Солнечные панели

Вторая формула расчета мощности солнечной панели

Существует еще одна формула, позволяющая рассчитать количество вырабатываемой энергии солнечными панелями. Для этого нужно знать размеры вашей батареи, а также количество мощности, которую она вырабатывает и среднее количество времени, когда на нее распространялась солнечная радиация. Допустим, что у вас есть солнечная батарея размером 2 м² и мощность 185 Вт. Зимой она получает солнечный свет максимум 1-1,5 часа, летом – 3-3,5 часа. Теперь мы можем рассчитать средний показатель электроэнергии, вырабатываемый такой батареей.

Зимой: 185 * 1,5 = 278 Вт*ч. Летом: 185 * 3,5 = 648 Вт*ч.

Плюсы и минусы солнечных панелей

Да, использование солнечных батарей может показаться довольно рациональным решением, когда необходимо обеспечить себя электричеством и теплом:

На рынке сейчас существует много предприятий, готовых предоставить вам качественные батареи.
Несмотря на цену, фотоэлектрические панели могут окупиться в течение 2-3-х лет.
Гарантия на обеспечиваемую мощность: 12 (более 90 %) и 25 лет (более 80 %).
Минимальное обслуживание.

Но не стоит также забывать и про минусы, который тоже имеют место быть:

Низкая эффективность в пасмурные дни.
Необходимость довольно больших площадей для размещения панелей, чтобы они могли вырабатывать достаточное количество энергии.
Для накопления энергии необходимы специальные аккумуляторы.

Вывод

Я сам всегда хотел перейти на альтернативные способы энергии и, с появлением солнечных панелей в Украине, я осознал, что настало время реализовывать мои планы в жизнь. Единственная проблема, которую я сейчас наблюдаю – малое количество солнечной радиации в зимний период. Но это меня не останавливает! Думаю, что с ней, в конце концов, можно справиться. Я действительно считаю, что солнечные батареи могут предоставить необходимое количество электроэнергии для обеспечения нормального способа жизни, а значит в ближайшем будущем они могут стать отличным способом выработки энергии для среднестатистического человека.

13.02.2017

3880

Что собой представляют солнечные батареи

В общей сложности солнечные батареи – это генераторы постоянного тока, к которым подключаются аккумуляторы с контролером заряда и специальные устройства, именуемые инверторами, непосредственно предназначенными для преобразования постоянного в переменный ток.

Множество фотоэлементов на панели предназначены для трансформации солнечной в электрическую энергию.

Благодаря параллельному и последовательному подключению всех отдельных фотоэлементов воедино создаётся определённое количество энергии. Элементы, подключённые параллельно, на выходе дают ток, а последовательная сборка – напряжение.

Скомбинировав оба способа — обеспечивается бесперебойная работа солнечной батареи. В качестве соединяющих элементов для панели используются диоды, которые в свою очередь не допускают её перегрева и одновременно не дают аккумуляторам самостоятельно разрядиться.

Для «сбора» и «хранения» энергии от солнечной панели используются аккумуляторы со специальным контроллёром заряда. Дабы предотвратить поломку всей системы от избыточной мощности, к ней подключается резистор. С помощью инвертора из солнечной батареи поступает преобразованный переменный ток, которым можно пользоваться для решения бытовых потребностей (например, освещение здания).

Комплектация

Базовая комплектация всей системы состоит:

Солнечная панель (и) – предназначена для приёма солнечного излучения.
Контроллер заряда – нормализует работу батареи и способствует повышению эффективности выработки электроэнергии.
Аккумуляторные батареи – благодаря батареям в системе сохраняется полученная электроэнергия.
Инвертор – необходим для преобразования постоянного в переменный ток, ведь он используется электроприборами.

Преимущества и нюансы

К главным достоинствам относятся:

Отсутствие затрат во время эксплуатации.
Долговечность.
В процессе работы используется природный неиссякаемый ресурс – солнечное излучение.
Минимальное техническое обслуживание.
Бесшумность в работе.
Достаточный уровень КПД.
0% загрязнения окружающей среды.

Относительная зависимость от солнечного света.
Высокая общая стоимость.
Необходимы навыки при монтаже.

Виды батарей

Солнечные батареи из монокристаллического кремния. Получаются от литья кристаллов высокоочищенного кремния. Особое расположение атомов монокристалла повышает КПД до 19%. Фотоэлементы имеют толщину от 200 до 300 мкм. Данного рода батареи надёжны и долговечны, но отличаются от остальных видов батарей повышенной ценой.
Солнечные батареи из мультикристаллического кремния. Материал для батарей состоит из разных монокристаллических решёток кремния, благодаря чему служит примерно 25 лет, а КПД составляет 14 — 15%.
Солнечные батареи из поликристаллического кремния. Атомы кремния имеют различную ориентацию, чем немного уступают электрическими показателями монокристаллу. Отличаются средним сроком службы (20 лет), КПД – 14%. В отличии от тёмных аналогов – материал в конечном варианте имеет светло синий цвет.
Тонкоплёночные батареи. В качестве материала для панелей используется специальная плёнка, которая хорошо поглощает свет. Данные батареи могут использоваться в местах с преобладающей пасмурной погодой. КПД у них небольшой 10%, но этот нюанс компенсируется привлекательной ценой батарей.
Батареи из аморфного кремния. Батареи эконом варианта с показателем КПД не больше 8%, но особые фотоэлектрические преобразователи позволяют вырабатывать дешёвую электроэнергию.
Батареи на основе теллуида кадмия. В основе этих батарей лежит плёночная технология. Несмотря на микроскопический слой материала, добивается результат КПД в 11%. Выработанная ими энергия обходится немного дешевле, в отличии от кремниевых панелей.

Область применения

Вырабатываемая дешёвая электроэнергия солнечными батареями востребована в различных отраслях и используется для:

Освещения жилых и не жилых помещений – дома, дачи, офисы, больницы, тепличные комплексы.
Обеспечения энергией телекоммуникационного и медицинского оборудования.
Освещения придомовых территорий, улиц, шоссе.
Производить зарядку микроэлектроники.
Особой популярностью солнечные батареи пользуются в космической и автомобильной отрасли.

Недостатки использования энергии солнца

Схема расположения солнечных панелей.

Несмотря на то, что электричество, полученное с помощью только энергии солнца, не требует при эксплуатации системы никаких капиталовложений, в данном вопросе много проблем. Во-первых, объем полученного электричества во многом зависит от следующих факторов: погоды, широты местности, мощности батарей.

Во-вторых, такие источники тепла являются в большей степени дополнительным средством, к примеру, для обогрева, что ограничивает их применение. В-третьих, установка подобного оборудования стоит больших денег. В частности, это касается крупных электростанций. Стоимость самих аккумуляторов на порядок превышает таковую для батарей.

Но самое важное — это удешевление способов генерации полученного от солнца тепла и сохранение его как можно более длительное время. Вечером потребление электричества возрастает, а батареи работают в основном в дневное время

Учеными вычислено, что стоимость 1 Вт от батареи равно 0,5 $. За день (8 часов работы) она способна образовать 8 Вт/ч, которую потребуется сохранить на вечернее время. Самое дешевое солнечное электричество сейчас получают с помощью поликристаллических батарей. Большое значение имеет и то, что стоимость солнечной энергии не должна превышать цену альтернативного топлива, например, газа. Если взять для примера одного из мировых лидеров в данном вопросе — Германию — цена на газ в ней равна 450 $, то стоимость 1 кВт солнечной энергии не должна быть выше 0,1 $. В противном случае применение последней будет экономически не целесообразным.

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.

Эффективность солнечного оборудования

Стоит знать о производительности солнечных батарей. Опираясь на научные данные, можно утверждать, что энергия составляет примерно 1367 Вт на 1 м². В области экватора некоторое ее количество задерживается атмосферой, поэтому энергия, которая доходит до земли равна 1020 Вт.

Схема работы солнечной батареи.

К примеру, если установить солнечные батареи на площади в 1 км², то годовое количество полученной электроэнергии составит примерно 187 ГВт/ч (1173 * 0,16).

При этом большое значение имеет угол установки их относительно падающего света, в данном случае оптимальное его значение 40 °. Стоимость 1 кВт электроэнергии в настоящее время равна 3 рублям, стоимость электроустановки будет составлять 561 млн рублей. Коэффициент полезного действия данного оборудования непостоянен и зависит от нескольких факторов. Главный из них — интенсивность и продолжительность инсоляции, которая, в свою очередь, определяется погодными условиями, длительностью дня и ночи, то есть широтой местности. Огромное значение имеет и тип установочных солнечных батарей.

Исследования и разработки для повышения КПД

Наиболее перспективным направлением исследований считается создание многослойных панелей. Основной упор делается на возможность получения энергии от инфракрасных и ультрафиолетовых лучей, которые во многом более активны, чем видимые части спектра. Работы ведутся и в области очистки кремниевых структур, создания наиболее однородных и чистых кристаллов.

Еще одним направлением является создание максимально плотных и ровных соединений полупроводников. Электрический ток возникает на границе двух материалов, и, если поверхность обоих изобилует впадинами и прочими изъянами, эти участки исключаются из общей рабочей зоны. Проблема технически сложная, поскольку речь идет о микронной точности шлифовки. Для промышленного производства эти методики пока слишком сложны, а цены на панели будут недоступны рядовым покупателям. Процесс исследований происходит непрерывно, поэтому ожидать положительных сдвигов можно в любой момент.

Строение и принципы работы гибких панелей

Принцип работы гибких солнечных панелей заложен в таком понятии, как фотовольтаика. Суть ее заключается в том, что солнечный свет распознается как волна и как поток фотонов и в дальнейшем преобразовании его в энергию. От этого и пошло такое название. Ток вырабатывается при помощи 2-х типов материалов, которые заложены в фотоэлемент модуля в виде слоев. Один полупроводник направлен на создание свободных электронов n-типа, а второй p-типа. В результате хаотичного движения и особого строения атомов они образуют энергию, которая далее перерабатывается в привычное для всех электричество с напряжением 220В.

Сегодня инженеры пытаются не только найти идеальную формулу производства солнечных батарей – с низкой себестоимостью и высоким уровнем эффективности, но и сделать солнечные панели максимально удобными для эксплуатации. Одним из таких решений стало облегчение конструкции, поэтому на смену пришли гибкие модули.

Принцип работы шибких солнечных панелей

Гибкие панели с каждым днем набирают популярность. Они отличаются не только ценой, но и принципом работы:

Сначала солнечный свет попадает на поверхность фотопленки со стороны того материала, где находятся электроны n-типа.
Фотоны соединяются с атомами полупроводника и выводят лишние электроны.
Оставшиеся свободные частицы направляются к слою р-типа и соединяются с теми атомами, где недостает р-частиц.
Как результат, возникает напряжение, где верхний слой – это катод, а нижний – это анод.

Заряженные частицы попадают в аккумулятор, где они сохраняются и накапливаются, а после переходят в инвертор, который при определенном объеме накопленных электронов выдает ток с напряжением 220В.

Полупроводником могут выступать кремний, селен, галлий и прочие. Главным отличием гибкого модуля является его сверхтонкое напыление с алюминиевыми проводниками, что делает панели легкими и удобными в эксплуатации, а также размещении. Сейчас от тяжелых и громоздких батарей потребители все чаще стали отказываться в пользу гибких панелей.

Особенности используемых в формуле показателей

Величина солнечной энергии, падающей на крышу и стены дома в определенном регионе, может измеряться для разных промежутков времени. Метеорологи (именно они занимаются измерением этого показателя) рассчитывают годовую, месячную и дневную солнечную радиацию, приходящуюся на 1 кв. м. Если этот показатель годовой, то его единицей измерения является кВт*ч/(м²*год). Вместо слова «год» могут быть слова «месяц» и «день». Например, показатель 5 кВт*ч/(м²*день) означает, что за 1 день на 1 квадратный метр падает 5 кВт солнечной энергии.

В вышеуказанную формулу можно подставлять любой показатель. При этом следует помнить, что если подставляется годовая солнечная энергия, то результатом расчета будет такое количество электроэнергии, сколько панель производит за 1 год. Аналогично с показателями других промежутков времени. Наиболее целесообразно высчитывать месячную выработку электрической энергии. Это потому, что интенсивность освещения в каждом месяце различна, и для выработки, например, 10 кВт электричества, надо использовать , а также подключать соответствующее число аккумуляторов.

Хотя выражение включает в себя 2 показателя, его следует рассматривать, как один. Это потому, что он показывает производительность панели. Более правильно было бы использовать выражение , где S является площадью светочувствительных пластин в кв. м. Оно позволяет определить КПД солнечных батарей, а точнее, какую часть света может превратить 1 кв. метр панели в электрическую энергию.

Например, есть немецкая монокристаллическая панель SolarWorld 2015. Она имеет площадь 1,995 кв. метр и мощность 320 Вт. Ее КПД составляет 320 / (1 000 * 1,995) * 100 = 16,04%. Конечно, для применения в формуле выражение на 100 умножать не надо. В ней следует использовать число 0,1604.

Однако второе выражение не используют потому, что результатом будет мощность 1 кв. метра панели. Как известно, батарея редко имеет такую площадь. Этот ее показатель значительно больше. Например, вышеупомянутое изделие имеет площадь 1,995 м². В итоге, конечный рассчитанный по формуле результат нужно было бы умножать на площадь. Получилось бы так, что в числителе и знаменателе выражения будет S. А если S делить на S выйдет 1.

Ко берут из специальной таблицы, в которой разной величине угла наклона и угла отклонения от южного направления соответствует определенный коэффициент. Такую таблицу могут предоставить производители. Также они всегда могут дать полезные консультации, часть которых может касаться выбора аккумуляторов.

Способы монтажа бытовых гелиоустановок

В установке солнечных батарей нет ничего сложного. Самое главное — грамотно разместить модули

При монтаже важно придерживаться определенного угла наклона, который должен соответствовать географической широте местности. В процессе установки нужно также соблюдать азимут

Для северо-восточных он составляет 180 градусов.

Зимой КПД электростанции с солнечными батареями может упасть до минимальных значений, поскольку обильные снегопады будут препятствовать попаданию лучей солнца на наружную поверхность фотоэлектрических элементов

Поэтому при монтаже важно учесть, что на крыше потребуется свободное место для очистки конструкции от налипшего снега и грязи. Впрочем, этих хлопот можно избежать, если зафиксировать солнечные панели на поверхности южной стены под углом 60–80 градусов

На практике для коттеджей применяют разные варианты расположения фотоэлектрических модулей:

кровля — дополнительно потребуется установка надежной опорной конструкции из металлопрофилей или направляющих рельс;
стены — в данном случае на фасад здания монтируется рамная система для удержания фотопанелей «на весу»;
приусадебная территория — альтернативный вариант расположения батарей, когда кровля дома сильно затенена или не рассчитана на дополнительную нагрузку.

Свободное размещение имеет множество преимуществ, но требует наличия достаточного пространства на приусадебном участке. Чтобы автоматизировать процесс наклона и движения фотоэлектрических панелей по ходу солнца, дополнительно рекомендуется использовать специальные шарнирные конструкции с электроприводом.

Окупаемость и срок эксплуатации

Применение солнечных батарей позволит сэкономить на освещении и отоплении, независимо от времени года. Самые большие показатели энгергоэффективности гелиосистемы демонстрируют в южных широтах, где количество солнечных дней преобладает. Это и неудивительно, так как обязательным условием высокопродуктивной работы электростанции является стабильное поступление инфракрасного излучения и видимого света на поверхность фотоэлектрических элементов.

По статистике, солнечные батареи для частного дома мощностью 4–5 кВт при постоянном использовании окупают себя за 8–10 лет, после чего работают впрок. При этом срок эксплуатации составляет в среднем 20-25 лет, а вот аккумуляторные батареи придется менять через каждые 5-6 лет. Многим такие сроки окупаемости покажутся большими, но в действительности оно того стоит, учитывая, что в скором времени ископаемых ресурсов на планете практически не останется, а стоимость одного киловатта электроэнергии возрастет в разы.

Современные разработки

Одно из перспективных направлений ‒ преобразование в электроэнергию всех спектров излучения. Разработки в этом направлении ведутся многими компаниями, институтами, научными центрами и результаты уже есть.

Теория наноантенн

Идея преобразования излучения Солнца в электрический ток по принципу выпрямляющей антенны, работающей в диапазоне оптических волн 0,4-1,6 мкм, появилась еще в 1972 г. и принадлежит Р. Бейли. Потенциальный КПД таких антенн в теории составит 85%. Первая попытка создать солярный преобразователь на наноантеннах была предпринята в 2002 г. компанией ITN Energy Systems, которая не увенчалась успехом. Несмотря на это, данная методика рассматривается как наиболее перспективная и исследования продолжаются.

Фотоэлементы на основе перовскита

Сегодня этот материал, как альтернатива кремнию, наиболее популярный среди производителей. Его стоимость намного дешевле, что в конечном итоге положительно влияет на цену продукта. При этом в его состав входит токсичный свинец, который долгое время пытались заменить. Группа нидерландских ученых, работая над этим вопросом, случайно совершила открытие.

Свинец заменили оловом и при тестовых исследованиях заметили странное явление. «Горячие электроны», то есть электроны с повышенной энергией, отдавали ее через несколько наносекунд, вместо нескольких сотен фемтосекунд, что значительно дольше. В обычных панелях такие электроны преобразовываются в тепло, а не в электричество. В данном случае за счет медлительности электронов появляется возможность преобразовать их в электроэнергию, до того, как они станут теплом.

Стоимость солнечных батарей

Приблизительная цена одной солнечной панели составляет порядка 90 руб./ 1Вт. Следовательно, блок с максимальной мощностью 200 ВТ будет стоить примерно 18.000 рублей.

Вполне естественно, что нормальной работы всех электросетей и коммуникаций дома одного такого модуля будет не достаточно, и таких блоков придется купить более 10 штук. Так что собственная солнечная электростанция с общей мощностью в 1 кВт обойдется порядка 250.000 рублей, не говоря уже о стоимости дополнительного оборудования и работ по установке.

Однако солнечные элементы, изготовленные на основе моно- или поликристаллического кремния, смогут обеспечить полную автономность дома в любое время

Очень важно при этом грамотно подобрать необходимые фотоэлементы и вычислить необходимое их количество в соответствии с площадью дома и требуемой мощностью

Идеальное излучение

Чтобы решить проблему поглощения светоэлементом всего спектра излучения Солнца, команда исследователей из Хайфа (Израиль) предложили нестандартное решение. В опытах они решили преобразовать солнечный свет в идеальное излучение. Для этого они разработали и применили уникальный фотолюминесцентный материал. Подобная технология используется в светодиодных лампах, где диодное свечение поглощается люминофором и преобразовывается в свечение, оптимальное для восприятия человеком. В случае с элементом, материал преобразует весь спектр излучения в свет, идеально поглощающийся панелью. По утверждению молодых ученых, преобразование света позволит увеличить конверсию в электричество до 50%.

Многослойные панели для установки на крыше

Ранее ученые из университета Нового Южного Уэльса предложили концентрировать излучение Солнца с помощью зеркал. Такая методика позволила значительно увеличить эффективность работы элементов. Сегодня эта технология применяется на множестве СЭС, однако для батарей, устанавливаемых на крышах частных домов, такая конструкция невозможна. Увеличить эффективность преобразования неконцентрированного света до 53% предложили разработчики германского научного центра Agora Energiewende.

В основе их изобретения лежит многослойная панель способная поглощать 4 диапазона света. Специальный преломляющий слой отражает инфракрасный спектр к кремниевой части и пропускает остальной свет к трехслойной панели. Первый слой ‒ индий-галлий-фосфид, второй – индий-галлий-арсенид и третий ‒ германий. Каждый поглощает свет в определенном диапазоне, и в результате получается «выжать» максимум энергии.

Теоретически конструкция идеальна, но на практике для применения на крыше возникли проблемы со сложностью обслуживания. Пока разрабатываемая для частного сектора батарея больше подходит для электростанций, но работы по ее усовершенствованию продолжаются.

Энергия днем и ночью

Особое внимание многих научных изданий привлекли разработки китайских ученых. Это не удивительно, ведь Китай в этой области держит первенство и является крупнейшим поставщиком солнечных панелей, пользующихся спросом по всему миру

Китайские разработчики предложили панель, работающую не только в светлое время суток, но и ночью. Секрет заключается в слое люминофора с длительным послесвечением. Днем непоглощённый фотоэлементом свет задерживается люминофором, который светится ночью, отдавая энергию фотоэлементам. Хотя ночное КПД составляет всего 25%, такие батареи смогут значительно повысить эффективность солнечной энергетики.

Принцип работы солнечной батареи

Любая солнечная батарея представляет собой фотоэлектрический преобразователь, использующий для получения электрической энергии световую. Практическую ценность в настоящее время имеет фотоэлектрический эффект в полупроводниковых материалах.

За счет появления свободных носителей, энергии которых недостаточно для преодоления запрещенной зоны образуется разница потенциалов (напряжение) между электродами элемента. При подключении внешних цепей между ними возникает электрический ток.

Схема работы солнечных батарей

Фотоэлементы на базе различных полупроводников преобразуют в электрическую энергию различные части солнечного спектра Так, кристаллические кремниевые модули захватывают до 80% излучения со смещением в красную сторону, пленочные элементы на основе аморфного кремния могут работать и в инфракрасном диапазоне, диоксид титана поглощает фиолетовые и ультрафиолетовые лучи.

Мнение эксперта

Гребнев Вадим Савельевич

Монтажник отопительных систем

Теоретически в часть поглощенного солнечного излучения может быть преобразована в электрическую энергию, однако на практике пока удалось добиться КПД преобразования порядка 15-25% для элементов серийного производства.

В некоторых лабораторных образцах исследователи вплотную подошли к 50%-й отметке. При получении таких же результатов в промышленном производстве стоимость генерации может снизиться более чем вдвое, по сравнению с современным уровнем.

Существующие варианты крепления

Первым делом поговорим о том, как можно самому устанавливать солнечные батареи в домашних условиях. Существует несколько методов установки, а именно:

На крыше дома со скатом не более 40 градусов. В этом случае можно либо сделать специальную несущую конструкцию из профилей, либо, если угол наклона кровли свыше 30 градусов, установить солнечные панели без кронштейна, как показано на фото ниже (вариант 2).
На плоской крыше здания. При таких условиях необходимо сделать специальный металлический каркас с наклонной плоскостью для крепления солнечных батарей под углом относительно крыши.
На стене. В практике встречается такой способ установки солнечных батарей на крыше крайне редко. Как и в остальных случаях, сначала создается надежная рамная конструкция, к которой и осуществляется крепление. В этом случае батареи также нужно установить под наклоном.
В земле на специальной опоре в виде штанги. Такой вариант установки может использоваться в регионах с сильными снегопадами либо если другие варианты монтажа, кроме как на столбах, не подходят.
На балконе или лоджии. Если Вы решили самостоятельно установить солнечные батареи в квартире, тогда разместить их можно на крыше балкона либо с внешней стороны, как показано на картинках ниже.

Чаще всего в домашних условиях используется первый и второй вариант установки. Сейчас мы рассмотрим, как выполнить монтаж солнечных батарей своими руками и какие нюансы нужно учитывать, чтобы сделать все правильно.

Преобразование световой энергии

В настоящее время использование энергии Солнца стало актуальной задачей. Ведь это самый дешевый и экологически чистый способ получения электроэнергии и тепла. По сравнению с ТЭС, конечная цена электроэнергии для потребителя обходится на 80% дешевле. Потребность в альтернативных источниках недорогой электроэнергии повысила спрос на солнечные батареи, а конкуренция между производителями дала стимул научным разработкам новых технологий.

Существует 3 способа преобразования световой энергии, которые уже широко применяются по всему миру.

Солнечные коллекторы

Это самый простой способ с применением недорогого оборудования. Принцип действия заключается в нагревании воды Солнцем. Такие установки до недавнего времени применялись в основном только в жарких странах для горячего водоснабжения. Современные коллекторы, произведенные в России, рассчитаны для эксплуатации в северных регионах. При температуре на улице — 10°C в ясную погоду они нагревают воду до 80-90°C.

Солнечные реакторы

Сравнительно новая технология, которая активно внедряется в Германии. Изначально установка была задумана для получения дешевого водорода без причинения вреда окружающей среде. Сам водород ‒ это самое экологическое топливо. В отличие от углеводородов, продукт его сгорания ‒ обыкновенный водяной пар (H₂ + 0,5 O₂ → H₂O). В ходе разработок был получен целый энергетический комплекс, способный обеспечить частное хозяйство электроэнергией, горячим водоснабжением и отоплением. В хорошую погоду электроэнергию вырабатывают батареи, а излишки энергии расходуются на получение водорода. При недостатке генерированного электричества, в ход пускается накопленный водород. Ведущие производители таких комплексных систем ‒ это компании HPS Home Power Solutions GmbH и CNX Construction.

Прямое преобразование энергии Солнца в электрическую постоянно совершенствуется и расширяется. Стремительный рост внедрения СЭС подтверждается статистикой. В 2005 общая мощность солярных проектов составляла всего 5 ГВт, а уже в 2014 – 150 ГВт. Сегодня в мире существует множество таких электростанций, самые крупные из которых:

«Топаз», Калифорния – 1096 МВт;
«Agua Caliente», Аризона – 626 МВт;
«Mesquite», Аризона – 413 МВт;
«Solar Ranch», Калифорния – 399 МВт;
«Хуанхэ», Цинхай – 317 МВт;
«Каталина», Калифорния – 204 МВт;
«Xitieshan», Цинхай – 150 МВт;
«Нинся Qingyang», Нинся – 150 МВт;
«Перово», Крым – 133 МВт;
«Серебро», Невада – 122 МВт.

В России в настоящий момент работает 23 СЭС общей мощностью 250,318 МВт. К тому же применяемое оборудование постоянно модернизируется, а мощности наращиваются.

Кроме крупномасштабных энергетических проектов, солнечные батареи все больше применяются в быту и в различного рода устройствах. Их устанавливают на крышах частных домов, на опорах уличного освещения, встраивают в портативные зарядные устройства, вычислительную технику и автономные приборы освещения для придомовой территории.

Среди самых необычных решений можно отметить велодорожку в Нидерландах и километровый участок автодороги во Франции, выполненные с покрытием из фотоэлементов, а в Корее разработали батарею-имплантат. Он в 15 раз тоньше волоса, предназначен для вживления под кожу и способен питать имплантированные приборы.

Принцип действия

Светоприёмная панель состоит из ячеек (модулей), которые выполняются из двуслойного полупроводникового материала, обладающего свойством фотопроводимости. Верхний слой полупроводника типа «n» имеет отрицательный потенциал, а нижний типа «p» ‒ положительный. При попадании на верхний слой лучей света происходит внешний фотоэффект. Другими словами, полупроводник «n» начинает отдавать электроны. В это же время нижний слой «p», наоборот, способен захватывать электроны. Таким образом, если замкнуть цепь, подсоединив нагрузку к слоям, электроны, покинувшие верхний слой, устремятся через нагрузку к нижнему слою. Затем через p-n переход опять возвращаются в верхний слой.

Солнечные батареи какие лучше по характеристикам

Коэффициент полезного действия

КПД панели является одним из главных критериев эффективности преобразования солнечной энергии в электричество. Чем выше КПД, тем лучше работоспособность модуля. Максимальный КПД (44,7%) данное разработали немецкие ученые. Он являет собой своеобразный ориентир для других производителей. Впрочем, можно использовать в любительских целях модуль, КПД которого находится в диапазоне 10-20%.

Тип панели

На сегодняшний день солнечные панели подразделяются на две группы:

Кремниевые батареи — одни из самых популярных в мире. Их доля применения достигает 90%. Они имеют три подвида, которые отличаются друг от друга отличаются КПД и ценой. По ценовой доступности наиболее доступными считаются поликристаллические панели. Их основным элементом является кристалл, полученный охлаждением расплавленного кремния. Материал не самый чистый, его КПД достигает 15%. Монокристаллы представляют собой исключительно чистый кремниевый материал, отличающийся высоким КПД (около 20%). Такие панели имеют немалую цену. Аморфные модули создаются из гидрида кремния (SiH4), наибольшее их преимущество – высокая производительность в условиях ограниченной освещенности (дождь, запыленный воздух, сумерки, туман).
Пленочные модули входят в применение постепенно. Они завоевывают свои позиции за счет гибкости и удобства применения. Эти модули можно даже резать ножом, огибать неровные основания, они тоньше и весят меньше. из недостатков только: меньшая мощность, высокая цена изделия, подверженность атмосферному воздействию.

Назначение

Решая: солнечные батареи какие лучше из широкого ряда моделей, при выборе следует отталкиваться от назначения панели.

Для создания мини-электростанций предпочтение отдается мощным стационарным модулям с хорошей защитой от снега, дождя, мороза.
Чтобы организовать освещение в турпоходе или для подпитки аккумуляторов гаджетов (смартфонов и планшетов) требуются мобильные панели, которые будут удобны в транспортировке. Мощность их небольшая, зато они доступны в цене.

Качество изготовления

Чтобы понять солнечные батареи какие лучше, следует иметь ввиду, что каждой панели присваивается класс, который демонстрирует качество сборки.

Солнечная батарея в походе незаменимая вещь для тех, кто привык пользоваться гаджетами

Итак, мобильные устройства по преобразованию энергии Солнца в электрический ток могут применяться для:

зарядки мобильных телефонов и других устройств;
питания радиоприемников во время походов, рыбалки;
питания систем навигации во время экспедиций;
освещения в темное время суток во время походов.

Как это работает?

Элементы солнечных батарей состоят из пластин кремния. При попадании фотонов света на кристаллическую решетку этого материала, некоторая часть электронов приходит в движение. А из школьного курса физики нам известно, что движение электронов в проводнике – это и есть электричество.

Общая энергия, излучаемая солнцем во все стороны, составляет примерно 385 млрд. мВт/ч. На каждый квадратный метр поверхности этой, сравнительно небольшой, звезды приходится более 63 кВт. Но, преодолев 150 миллионов километров до земли, пучок фотонов изрядно рассеивается и на экваторе в ясную погоду, в полдень, мощность света составляет около 1 кВ на 1 квадратный метр.

Формула расчета электрической мощности солнечной батареи

В интернете существует довольно много информации о солнечных батареях, поэтому я лучше сосредоточусь на конкретных цифрах, позволяющих подсчитать среднее количество энергии, вырабатываемое солнечными панелями. Конечно, важным фактором, который необходимо учитывать при установке таких панелей – количество солнечной радиации, попадающей на них. К примеру, вы приобрели солнечные батареи, на которых указана мощность в 250 Вт. Это означает, что она будет выдавать вам 250 Вт солнечной энергии при радиации 1000 Вт/м². Естественно, что такие идеальные показатели можно достичь только при чистом небе и ярком солнечном свете. Для расчета электрической мощности нужно воспользоваться следующей формулой:

площадь батареи * эффективность преобразования * солнечная радиация.

Например,

1.6 м² * 15 % * 1000 Вт/м² = 240 Вт.

Солнечные панели в современном мире: обзор разновидностей и области применения