Сонячні батареї для дому: пристрій, принцип дії і різновиди

Альтернативні джерела енергії останнім часом все більше привертають увагу громадян. Кілька десятків років тому застосування в побуті сонячних панелей було практично неможливим з огляду на їх високу вартість. З ростом цін на електроенергію, вироблену традиційними джерелами енергії, а також з екологічних міркувань попит на сонячні батареї значно збільшився. Деякі умільці навіть примудряються виготовити їх самостійно.

Пристрій і принцип дії

Перші експерименти з використанням енергії сонця проводилися в середині XX століття. Прорив в цьому напрямку почалася після винаходу напівпровідникового елемента А. Беккерелем в 1839 році.

У сонячній батареї енергія сонця перетворюється в електричну безпосередньо, без будь-яких додаткових перетворювачів. Установка, незважаючи на назву, зовсім не схожа на звичну батарейку: вона більш габаритна і складається не з одного, а декількох елементів.

Сонячна установка містить три основні частини:

  • генератор енергії;
  • інвертор;
  • акумулятор.

При попаданні сонячних променів на батарею в ній виробляється електрична енергія. Сила струму цієї енергії має постійний рід. Але всі прилади, що застосовуються в побуті, працюють на змінному. Тому для перетворення постійного струму використовуються інвертори.

Енергія сонця протягом доби непостійна: вранці і ввечері вона зменшується, а вночі зовсім зникає. Для того щоб джерело електричної енергії працював безперервно, в установці передбачений акумулятор. Він запасає енергію, вироблену в денний час, і дозволяє її використовувати вночі.

Елементи найпростішої установки:

  • каркас;
  • преосвітній блок;
  • накопичувач енергії;
  • допоміжні пристрої.

Каркас необхідний лише для розташування на ньому інших складових пристрою. Перетворювальний блок (фотоелемент) – частина обладнання, виконана у вигляді тонкої прямокутної пластини. У цьому вузлі, замість сонячної енергії на вході, з’являється електрична енергія на виході. Напівпровідниковий матеріал, який використовується для виготовлення перетворювача, – кремній.

В навколишньому середовищу з’єднань кремнію досить багато: в морському і річковому піску, кремені, слюди. Середній, Західний Сибір – райони, багаті на поклади кремнію. Але виділити його в чистому вигляді – дуже трудомісткий процес. Саме через це фактора ціна фотомодулів досить висока. З метою їх здешевлення проводяться експерименти з використанням більш простих з’єднань: галію, міді, кадмію та індію.

Сонячна панель складається з декількох з’єднаних між собою паралельно або послідовно фотоелементів. При їх підключенні існує можливість заміни будь-якої ділянки в разі виходу його з ладу. Для захисту установки від впливу навколишнього середовища (пилу, вологості) панель покривають загартованим склом або пластиком.

Накопичувачів енергії зазвичай два – основний і підсобний. В основному енергія збирається і відразу ж витрачається на необхідні потреби споживачів. У підсобному акумуляторі створюється так званий запас, який витрачається при зникненні сонячного випромінювання. До додаткових елементів відносяться контролери, завдання яких – розподіл енергії між накопичувачами, і клеми.

Класифікація фотоелементів

Сонячні панелі розрізняються за кількома ознаками: виду робочого шару, параметрами ізгібаемості, способу нанесення робочого матеріалу. Поділ панелей в залежності від еластичних властивостей:

  • жорсткі;
  • гнучкі.

Набирають популярність елементи другого виду через можливість їх установки на поверхню будь-якої конфігурації.

По виду робочого шару можна виділити 7 наступних типів:

  1. Органічні.
  2. Полімерні.
  3. Багатошарові і комбіновані.
  4. Телурій-кадмієві.
  5. Із застосуванням арсеніду галію.
  6. З використанням селеніду міді, індію, галію.
  7. Кремнієві.

Перетворювальні блоки за способом нанесення напівпровідника поділяються на три види:

  • амфорние;
  • монокристаллические;
  • полікристалічні.

Перевага амфорних фотоелементів – еластичність, але істотний недолік – найнижчий коефіцієнт корисної дії – максимально до 6%.

Монокристалічні перетворювачі відрізняються однорідним темно-синім кольором. Робляться з найчистішого кремнію. Внаслідок цього ефективності роботи, ККД притаманні найвищі значення. Працездатність зберігається протягом 25 років. Разом з тим ці панелі сприйнятливі до пилу і бруду і мають найбільш високу вартість. Елементи цього виду повинні комплектуватися додатковим обладнанням для їх повороту в бік світлового випромінювання.

Полікристалічним фотоелементів притаманний синій нерівномірний колір. Їх перевагою є:

  • можливість роботи без змін параметрів при невеликому короткочасному затіненні або похмурій погоді;
  • невисока вартість.

У поворотних пристроях не потребують. Але займана ними площа більше, ніж у інших видів.

аналіз необхідності

Прагнучи отримати безкоштовну електричну енергію, споживачі коливаються перед покупкою альтернативного джерела. Використання перетворювачів сонячної енергії сприяють три основні чинники:

  • практичність;
  • зручність;
  • економія.

До переваг можна віднести наступне:

  • екологічна чистота;
  • порівняно невеликий термін окупності;
  • безкоштовне сировину у вигляді сонячних променів;
  • простий принцип роботи;
  • автономне джерело енергії.

Але також є і певні недоліки:

  • висока вартість компонентів установки;
  • залежність від погодних умов і часу доби;
  • необхідність у виділенні площі.

Бажаючим встановити обладнання на власній ділянці, необхідно врахувати кілька суттєвих чинників, що впливають на ефективність, а іноді і працездатність батареї:

  1. Освітлення без перешкод. Перед тим як зважитися на установку пристрою, необхідно з’ясувати, чи не буде воно значний час перебувати в тіні. Затінення фотоелементів або деяких їх ділянок може привести не тільки до зменшення ефективності роботи установки, а й до її непрацездатності (особливо монокристалічних панелей).
  2. Кількість сонячної енергії в регіоні. Доцільно встановлювати панелі лише в областях з достатньою кількістю випромінювання сонця. Чим менше яскравість, тим більш тривалий період окупності установки.
  3. Площа. Для розміщення обладнання потрібна ділянка. І чим потужніший панель, тим більше місця для неї необхідно.
  4. Обслуговування. Установка потребує регулярного контролю її справності і стану. Близько рази в місяць батарею необхідно очищати від пилу і бруду.

вибір виробника

Сонячні батареї Solar – поширена продукція серед розмаїття генераторів енергії, що використовують світлове випромінювання. Solar в перекладі з англійської означає «сонячний». Найважливіший компонент обладнання для перетворення сонячної енергії в електричну – батарея. Саме від її роботи залежить надійність і окупність всієї установки.

Основні критерії вибору

Визначившись з потужністю і розмірами необхідної сонячної панелі, необхідно врахувати додаткові характеристики обладнання. Фактори, на які слід звернути увагу, збираючись придбати установку:

  • популярність виробника;
  • відхилення значення потужності від номінальної величини (не більше 3%);
  • коефіцієнт корисної дії інвертора і контролера (не нижче 95%);
  • надійність обладнання і деталей кріплення;
  • результати випробування в реальних умовах компетентними лабораторіями – значення відносини PTC / STC, яке повинно бути якомога вище;
  • термін гарантії не менше 25 років;
  • коефіцієнт корисної дії сонячної батареї.

Цінова категорія сонячних батарей різноманітна і становить в середньому кілька десятків тисяч гривень. Вона залежить від виробленої потужності пристрою і способу нанесення напівпровідника:

  • монокристаллические – від 2 до 20 тисяч гривень;
  • полікристалічні – 19? 15 тисяч;
  • амфорние від 7 до 22 тис. гривень.

Рейтинг постачальників обладнання

З кожним роком відсоток продажів сонячних батарей зростає через прискореного технічного прогресу і підвищення інтересу споживачів, тому кількість підприємств і фірм, що займаються їх виготовленням, також збільшилася.

Щоб придбати якісне обладнання, слід розглянути асортимент компаній, у яких обсяг продукції, що випускається складає більше 500 МВт.

Всіх виробників поділяють на три групи:

  • Tier 1. Провідні фірми з першосортним товаром і хорошою репутацією. Вони не тільки збирають панелі з готових фотоелементів, але і не набувають сировину, а вирощують і обробляють його самостійно. Всі процеси виробництва максимально автоматизовані. Таким чином, контроль над якістю продукції здійснюється на всіх етапах виробництва, що дає можливість надати гарантію покупцям на максимальні терміни – не менше 10? 15 років. Період роботи таких фірм на світовому ринку – від п’яти років.
  • Tier 2. Процеси виробництва сонячних панелей не настільки добре автоматизовані, як у фірм, що входять до першої групи. Компанії фінансують експериментальні проекти в області винаходу фотомодулів нового покоління. Але обсяги, впроваджуються у виробництво новинок, невеликі. Період роботи на ринку торгових марок цієї групи – мінімум 2 роки. Для того щоб перейти в більш високу категорію, фірмам необхідно напрацювати більший досвід у виробництві і підвищити суму капіталовкладень.
  • Tier 3. Компанії характеризуються найбільш дешевою продукцією внаслідок мінімального фінансування. Вони не інвестують науково-дослідні проекти, не виробляють компоненти для установок, а безпосередньо займаються складанням сонячних панелей. Ручна праця в процесі виконання операцій, превалює над автоматизацією систем.

У топ-5 кращих виробників входять наступні:

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

Рейтинг заснований на значимості компаній, а не сонячних панелей. В арсеналі кожної фірми є чималий вибір продукції різної потужності і відповідної цінової категорії.

Країнами-лідерами в рейтингу виробників є:

  • Японія – фірма Sharp Solar.
  • США – First Solar.
  • Китай – Trina Solar, Yingli, Suntech.

Застосування сонячних батарей в телефонах і калькуляторах – звична справа. Використання в якості джерела електричної енергії – перспективний напрямок як в масштабах країни, так і в домашньому господарстві. Але наука не стоїть на місці: безпілотні літаки, автомобілі – далеко не останні пристрої, в яких успішно застосовується енергія Сонця.

Ссылка на основную публикацию