Солнечная батарея: рекомендации по выбору прибора для дома

Альтернативные источники энергии в последнее время всё больше привлекают внимание граждан. Несколько десятков лет назад применение в быту солнечных панелей было практически невозможным ввиду их высокой стоимости. С ростом цен на электроэнергию, выработанную традиционными источниками энергии, а также из экологических соображений спрос на солнечные батареи значительно увеличился. Некоторые умельцы даже ухитряются изготовить их самостоятельно.

Устройство и принцип действия

Первые эксперименты с использованием энергии солнца проводились в середине XX века. Прорыв в этом направлении начался после изобретения полупроводникового элемента А. Беккерелем в 1839 году.

В солнечной батарее энергия солнца превращается в электрическую напрямую, без каких-либо дополнительных преобразователей. Установка, несмотря на название, совершенно непохожа на привычную батарейку: она более габаритная и состоит не из одного, а нескольких элементов.

Солнечная установка содержит три основных части:

• генератор энергии;
• инвертор;
• аккумулятор.

При попадании солнечных лучей на батарею в ней вырабатывается электрическая энергия. Сила тока этой энергии имеет постоянный род. Но все приборы, применяемые в быту, работают на переменном. Поэтому для преобразования постоянного тока используются инверторы.

Энергия солнца в течение суток непостоянна: утром и вечером она уменьшается, а ночью вовсе исчезает. Для того чтобы источник электрической энергии работал непрерывно, в установке предусмотрен аккумулятор. Он запасает энергию, выработанную в дневное время, и позволяет её использовать ночью.

Элементы простейшей установки:

• каркас;
• преобразовательный блок;
• накопитель энергии;
• вспомогательные устройства.

Каркас необходим лишь для расположения на нём остальных составляющих устройства. Преобразовательный блок (фотоэлемент) — часть оборудования, выполненная в виде тонкой прямоугольной пластины. В этом узле, вместо солнечной энергии на входе, появляется электрическая энергия на выходе. Полупроводниковый материал, который используется для изготовления преобразователя, — кремний.

В окружающей среде соединений кремния довольно много: в морском и речном песке, кремне, слюде. Средний Урал, Западная Сибирь — районы, богатые на залежи кремния. Но выделить его в чистом виде — очень трудоёмкий процесс. Именно из-за этого фактора цена фотомодулей довольно высока. С целью их удешевления проводятся эксперименты с использованием более простых соединений: галлия, меди, кадмия и индия.

Солнечная панель состоит из нескольких соединённых между собой параллельно или последовательно фотоэлементов. При их подключении существует возможность замены любого участка в случае выхода его из строя. Для защиты установки от влияния окружающей среды (пыли, влажности) панель покрывают закалённым стеклом либо пластиком.

Накопителей энергии обычно два — основной и подсобный. В основном энергия собирается и сразу же расходуется на необходимые нужды потребителей. В подсобном аккумуляторе создаётся так называемый запас, который расходуется при исчезновении солнечного излучения. К дополнительным элементам относятся контроллеры, задача которых — распределение энергии между накопителями, и клеммы.

Классификация фотоэлементов

Солнечные панели различаются по нескольким признакам: виду рабочего слоя, параметрам изгибаемости, способу нанесения рабочего материала. Разделение панелей в зависимости от эластических свойств:

• жёсткие;
• гибкие.

Набирают популярность элементы второго вида из-за возможности их установки на поверхность любой конфигурации.

По виду рабочего слоя можно выделить 7 следующих типов:

1. Органические.
2. Полимерные.
3. Многослойные и комбинированные.
4. Теллурий-кадмиевые.
5. С применением арсенида галлия.
6. С использованием селенида меди, индия, галлия.
7. Кремниевые.

Преобразовательные блоки по способу нанесения полупроводника разделяются на три вида:

• амфорные;
• монокристаллические;
• поликристаллические.

Преимущество амфорных фотоэлементов — эластичность, но существенный недостаток — самый низкий коэффициент полезного действия — максимально до 6%.

Монокристаллические преобразователи отличаются однородным тёмно-синим цветом. Делаются из чистейшего кремния. Вследствие этого эффективности работы, КПД присущи наиболее высокие значения. Работоспособность сохраняется в течение 25 лет. Вместе с тем эти панели восприимчивы к пыли и грязи и имеют наиболее высокую стоимость. Элементы этого вида должны комплектоваться дополнительным оборудованием для их поворота в сторону светового излучения.

Поликристаллическим фотоэлементам присущ синий неравномерный цвет. Их достоинством являются:

• возможность работы без изменений параметров при небольшом кратковременном затенении или пасмурной погоде;
• невысокая стоимость.

В поворотных устройствах не нуждаются. Но занимаемая ими площадь больше, чем у других видов.

Анализ необходимости

Стремясь получить бесплатную электрическую энергию, потребители колеблются перед покупкой альтернативного источника. Использованию преобразователей солнечной энергии способствуют три основных фактора:

• практичность;
• удобство;
• экономия.

К преимуществам можно отнести следующее:

• экологическая чистота;
• сравнительно небольшой срок окупаемости;
• бесплатное сырьё в виде солнечных лучей;
• простой принцип работы;
• автономный источник энергии.

Но также есть и определенные недостатки:

• высокая стоимость компонентов установки;
• зависимость от погодных условий и времени суток;
• необходимость в выделении площади.

Желающим установить оборудование на собственном участке, необходимо учесть несколько существенных факторов, влияющих на эффективность, а иногда и работоспособность батареи:

1. Освещение без препятствий. Перед тем как решиться на установку устройства, необходимо выяснить, не будет ли оно значительное время находиться в тени. Затенение фотоэлементов или некоторых их участков может привести не только к уменьшению эффективности работы установки, но и к её неработоспособности (в особенности монокристаллических панелей).
2. Количество солнечной энергии в регионе. Целесообразно устанавливать панели лишь в областях с достаточным количеством излучения солнца. Чем меньше яркость, тем более длительный период окупаемости установки.
3. Площадь. Для размещения оборудования нужен участок. И чем мощнее панель, тем больше места для неё необходимо.
4. Обслуживание. Установка нуждается в регулярном контроле её исправности и состояния. Около раза в месяц батарею необходимо очищать от пыли и грязи.

Выбор производителя

Солнечные батареи Solar — распространённая продукция среди разнообразия генераторов энергии, использующих световое излучение. Solar в переводе с английского означает «солнечный». Важнейший компонент оборудования для превращения солнечной энергии в электрическую — батарея. Именно от её работы зависит надёжность и окупаемость всей установки.

Основные критерии выбора

Определившись с мощностью и размерами необходимой солнечной панели, необходимо учесть дополнительные характеристики оборудования. Факторы, на которые следует обратить внимание, собираясь приобрести установку:

• известность производителя;
• отклонение значения мощности от номинальной величины (не более 3%);
• коэффициент полезного действия инвертора и контроллера (не ниже 95%);
• надёжность оборудования и деталей крепления;
• результаты испытания в реальных условиях компетентными лабораториями — значение отношения PTC/STC, которое должно быть как можно выше;
• срок гарантии не менее 25 лет;
• коэффициент полезного действия солнечной батареи.

Ценовая категория солнечных батарей разнообразна и составляет в среднем несколько десятков тысяч рублей. Она зависит от производимой мощности устройства и способа нанесения полупроводника:

• монокристаллические — от 2 до 20 тысяч рублей;
• поликристаллические — 19−15 тысяч;
• амфорные от 7 до 22 тыс. рублей.

Рейтинг поставщиков оборудования

С каждым годом процент продаж солнечных батарей возрастает из-за ускоренного технического прогресса и повышения интереса потребителей, поэтому количество предприятий и фирм, занимающихся их изготовлением, также увеличилось.

Чтобы приобрести качественное оборудование, следует рассмотреть ассортимент компаний, у которых объём выпускаемой продукции составляет более 500 МВт.

Всех производителей разделяют на три группы:

• Tier 1. Ведущие фирмы с первосортным товаром и хорошей репутацией. Они не только собирают панели из готовых фотоэлементов, но и не приобретают сырьё, а выращивают и обрабатывают его самостоятельно. Все процессы производства максимально автоматизированы. Таким образом, контроль над качеством продукции осуществляется на всех этапах производства, что даёт возможность предоставить гарантию покупателям на максимальные сроки — не менее 10−15 лет. Период работы таких фирм на мировом рынке — от пяти лет.
• Tier 2. Процессы производства солнечных панелей не настолько хорошо автоматизированы, как у фирм, входящих в первую группу. Компании финансируют экспериментальные проекты в области изобретения фотомодулей нового поколения. Но объёмы, внедряемых в производство новинок, невелики. Период работы на рынке торговых марок этой группы — минимум 2 года. Для того чтобы перейти в более высокую категорию, фирмам необходимо наработать больший опыт в производстве и повысить сумму капиталовложений.
• Tier 3. Компании характеризуются наиболее дешёвой продукцией вследствие минимального финансирования. Они не инвестируют научно-исследовательские проекты, не производят компоненты для установок, а непосредственно занимаются сборкой солнечных панелей. Ручной труд в процессе выполнения операций, превалирует над автоматизацией систем.

В топ-5 лучших производителей входят следующие:

• Abi-Solar.
• Panasonic.
• Viessmann.
• Jinko Solar.
• Trina Solar Limited.

Рейтинг основан на значимости компаний, а не солнечных панелей. В арсенале каждой фирмы имеется немалый выбор продукции различной мощности и соответствующей ценовой категории.

Странами-лидерами в рейтинге изготовителей являются:

• Япония — фирма Sharp Solar.
• США — First Solar.
• Китай — Trina Solar, Yingli, Suntech.

Применение солнечных батарей в телефонах и калькуляторах — привычное дело. Использование в качестве источника электрической энергии — перспективное направление как в масштабах страны, так и в домашнем хозяйстве. Но наука не стоит на месте: беспилотные самолёты, автомобили — далеко не последние устройства, в которых успешно применяется энергия Солнца.