преобразованную энергию, выполняет автономную отдачу всей энергии в случае её нехватки в общей сети всего дома.
• Контроллер заряда – устройство, предназначенное для отслеживания напряжение аккумуляторов.
• Предохранители – специальные элементы, которые устанавливаются между всеми цепями электросистемы – позволяют защитить её от короткого замыкания.
• Комплекты коннекторов – соединительные элементы, которые помогают установить связь между различными устройствами. Они должны обладать общепринятым стандартном МС4.

Солнечные батареи для частного дома

Сфера использования панелей достаточно огромна. Уже сейчас с переменным успехом используются для того, чтобы снабжать электроэнергией частные или многоквартирные дома, дачные участки, в том числе, чтобы освещать и обогревать теплицы, постройки различной направленности и питания бытовых приборов.

Срок службы, как уже было описано выше, в основном зависит от того, какого типа применяется солнечные батареи для дома и могут варьироваться от 20 до 30 лет непрерывной работы. Существуют варианты устройств, которые могут производить энергию и по прошествию данного периода.

На сколько эффективны солнечные батареи для дома

В глобалистическом солнечном атласе имеются незначительные отличия между такими регионами всей нашей планеты, как пустыня Сахара и забайкальским краем в России, связанной с объемом получения и выработке электроэнергии не такие уж и большие. Установленные солнечные батареи для частного дома в Каире может вырабатывать 1,7 МВт*ч за год, а в Чите 1,5 МВт*ч – разница составляет незначительные единицы в абсолютных (порядка 200 МВт*ч), а в относительных величинах это равняется в 12%.

Чтобы понять, насколько эффективно использовать солнечную батарею для дачи или частного дома, необходимо провести некоторые расчеты, связанные с непосредственной окупаемостью установке, учитывая тарифы на электричество.

• Мощность станции – 5 КВт;
• Цена всего оборудования – 640 тысяч рублей;
• Срок службы рабочих панелей – 25 лет;
• Годовой объем выработки – 5000 КВт*ч;
• Московский дневной тариф для физических лиц на 2022 год – 5,8 рублей за КВт*ч
• Средняя стоимость выработки станции – 4,19 рублей за КВт*ч;
• Срок окупаемости – 22 года.

Как можно понять из приведенных выше расчетов, полученная электроэнергия с помощью собственной станции при установке солнечных батарей может быть выгодной для частного дома, а период окупаемости около 22 лет. В России имеется достаточно количество регионов для того, чтобы установить комплект солнечных батарей и использовать их в своих нуждах, например, производить для собственного использования или же продавать её в будущем.

Сколько стоят солнечные системы?

Многие могут задаться вопросом “сколько стоит солнечная батарея?”. Стоимость на готовые решения, связанные с получением электроэнергии составляют от 50 тысяч до 2 миллионов рублей. Зависите всё в основном от того, какие используются устройства, составляющие всю систему (от типа батарей, количества используемых для работы системы приборов, а также производителя и основных характеристик). Имеются варианты и по-бюджетнее, которые используются только для собственного использования по цене от 15 до 25 тысяч рублей.

Цены на изделия

Производитель	Модель	Мощность (номинальная в Вт)	КПД	Стоимость комплекта (тысяч рублей)
Havel (Хавел) – Россия	HVL-360/HJT	360	18,1%	23,5
DELTA (Дельта) — Китай	BST 320-60 M	360	21,2%	15,2
Silasolar (Силасолар) — Китай	SIM370	370	21,85%	25
Восток PRO – Россия	ФСМ 150 М	150	15,1%	25,3 за 2 модуля
TOPRAY Solar (ТопРей Солар) — Китай	TPSh-M6M1120SH1W-370W	370	20,3%	19,8
Osda Solar (Осда Солар) — Китай	ODA-340-30-MH	340	20,1%	14,5
General Energo (Дженерал Энерго) — Китай	GE350-72М	350	15,5%	17,2

Цены солнечных батарей и показатели могут отличаться от действительности и вся информация, представленная в таблице используются только в ознакомительных целях.

Установка солнечных батарей

Как только был выбран необходимый комплект оборудования, самое важное, понять как производится процесс по проведению монтажу солнечных батарей на крыше. Выполняется оно в несколько этапов, которыми являются:

• Соберите каркас. Для этого могут послужить любые материалы, которыми являются сталь или алюминий, а также дерево. Однако при выборе материала, следует выбрать наиболее долговечные варианты, чтобы система смогла прослужить вам несколько лет.
• Пайка панелей. Если у вас комплект с непайными панелями, то тогда следует выполнить подобную процедуру – выполняется вся работа аккуратно – в случае неправильного выполнения можно повредить детали, которые обладают повышенной хрупкостью.
• Установка. Процесс не будет требовать от вас каких-либо дополнительных манипуляций, проводимых во время непосредственного монтажа (имеются специальные крепежные системы) – главное условие заключается в надежном фиксировании на самом каркасе.
• Припаять соединительные провода солнечных батарей на крыше. Все панели каждый сможет установить не только последовательно, но и параллельно. Основным моментом считается то, что имеется необходимость в установке запирающего диода в цепь питания для каждой из панели.
• Подключите батарею к другим элементам вашей личной электроэнергетической станции.

Следует отметить тот факт, что положение солнца летом и зимой будет отличаться достаточно сильно, поэтому эффективно в конструкции установить регулировку наклона. Поэтому во время установки предполагается использование специального подвижного механизма или же применение опорного кронштейна.

Уличные солнечные батареи

Уличная батарея – автономная система, которая позволяет экономить электроэнергию на освещении своего придомового участка. Широко известно использование фонарей на солнечной батарее, обладающие высокой производительностью и наибольшим сроком службы.

Уличные светильники, которые работают на солнечных батареях имеют разную форму, в том числе внешним видом, способом непосредственной установки. Однако они обладают общим перечнем наборов элементов, которыми считаются:

• Панель или батарея. Такое устройство может перерабатывать энергию фотонов в электрическую. Расположение может быть на любой части самого светильника, однако обращено оно именно вверх, чтобы уловить наибольшее количество лучей.
• Аккумулятор. В нем накапливается электроэнергия в светлое время суток, и используется с наступлением темноты.
• Осветительный блок. Обычный корпус, в котором имеется светодиодная лампа или же небольшой плафон.
• Контроллер заряда. С помощью такого элемента происходит автоматическое включение или же выключение подачи электричества на сам осветительный блок.
• Крепление. Используется для установки и подвешивания.

Принцип их работы такой: в светлое время суток батарея, используемая в фонаре будет улавливать фотоны света, где в дальнейшем она превратиться в электрическую энергию. Впоследствии она попадет в аккумулятор. При наступлении ночного времени суток, контролером будет включена подача электрической энергии, а светодиодная лампа загорится. Через некоторое время с наступлением рассвета (при появлении освещенности более 10 Лк) процесс по освещению прекращается. Устройства обладают мощностью в 1Вт, а срок эксплуатации до 2 лет, а в некоторых случаях больше.

Оставьте комментарий, примите участие в опросе.

Знаете больше информации об электромагнитах и их применении? Поделитесь с нашими читателями в комментариях. 

Больше информации о беспилотниках и дронах: