Панели солнечной энергии. Солнечные батареи для дома: стоимость комплекта и целесообразность установки

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.

Первые попытки использования энергии солнца для получения электричества были предприняты еще в середине двадцатого века. Тогда ведущие страны мира предпринимали попытки строительства эффективных термальных электростанций. Концепция термальной электростанции подразумевает использование концентрированных солнечных лучей для нагревания воды до состояния пара, который, в свою очередь, вращал турбины электрического генератора.

Поскольку, в такой электростанции использовалось понятие трансформации энергии, их эффективность была минимальной. Современные устройства напрямую преобразуют солнечные лучи в ток благодаря понятию фотоэлектрический эффект.

Современный принцип работы солнечной батареи был открыт еще в 1839 году физиком по имени Александр Беккерель. В 1873 году был изобретен первый полупроводник, который сделал возможным реализовать принцип работы солнечной батареи на практике.

Принцип работы

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.

Эффективность фотоэлементов, созданных при помощи монокристаллического метода нанесения кремния, является существенно выше, поскольку в такой ситуации кристаллы кремния имеют меньше граней, что позволяет электронам двигаться прямолинейно.

Устройство

Конструкция солнечной батареи очень проста.

Основу конструкции устройства составляют:

• корпус панели;
• блоки преобразования;
• аккумуляторы;
• дополнительные устройства.

Корпус выполняет исключительно функцию скрепления конструкции, не имея больше никакой практической пользы.

Основными элементами являются блоки преобразователей. Это и есть фотоэлемент, состоящий из материала-полупроводника, которым является кремний. Можно сказать, что состоят солнечные батареи, устройство и принцип работы которых всегда одинаковый, из каркаса и двух тонких слоев кремния, который может быть нанесен на поверхность, как монокристаллическим, так и поликристаллическим методом.

От метода нанесения кремния зависит стоимость батареи, а также ее эффективность. Если кремний наносится монокристаллическим способом, то эффективность батареи будет максимально высокой, как и стоимость.

Если говорить о том, как работает солнечная батарея, то не нужно забывать об аккумуляторах. Как правило, используется два аккумулятора. Один является основным, второй — резервным. Основной накапливает электроэнергию, сразу же направляя ее в электрическую сеть. Второй накапливает избыточную электроэнергию, после чего направляет ее в сеть, когда напряжение падает.

Среди дополнительных устройств можно выделить контроллеры, которые отвечают за распределение электроэнергии в сети и между аккумуляторами. Как правило, они работают по принципу простого реостата.

Очень важными элементами солнечной назвать диоды. Данный элемент устанавливается на каждую четвертую часть блока преобразователей, защищая конструкцию от перегрева из-за избыточного напряжения. Если диоды не установлены, то есть большая вероятность, что после первого дождя система выйдет из строя.

Как подключается

Как было сказано раньше, устройство солнечной батареи достаточно сложное. Правильная схема солнечной батареи поможет добиться максимальной эффективности. Подключать блоки преобразователей необходимо при помощи параллельно-последовательного способа, что позволит получить оптимальную мощность и максимально эффективное напряжение в электрической сети.

Разновидности солнечных батарей

Существует несколько разновидностей фотоэлементов для солнечных батарей, которые отличаются между собой строением кристаллов кремния.

Выделяют три вида фотоэлементов:

• поликристаллические;
• монокристаллические;
• аморфные.

Первый вид панелей является более дешевым, но менее эффективным, поскольку, если кремний нанесен поликристаллическим способом, то электроны не могут двигаться прямолинейно.

Монокристаллические фотоэлементы отличаются максимальным КПД, который достигает 25 %. Стоимость таких батарей выше, но для получения 1 киловатта нужна существенно меньшая площадь фотоэлементов, чем при использовании поликристаллических панелей.

Из аморфного кремния изготавливают гибкие фотоэлементы, но их КПД самый низкий и составляет 4-6 %.

Преимущества и недостатки

Основные преимущества солнечных батарей:

• солнечная энергия абсолютно бесплатная;
• позволяют получать экологически чистую электроэнергию;
• быстро окупаются;
• простая установка и принцип работы.

Недостатки:

• большая стоимость;
• для удовлетворения потребностей небольшой семьи в электроэнергии нужна достаточно большая площадь фотоэлементов;
• эффективность существенно падает в облачную погоду.

Как добиться максимальной эффективности

При покупке солнечных батарей для дома очень важно подобрать конструкцию, которая сможет обеспечить жилище электроэнергией достаточной мощности. Считается, что эффективность солнечных батарей в пасмурную погоду составляет приблизительно 40 Вт на 1 квадратный метр за час. В действительности, в облачную погоду мощность света на уровне земли составляет приблизительно 200 Вт на квадратный метр, но 40 % солнечного света – это инфракрасное излучение, к которому солнечные батареи не восприимчивы. Также стоит учитывать, что КПД батареи редко превышает 25 %.

Иногда энергия от интенсивного солнечного света может достигать 500 Вт на квадратный метр, но при расчетах стоит учитывать минимальные показатели, что позволит сделать систему автономного электроснабжения бесперебойной.

Каждый день солнце светит в среднем по 9 часов, если брать среднегодовой показатель. За один день квадратный метр поверхности преобразователя способен выработать 1 киловатт электроэнергии. Если за сутки жильцами дома израсходуется приблизительно 20 киловатт электроэнергии, то минимальная площадь солнечных панелей должна составлять приблизительно 40 квадратных метров.

Однако, такой показатель потребления электроэнергии на практике встречается редко. Как правило, жильцы израсходуют до 10 кВТ в сутки.

Если говорить о том, работают ли солнечные батареи зимой, то стоит помнить, что в данную пору года сильно снижается длительность светового дня, но, если обеспечить систему мощными аккумуляторами, то получаемой за день энергии должно быть достаточно с учетом наличия резервного аккумулятора.

При подборе солнечной батареи очень важно обращать внимание на емкость аккумуляторов. Если нужны солнечные батареи работающие ночью, то емкость резервного аккумулятора играет ключевую роль. Также устройство должно отличаться стойкостью к частой перезарядке.

Несмотря на тот факт, что стоимость установки солнечных батарей может превысить 1 миллион рублей, затраты окупятся уже в течении нескольких лет, поскольку энергия солнца абсолютно бесплатна.

Видео

Как устроена солнечная батарея, расскажет наше видео.

В современном мире все больше набирают популярность источники альтернативной энергии. Как известно, одним из таких является наше светило. Поэтому сейчас резко возрос спрос на устройства для автономного обеспечения электричеством. В частности, люди все больше начинают использовать установку с солнечными батареями.

Общие черты

Все разновидности солнечных батарей имеют одинаковый принцип работы. В полупроводниковой пластине солнечной панели на атомном уровне имеется 2 слоя:

• N, атомы которого имеют лишние электроны;
• P, где у атомов не достает электронов.

Свет источника ускоряет процесс отсоединения свободных электронов в первом слое. Затем они перемещаются во второй. Между слоями находится проводник, в котором таким образом возникает электрический ток. Сила тока находится в прямой зависимости от типа полупроводников. Ассортимент сырья и методов для изготовления источника питания не ограничен.

Однако важно помнить, что все батареи делаются из кремния или пленки. Они имеют ряд подвидов и свои тонкости в применении. С фото солнечной панели вы можете ознакомиться на нашем сайте.

Обеспечение электропитания в походе, задача комплексная и те, кто думает, что купив только солнечную батарею он решит все свои задачи, скорее всего, ошибётся. В данной статье обсуждается как максимально эффективно использовать солнечную батарею и обеспечить свои гаджеты "правильным" питанием.

Покупая солнечную батарею для питания и зарядки различных устройств в походных условиях, многие считают, что решили все свои проблемы в данной области. Но, как показывает практика, не тут то было - то зарядка не идёт, то мощности не хватает, то ещё какая неожиданность проявится.

Как же "правильно" использовать солнечную батарею, чтобы получить от неё максимум, того, что она может дать? Об этом и поговорим ниже.

Перво-наперво нужно понять, что энергия, получаемая от солнечной батареи - это пока ещё некий полуфабрикат, во многих случаях непригодный для питания многих устройств. Лишь самые "некапризные" из них могут её "переварить", в основном это аккумуляторы, да и то, не всех типов.

Плохое качество энергии заключается, во-первых, в нестабильности выходного тока и напряжения, и, во-вторых, в малом количестве этой энергии, явно меньше тех циферок, что присутствуют в описании солнечных батарей.

Для грамотного использования солнечной батареей необходимо придерживаться двух основных правил:

Солнечная батарея должна как можно больше времени находиться на солнце и работать, работать, работать… отдавать всё, что она может.

Должно быть устройство, которое накапливает всю энергию, что выдает солнечная батарея.

Чаще всего, это либо аккумулятор, либо более сложный накопитель.

Использование этих двух простых принципов позволяет снизить требования к мощности солнечной батареи в несколько раз, и при этом обеспечить гарантированную зарядку своих устройств, даже когда солнца нет.

Теперь подробнее.

Шаг первый. Солнечная батарея.

Для примера, возьмём гибкие . Их мощности вполне достаточно, чтобы обеспечить потребности туриста с набором из КПК, GPS, фотоаппарата, рации (в среднем, конечно, но большинству такой мощности вполне хватает).

Их вид и характеристики показаны ниже.

Солнечная батарея 6 Вт.

Выходное напряжение (рабочее / без нагрузки) - около 6 В / 8В

Выходной ток (рабочий / короткого замыкания) - около 1А / до 1.3А

Габариты в сложенном состоянии - 200х195х9 мм

Габариты в раскрытом состоянии - 595х195х6 мм

Солнечная батарея 8 Вт.

Выходное напряжение (рабочее / без нагрузки) - около 12.5 В / 16В

Выходной ток (рабочий / короткого замыкания) - около 0.66А / до 0.85А

Габариты в сложенном состоянии - 210х350х8 мм

Габариты в раскрытом состоянии - 420х350х6 мм

Материал фотоэлементов - аморфный кремний.

Обе имеют встроенный последовательный диод для предупреждения разряда заряжаемых аккумуляторов.

Что же мы можем подключить напрямую к этим батареям?

Аккумуляторы.

а) Проще всего зарядить от этих солнечных батарей обычные "пальчики", т.е. Ni-Mh или NiCd аккумуляторы.

Ni-Mh аккумуляторы.

От шестиваттной солнечной батареи можно заряжать от 1 шт до 4-х последовательно соединённых аккумуляторов, а от восьмиваттной - 1…8 шт.

Какие "подводные камни" стоит учесть при такой прямой зарядке? В первую очередь, перегрев аккумуляторов в конце зарядки. В большей степени это касается шестиваттной солнечной батареи, т.к. у неё в полтора раза больший выходной ток.

Возможность зарядки NiCd-NiMh аккумуляторов напрямую от солнечной батареи обусловлена тем, что этот тип аккумуляторов допускает пропускание через себя тока даже в полностью заряженном состоянии. Этот ток составляет примерно 1/10 от их ёмкости, т.е. через аккумулятор ёмкостью, например, 2400 мАч можно и после зарядки "прокачивать" ток до 240 мА.

В большинстве случаев, ток, снимаемый с солнечной батареи, много ниже паспортного (который, примерно, соответствует жаркому летнему дню на берегу южного моря), тут и не всегда ясное небо, и неточная ориентация батареи на солнце, да и само солнце может быть не в зените. В результате, ток с солнечной батареи оказывается, зачастую, не слишком превышающим безопасные для аккумуляторов величины, что и позволяет нам заряжать "пальчики" напрямую, без специального зарядника. И необходимость следить за перегревом возникает лишь при ярком солнце.

б) Свинцовые герметичные (гелевые) аккумуляторы на 6 В и 12В также можно заряжать от этих солнечных батарей. Правда, уже не от какой попало, а только от имеющей нужное напряжение, т.е. 6 В аккумулятор только от шестивольтовой шестиваттки, а аккумулятор на 12 В от двенадцативольтовой восьмиваттки.

Свинцовый герметичный аккумулятор.

Эти аккумуляторы после окончания заряда при пропускании через них тока начинают разлагать электролит и постепенно высыхают, поэтому нужен более строгий контроль за их состоянием. Т.е., как минимум, периодически нужно подбегать с тестером и проверять уровень заряда.

в) Литиевые же аккумуляторы заряжать напрямую от солнечной батареи без контроля просто нельзя, т.к. они не допускают перезаряда и просто выходят из строя. При крайней необходимости можно либо заряжать малыми порциями, чтобы заведомо не перезарядить, либо брать с собой в поход мультиметр и при зарядке постоянно контролировать напряжение на аккумуляторе, чтобы оно не превысило 4.2 В / на банку.

Что же можно подключить из электроники к этим солнечным батареям?

Чтобы гарантированно и безопасно заряжалось - практически ничего. Каждый раз нужно проверять эту возможность методом "тыка".

Некоторые рации заряжаются от источника 12 В.

Сотовый телефон, особенно простые модели, можно заряжать от солнечной батареи 6 Вт, от 8 Вт уже нельзя, т.к. у неё на выходе 12 В, которые просто спалят телефон. Но и при зарядке телефона следует учесть, что на ярком солнце батарея даёт слишком большой ток, а сам телефон его ограничивать, в большинстве моделей, не умеет. Большой ток вызывает как преждевременное старение аккумуляторов, так и просто их вспучивание, что уже совсем плохо. Поэтому на ярком солнце при прямой зарядке, следует ставить солнечную батарею под углом к солнцу, чтобы ограничить ток.

КПК и коммуникаторы. 95 % моделей (а может и больше) зарядить напрямую от 6-ти ваттной батареи не получится, а к 8-ми ваттной, как и сотовые, даже подключать нельзя. Невозможность зарядки вызвана, в основном, двумя причинами. Во-первых, недостаточностью тока из солнечной батареи (в основном это касается прожорливых КПК), что приводит падению напряжения на выходе батареи ниже допустимого и схема зарядки КПК прекращает работу, считая, что что-то случилось с источником питания. Во-вторых, даже если тока достаточно, то напряжение с солнечной батареи нестабильно, а многие устройства имеют весьма узкие границы допустимого входного напряжения, например, от 4.8 В до 5.5В. И как только мы выходим за эти пределы зарядка прекращается. Т.е. физически зарядка идти могла бы, но, увы, запрещена разработчиком гаджета.

Шаг второй. Улучшаем солнечную батарею.

Понятно, что такие проблемы реальной зарядки более-менее сложных устройств никого не устраивали. Поэтому самым простым способом исправления ситуации было использование электронных стабилизаторов напряжения на выходе солнечной батареи.

Стабилизатор не позволяет напряжению подняться выше заданного и поэтому исчезает риск спалить своё устройство высоким напряжением.

Первые стабилизаторы были линейными, т.к. просто отсекали лишнее напряжение, не позволяя ему пройти к потребителю. Затем разработчики быстренько сообразили, что грех переводить в тепло и так небольшое количество энергии от солнечной батареи, и начали делать стабилизаторы импульсного типа. Такой стабилизатор просто преобразует напряжение и ток одного уровня в другой с минимальными потерями (КПД около 80…90%), т.е. он может взять 12 В 0.5 А от источника и выдать 6 В, но уже 1 А потребителю (в идеале, без учёта КПД).

Характеристики:

Входное напряжение от 5В до 20В.

Выходное стабилизированное напряжение - от 4 В до 15 В.

Выходной ток имеет два порога ограничения - 0.5 А и 1.5 А

Размеры 62х25х15 мм

Используя подобный стабилизатор, мы можем уже не заботиться о том, какое напряжение будет на выходе солнечной батареи, лишь бы оно было не меньше, чем нужно гаджету.

Кстати, автомобильные адаптеры в прикуриватель, представляют собой такой же импульсный стабилизатор, но с фиксированным выходным напряжением, рассчитанным на конкретное устройство. К сожалению, большинство из них начинает работать лишь от напряжение около 8В, что не позволяет спользовать солнечную батарею на 6 Вт, только 8-ми ваттку.

Т.о. использование стабилизатора позволяет использовать для зарядки КПК, сотовых, плееров или других "капризных" к питанию устройств как солнечную батарею на 6 Вт, так и на 8 Вт.

Шаг третий. "Сытые" гаджеты.

Ну что же, часть задачи по "кормлению" гаджетов мы решили - процесс стал безопасным, и питать их стало возможным от любой солнечной батареи. Но что делать, когда солнце вроде бы и есть, но недостаточно для нормальной зарядки? Т.е. физически мы могли бы зарядить наш КПК пусть и за более долгое время, но, по факту, электроника КПК запрещает нам это делать, т.к. мы не можем обеспечить достаточный, по её "разумению", ток.

Да, конечно, можно купить ещё более мощную батарею, но выход ли это? Дороже, тяжелее таскать, особенно, если на себе, да, и всегда наступит такой момент, когда слабый свет не позволит даже мощной батарее "прокормить" потребителя.

Другим недостатком использования только солнечной батареи со стабилизатором для питания гаджетов, является тот, что в те моменты, когда гаджет частично заряжен, он уже не берёт весь ток от солнечной батареи и этот ток просто теряется.

Более разумный выход заключается в использовании буферного аккумулятора или накопителя. Накопителем будем называть аккумулятор объединённый с электроникой, которая бы следила за его правильным зарядом/разрядом, стабилизировала выходное напряжение, а также выполняла другие функции, облегчающие жизнь пользователю.

Такой накопитель поглощает практически весь ток, который может выработать солнечная батарея.

По аналогии, накопитель - это большое ведро в которое льётся струйка энергии из солнечной батареи. Причём мощность струи может колебаться в десятки раз, неважно - любой поток сгодится для наполнения ведра - всё, что может дать солнечная батарея, всё складируется в аккумуляторы накопителя.

Когда же нужно накормить какой-нибудь гаджет, то он просто подключается к накопителю и черпает из него столько энергии и с такой скоростью, какой ему удобно, и "наевшись" отваливается, а не ждёт, когда же солнечная батарея соизволит нацедить ему нужную порцию.

Графически, различия в зарядке с накопителем и без представлены на рисунке ниже. На графике показан максимальный выходной ток солнечной батареи в течение некоторого времени и периоды, когда может заряжаться гаджет и накопитель.

Область закрашенная красным показывает те моменты времени, когда солнечная батарея вырабатывает достаточно тока, чтобы началась зарядка реального КПК непосредственно от солнечной батареи.

Сумма зелёной и красной областей, соответственно, время, когда происходит зарядка накопителя.

При построении графика, я пытался более-менее соблюдать масштабы реальных токов и их отношений. Так, например, некоторые КПК уже плохо заряжаются при токах ниже 1.2А, особенно, при разряженном аккумуляторе. Здесь, для примера, использован даже меньший ток - 0.5 А. Накопитель же, например, "Вампирчик-Литий", начинает заряжать свои аккумуляторы током от 10 мА, но на графике указно с запасом - 50 мА.

Т.е. мы можем видеть из рисунка, что при использовании солнечной батареи для непосредственной зарядки многих устройств, вся зелёная область просто отбрасывается, т.к. гаджет не может, зачастую, брать слишком маленький ток. Накопитель же съедает почти всё, и "зрелое красное", и "недоросшее зелёное".

Таким образом, получается, что даже, несмотря на то, что при накоплении энергии в промежуточном аккумуляторе и дополнительных преобразований теряется от четверти до половины энергии, полученной от солнечной батареи, мы всё равно оказываемся в выигрыше, причём многократном, по сравнению с непосредственной зарядкой гаджетов от солнечной батареи.

Кроме того, одним из плюсов использования буферного накопителя, является возможность зарядки в удобное нам время, а не только когда есть солнце. Часто гораздо проще и безопаснее зарядить своё устройство вечером в палатке, чем днём на ходу. Тем более, что многие дорогие гаджеты просто так, без присмотра, на долгое время на улице не оставишь.

Накопитель на литиевых аккумуляторах "Вампирчик".

Входное напряжение - от 5 В до 15(20) В.

Выходное стабилизированное напряжение - от 3.5 В...15 В

Выходной ток - до 0.5А или до 1.5А при 5В (выбирается пользователем)

Внутренний Li-Ion аккумулятор - 3.78 В, 2200 мАч 2 шт.

Размеры 135х70х24 мм

Реально, энергии накопленной в "Вампирчике" хватает примерно на 5 зарядок телефона, или на пару-тройку зарядок КПК.

Конечно же, существуют и другие накопители, например, достаточно много их представлено на сайте AcmePower. Но, если "Вампирчик" разрабатывался специально для туристов и позволяет питаться от любой солнечной батареи (5…20 В), то возможность зарядки продукции AcmePower от солнечных батарей нужно выяснять при покупке конкретных моделей. Часть информации, можно найти на сайте производителя гибких солнечных батарей компании SanCharger, где указаны конкретные модели совместимых накопителей и солнечных батарей.

И напоследок, просто приведу два комплекта для обеспечения электропитания в походе, которые мне кажутся наиболее рациональными.

Первый набор оптимизирован по максимальной экономичности использования энергии солнечной батареи:

1. Солнечная батарея 8 Вт;


2. Накопительный аккумулятор;


3. Импульсный стабилизатор напряжения.

1. Меньшая стоимость электроники по сравнению со вторым вариантом, хотя, с учётом стоимости аккумуляторов, разница уже не будет слишком велика.


2. Важнее, большой отдаваемый ток на относительно высоких напряжениях. Причём ток можно легко увеличить, используя большее количество стабилизаторов.


3. Буферный аккумулятор имеет стандартное автомобильное напряжение (9…14 В), поэтому к нему можно без труда подключать любые адаптеры для устройств, работающие от прикуривателя. (Лишь бы они не потребляли ток, больший, чем может отдать аккумулятор)

1. Солнечная батарея 6 Вт или 8 Вт;


2. Накопитель "Вампирчик".

1. Недостаточная для некоторых устройств выходная мощность на "высоких" напряжениях. "Вампирчик" заряжает практически всех потребителей использующих 5 В - это все КПК, сотовые и т.д. Но для видеокамер его выходного тока уже может не хватить.


2. Бо льшие потери, примерно процентов на двадцать, по сравнению с первой схемой, т.к. присутствуют дополнительные преобразования.


3. Использование автоадаптеров на его выходе возможно, но не слишком логично, т.к. получается слишком много преобразований и, следовательно, потерь.

• Простота и компактность, минимум проводов.


• Не нужно контролировать аккумуляторы.

Солнечные батареи – это популярный во многих странах источник дешевого электричества. Используя природные ресурсы, человек научился добывать электроэнергию не только из воды, потоков ветра и горения полезных ископаемых, но и из солнечных лучей. Стоит понимать, что солнечные панели являются частью системы, сами по себе они не будут генерировать полезный электрический ток. Разберемся, какие бывают солнечные батареи, и стоит ли их устанавливать.

Свое развитие батареи солнечные начали еще в далеком XIX веке. Предпосылкой этому стали революционные исследования о преобразовании энергии Солнца в более материальную составляющую.

Первые солнечные панели имели всего 1%, а их химической основой являлся селен. Первый вклад в развитие таких элементов питания внесли А. Беккерель, У. Смит, Ч. Фриттс.

Но использование всего 1% от всей энергии, поступающей на солнечную панель – это очень мало. Данные элементы не могли обеспечить бесперебойное питание техники, поэтому исследования продолжались.

В 1954 году трое ученых – Гордон Пирсон, Дэррил Чапин и Кэл Фуллер – изобрели батарею уже с КПД 4%. Она работала на кремнии, а впоследствии ее КПД было увеличено до 20%.

На данный момент солнечные батареи продуцируют только 1% от всей энергии в мире. Их в основном проводят в места труднодоступные для электрификации. Широко применяют этот источник питания в космической промышленности. Специалисты считают, что такому аккумулятору открыты все пути, ведь с каждым годом солнечная активность возрастает.

В наших широтах данные элементы питания устанавливают в частных домах при экономии энергопотребления и заботе об окружающей среде.

Плюсы и минусы солнечных батарей

Солнечная батарея обладает своими преимуществами и недостатками. Рассмотрим их более подробно.

Плюсы:

• Высокая экологичность. При эксплуатации не используются невосполнимые ископаемые, не возникает отходов.
• Отсутствие шума.
• Доступность. Каждый уголок Земного шара освещается Солнцем.
• Постоянство. Если ископаемые могут закончиться, их выработка уменьшиться, то наcчет солнечной энергии беспокоиться не стоит. По данным ученых, нашему светилу еще долго ничего не грозит.
• Обширная область использования. Панели могут применяться как в сельской местности, так и в космосе.
• Новые технологии. На солнечных батареях проводят испытания, на их усовершенствование тратятся громадные суммы, данная область постоянно модернизируется, подвергается инновациям.

Минусы:

• Дороговизна. Не каждый человек может позволить себе установить достаточное количество солнечных элементов питания для обеспечения своих нужд. Электрификация небольшого дачного домика обойдется в 1000-1200 долларов, в то время как на двухэтажных особняк может уйти до 10 000 у.е.
• Солнечное освещение – непостоянная единица. КПД батареи будет снижаться в ночное время, пасмурную погоду.

Комплектация батарей

О солнечных батареях множество людей думают ошибочно. Ведь сама по себе панель на крыше не может дать переменный ток.

Чтобы обеспечить жилище электричеством, придется приобрести:

1. Собственно солнечные панели. Это тот элемент конструкции, который крепится на стены или крышу дома. При попадании кванта солнечного света кремниевые кристаллы начинают колебаться, и создается электрический ток.
2. . Энергия, которая не пошла на расход бытовых нужд, аккумулируется в этом приборе, и потом ночью или в ненастную погоду она расходуется.
3. напряжения. Этот элемент является скорее не обязательным, а желательным. Он повышает продолжительность жизни аккумулятора, сообщает о его предельно низком и высоком заряде.
4. , или преобразователь энергии. В аккумуляторе электрический ток находится в постоянном значении, а для бытовых нужд необходим переменный. Инвентор и совершает данное преобразование.

Как мы видим, солнечные панели – это лишь малая часть системы. Они сами состоят из более мелких элементов – модулей. Раз устройство данных элементов питания модульное, при необходимости посредством подсоединения составляющих вы можете добавить панели или убрать лишние.

Виды солнечных батарей

Солнечная панель состоит из компонентов, и они могут быть разными:

• поликристаллическими;
• пленочными.

В первом случае один фотоэлемент – это один кристалл кремния. Данные батареи имеют наибольший КПД (до 25%), но они являются очень дорогими. Пластины насыщенного синего цвета, а их края немного скругленные.

Поликристаллические фотоэлементы объединяют несколько кристаллов кремния. Они широко распространены, их КПД колеблется в районе 20-23%. Структура неоднородна, и они хуже поглощают солнечный свет, нежели монокристаллические панели. По стоимости они более доступны.

Тонкопленочные (аморфные) фотоэлементы представляют собой напыление полупроводника на подложку. Основное преимущество в том, что их можно расположить буквально на любой поверхности, они гибкие. Недостаток – небольшая производительность.

По техническому принципу электрификацию солнечными элементами делят на:

• открытые системы;
• закрытые системы (автономные);
• комбинированные.

Открытой система называется, когда солнечная панель подключена к общей электросети. В таком случае необходимость приобретения аккумулятора и контролера отпадает. Солнечные батареи подсоединяются к общей сети с помощью инвертора. Если потребляемая бытовыми приборами мощность не превышает ту, которую производят панели, то из общей электросети ток не берется. В случае, когда вы включили приборы повышенного энергопотребления, и батареи не могут их обеспечить током, электричество берется из общей сети. Особенностью является то, что если тока не будет в основной сети, то батареи работать не станут.

С автономными системами все понятно: они замкнутые и не требуют внешней сети. Энергия накапливается в аккумуляторе и расходуется по мере необходимости.

Комбинированные сети не получили широкого распространения, так как они дороги. Сложная конструкция объединяет тип открытой и закрытой системы. При излишке электроэнергии, вырабатываемой батареями, ее можно перенаправить в общую сеть.

Применение солнечных батарей

Кроме космонавтики и обеспечения частных домов электроэнергией, панели или батареи солнечные применяют в следующих сферах:

• Автомобилестроение. Экологичный транспорт приобретает популярность, ведь выхлопы бензина и газов загрязняют атмосферу, а цены на топливо постоянно растут. Машины на солнечной энергии способны развивать скорость до 140 км/ч.
• Эксплуатация водного транспорта (барж, катеров, яхт). Такой транспорт можно встретить в Турции. Лодки развивают небольшую скорость (до 10 км/ч), и это позволяет туристом осмотреть достопримечательности и роскошные пейзажи этой страны.
• Энергообеспечение зданий. В развитых странах Европы многие муниципальные здания и сооружения полностью обеспечивают свои нужды с помощью энергии, которую выделяют солнечные панели.
• Самолетостроение. Благодаря наличию батарей, самолет в полете может длительное время не расходовать топливо.

Отрасль постоянно развивается. Уже изобрели зарядки для телефонов и ноутбуков, работающие от энергии Солнца.

На что обратить внимание при покупке солнечных батарей для дома

Данная информация будет полезна, если вы решили перейти на солнечный источник энергии. Приобретая все комплектующие для такой системы, нужно знать, где можно сэкономить, а на что обратить особое внимание:

1. Покупайте составляющие (панели, аккумулятор, инвертор) в конце зимы-начале весны . Как правило, магазины в это время предоставляют большие скидки.
2. Не покупайте сразу много солнечных батарей. Помните, что эта система модульная, и добрать необходимое количество для обеспечения нужд бытовой техники очень просто.
3. Желательно заменить все лампы накаливания в доме на светодиодные или LED . Они потребляют меньше энергии, а срок службы у них дольше.
4. Для дома приобретайте солнечные батареи с выходным напряжением в 12 В . Именно такие значения подойдут для бытовой техники, очень мало приборов используют 24 В и 48 В. Все показатели напряжения вы можете найти в паспорте устройств.

При выборе солнечных батарей обратите внимание, что каждая должна быть помещена в защитный корпус из алюминия. Этот металл легкий, прочный, стойкий к коррозии. Сверху защитное стекло должно быть матовым, не давать глянца и бликов.

Обеспечивать свой дом уютом, теплом и не платить за электричество вполне возможно. Для этого нужно установить такую систему энергоснабжения. Но стоит учитывать, что она тоже требует значительных вложений и обладает рядом нюансов. Изучив все положительные и отрицательные стороны, мы надеемся, что вы сделаете правильный выбор.

Сейчас вы узнаете то, о чем никогда не расскажут продавцы солнечных панелей.

Ровно год назад, в октябре 2015 года, в качестве эксперимента я решил записаться в ряды «зеленых», спасающих нашу планету от преждевременной гибели, и приобрел солнечные панели максимальной мощностью 200 ватт и грид-инвертор рассчитанный максимум на 300 (500) ватт вырабатываемой мощности. На фотографии вы можете увидеть структуру поликристаллической 200-ваттной панели, но через пару дней после покупки стало ясно, что в одиночной конфигурации у неё слишком низкое напряжение, недостаточное для правильной работы моего грид-инвертора.

Поэтому мне пришлось её поменять на две 100-ваттных монокристаллических панели. Теоретически они должны быть немного эффективнее, по факту же они просто дороже. Это панели высокого качества, российского бренда Sunways. За две панели я заплатил 14 800 рублей.

Вторая статья расходов - грид-инвертор китайского производства. Производитель никак себя не обозначил, но устройство сделано качественно, а вскрытие показало, что внутренние компоненты рассчитаны на мощность до 500 ватт (вместо 300, написанных на корпусе). Стоит такой грид всего 5 000 рублей. Грид - это гениальное устройство. С одной стороны к нему подключается + и - от солнечных панелей, а с другой стороны он с помощью обычной электрической вилки подключается совершенно в любую электрическую розетку в вашем доме. В процессе работы грид подстраивается под частоту в сети и начинает "выкачивать" переменный ток (сконвертированный из постоянного) в вашу домашную сеть 220 вольт.

Грид работает только при наличии напряжения в сети и его нельзя рассматривать как резервный источник питания. Это его единственный минус. А колоссальным плюсом грид инвертора является то, что вам в принципе не нужны аккумуляторы. Ведь именно аккумуляторы являются самым слабым звеном в альтернативной энергетике. Если та же солнечная панель гарантированно отработает более 25 лет (то есть через 25 лет она потеряет примерно 20% своей производительности), то срок службы обыкновенного свинцового аккумулятора в аналогичных условиях составит 3-4 года. Гелевые и AGM аккумуляторы прослужат дольше, до 10 лет, но они и стоят в 5 раз дороже обычных аккумуляторов.

Поскольку у меня есть сетевое электричество, то мне никакие аккумуляторы не нужны. Если же делать систему автономной, то нужно добавить к бюджету еще 15-20 тысяч рублей на аккумулятор и контроллер к нему.

Теперь, что касается выработки электроэнергии. Вся энергия вырабатываемая солнечными панелями в реальном времени попадает в сеть. Если в доме есть потребители этой энергии, то она вся будет израсходована, а счетчик на вводе в дом «крутиться» не будет. Если же моментальная выработка электроэнергии превысит потребляемую в данный момент, то вся энергия будет передана обратно в сеть. То есть счетчик будет «крутиться» в обратную сторону. Но тут есть нюансы.

Во-первых, многие современные электронные счетчики считают проходящий через них ток без учета его направления (то есть вы будете платить за отдаваемую обратно в сеть электроэнергию). А во-вторых, российское законодательство не разрешает частным лицам продавать электроэнергию. Такое разрешено в Европе и именно поэтому там каждый второй дом обвешан солнечными панелями, что в совокупности с высокими сетевыми тарифами позволяет действительно экономить.

Что делать в России? Не ставить солнечные панели, которые могут выработать энергии больше, чем текущее дневное энергопотребление в доме. Именно по этой причине у меня всего две панели суммарной мощностью 200 ватт, которые с учетом потерь инвертора могут отдать в сеть примерно 160-170 ватт. А мой дом стабильно круглосуточно потребляет примерно 130-150 ватт в час. То есть вся выработанная солнечными панелями энергия будет гарантированно потреблена внутри дома.

Для контроля вырабатываемой и потребляемой энергии я пользуюсь Smappee. Я уже писал про него в прошлом году. У него два трансформатора тока, которые позволяют вести учет как сетевой, так и вырабатываемой солнечными панелями электроэнергии.

Начнём с теории, и перейдем к практике.

В интернете есть много калькуляторов солнечных электростанций. Из моих исходных данных согласно калькулятору следует, что среднегодовая выработка электроэнергии моих солнечных панелей составит 0,66 квтч/сутки, а суммарная выработка за год - 239,9 квтч.

Это данные для идеальных погодных условий и без учета потерь на конвертацию постоянного тока в переменный (вы же не собираетесь переделывать электроснабжение своего домохозяйства на постоянное напряжение?). В реальности полученную цифру можно смело делить на два.

Сравниваем с реальными данными по выработке за год:

2015 год - 5,84 квтч
Октябрь - 2,96 квтч (с 10 октября)
Ноябрь - 1,5 квтч
Декабрь - 1,38 квтч
2016 год - 111,7 квтч
Январь - 0,75 квтч
Февраль - 5,28 квтч
Март - 8,61 квтч
Апрель - 14 квтч
Май - 19,74 квтч
Июнь - 19,4 квтч
Июль - 17,1 квтч
Август - 17,53 квтч
Сентябрь - 7,52 квтч
Октябрь - 1,81 квтч (до 10 октября)

Всего: 117,5 квтч

Вот график выработки и потребления электроэнергии в загородном доме за последние 6 месяцев (апрель-октябрь 2016 года). Именно за апрель-август солнечными панелями была выработана львиная доля (более 70%) электрической энергии. В остальные месяцы года выработка была невозможна по большей части из-за облачности и снега. Ну и не забываем, что КПД грида по конвертации постоянного тока в переменный примерно 60-65%.

Солнечные панели установлены практически в идеальных условиях. Направление строго на юг, поблизости нет высоких домов отбрасывающих тень, угол установки относительно горизонта - ровно 45 градусов. Этот угол даст максимальную среднегодовую выработку электроэнергии. Конечно можно было купить поворотный механизм с электроприводом и функцией слежения за солнцем, но это бы увеличило бюджет всей установки практически в 2 раза, тем самым отодвинув срок её окупаемости в бесконечность.

По выработке солнечной энергии в солнечные дни у меня нет никаких вопросов. Она полностью соответствует расчетным. И даже снижение выработки зимой, когда солнце не поднимается высоко над горизонтом не было бы настолько критично, если бы не... облачность. Именно облачность является главным врагом фотовольтаики. Вот вам почасовая выработка за два дня: 5 и 6 октября 2016 года. Пятого октября светило солнце, а 6 октября небо затянули свинцовые тучи. Солнце, ау! Ты где спряталось?

Зимой есть еще одна небольшая проблема - снег. Решить её можно только одним способом, установить панели практически вертикально. Либо каждый день вручную очищать их от снега. Но снег это ерунда, главное чтобы светило солнце. Пусть даже низко над горизонтом.

Итак, подсчитаем расходы:

Грид инвертор (300-500 ватт) - 5 000 рублей
Монокристаллическая солнечная панель (Grade A - высшего качества) 2 шт по 100 ватт - 14 800 рублей
Провода для подключения солнечных панелей (сечением 6 мм2) - 700 рублей
Итого: 20 500 рублей.
За прошедший отчетный период было выработано 117,5 квтч, по текущему дневному тарифу (5,53 руб/квтч) это составит 650 рублей.
Если предположить, что стоимость сетевых тарифов не изменится (на самом деле они изменяются в большую сторону 2 раза в год), то свои вложения в альтернативную энергетику я смогу вернуть только через 32 года!

А уж если добавить аккумуляторы, то вся эта система никогда себя не окупит. Поэтому солнечная энергетика при наличии сетевого электричества может быть выгодна только в одном случае - когда у нас электроэнергия будет стоить как в Европе. Вот будет стоить 1 квтч сетевого электричества более 25 рублей, вот тогда солнечные панели будут очень выгодны.
Пока же использовать солнечные панели выгодно только там, где нет сетевого электричества, а его проведение стоит слишком дорого. Предположим, что у вас его загородный дом, расположенный в 3-5 км от ближайшей электрической линии. Причем она высоковольтная (то есть потребуется установка трансформатора), а у вас нет соседей (не с кем разделить расходы). То есть за подключение к сети вам придется заплатить условно 500 000 рублей, а после этого еще и платить по сетевым тарифам. Вот в этом случае вам будет выгоднее купить на эту сумму солнечные панели, контроллер и аккумуляторы - ведь после ввода системы в эксплуатацию вам уже больше платить не нужно будет.
А пока стоит рассматривать фотовольтаику исключительно, как хобби.