Солнечные батареи можно купить для электроснабжения частного дома, дачи или другого помещения. Сложность их выбора состоит в необходимости создания сбалансированной системы из разных элементов. К ним относятся: фотопанели и аккумулятор, инвертор и контроллер.

Как устроена и работает солнечная батарея

Солнечная батарея представляет собой независимый источник электроэнергии. Устройство состоит из ряда полупроводников, которые преобразовывают солнечное излучение в ток. Размер поглощающих панелей варьируется от пары миллиметров до нескольких метров.

Батарея состоит из двух слоев с разной проводимостью. Солнечная энергия выбивает электроны из катода и они попадают в пустоши анода. Получается их круговорот. Исторически первым фотоэлементом был селен. Но его производительность была низкой.

В 1954 представители телекоммуникационной компании США предложили заменить его кремнием. И уже через 4 года был запущен спутник на фотоэлементе из него. Эффективность монокристаллического материала составляет 17 %, а поликристаллического - 15 %.

Со времен производства первых солнечных батарей их стоимость существенно упала.

Для продолжительности срока службы, устройства элементы шунтуются диодами. Что уменьшает итоговое сопротивление цепи. Обычно их размещают на каждой четверти длины батареи. Такая конструкция особенно важна, когда часть панелей находится в тени. Диоды не позволяют превращаться им в потребителей тока.

Накапливаемое электричество сохраняется в аккумуляторе. Напряжение которого меньше, чем поступающий потенциал. Процесс заряда и его скорость проверяется специальным контроллером.

Эффективными считаются свинцовые и гелевые устройства для накопления энергии. Срок их эксплуатации составляет 10 - 15 лет.

Избыточный ток поглощает резистор. Для преобразования постоянного напряжения в переменное используют инверторы.

Производительность солнечной батареи зависит от угла ее наклона и стороны света, в которую она направлена. Так, максимальный результат будет от такого размещения устройства:

• на юг под углом в 30° - эффективность 100%,
• на юго-восток/юго-запад под углом 30° - 93%,
• на восток/запад под углом - 93°.

Преимущества и эффективность автономных устройств

Покупают солнечные батареи для дачи, частного дома, отелей в курортных городах. Пользователи отмечают ряд их конкурентных преимуществ:

• неисчерпаемость источника энергии,
• общедоступность в любой местности,
• экологическая безопасность,
• бесшумность системы,
• длительный срок службы до 25 лет,
• государственная поддержка развития альтернативных источников электроэнергии в Европейских странах,
• возможность монтажа дополнительных панелей для расширения системы,
• малая вероятность поломки,
• бесплатность самой энергии,
• автономность системы.

Недостатки солнечных батарей для дома

Использование солнечных батарей сопровождается рядом недостатков:

• высокая стоимость системы,
• необходимость разового вклада большой суммы,
• низкая производительность по сравнению с традиционными источниками питания,
• необходимость места для размещения дополнительных комплектующих,
• длительный срок окупаемости,
• необходимость постоянного ухода,
• проблемы утилизации батарей,
• вероятность кражи дорогостоящего оборудования,
• неэффективность в зимнюю, туманную и пасмурную пору.

Когда солнечные батареи целесообразны

Стоимость автономного энергоснабжения зависит от ее мощности и производительности. И чем она больше, тем меньше цена единиц ее составляющих.

Мощные солнечные батареи можно купить от 330 до 530 у.е. Для того, чтобы обеспечить электроэнергией дом на 4 человека потребуется вложиться на 15 - 25 тыс. у.е.

В Западной Европе спрос на альтернативные источники питания выше, поскольку там достаток людей выше. К тому же, есть возможность передачи накопленной энергии в общую сеть. При этом закупочная цена со стороны государства выше, чем тарифы при потреблении.

Целесообразно использовать мощность солнечных батарей при недостатке электроэнергии в регионе. Например, в курортном городе, где в «сезон» вводятся ограничения потребления.

Или же дом находится вдали от источника питания. И прокладка сети проводов дороже, чем стоимость батарей.

Лучше использовать энергию солнца, когда ее поступление не закрывают туманы и плохая погода. Например, на юге страны на возвышенности.

Для большей эффективности солнечной батареи следуйте инструкции установки, которая идет от производителя.

Режимы автономного электроснабжения

При выборе системы солнечного источника питания, необходимо учитывать максимальную силу, требуемую от нее. Она вычисляется суммированием мощностей всех бытовых инструментов и других электропотребителей. Также надо определить среднесуточную норму. Она зависит от режима автономности от общей сети.

Полная замена привычного источника питания, сопровождается отключением от городского электроснабжения. Требуемое количество мощности определяется по показателям счетчика за предыдущие периоды. При этом целесообразно учитывать возможных будущих электрических потребителей, задел на которые лучше сделать заранее. Обычно необходимо не менее 600 кВт в месяц для обеспечения дома на 3 - 4 человека.

При частичном электроснабжении, основная мощность идет от сети, остальная - от солнечных батарей. Приборы, устройства и системы, требующие больше 2 кВт/ч или 5 кВт/сутки остаются на традиционном источнике питания. Например, пол с подогревом, электрический бойлер, стиральная машина, обогреватель, утюг. Для такого режима потребуется 2 - 2,5 кВт/ч.

Умеренное электроснабжение меняет привычный стиль жизни. Емкие работы, как большая стирка, выполняются периодически 1 - 2 раза в месяц. В период высокой активности солнца. Нагрев воды также ограничивается до почасовой подачи. Для системы необходимо 150 кВт в месяц при возможном среднем потреблении энергии в 4 - 6 кВт/ч. Пиковая мощность может достигать 10 кВт/ч.

При базовом режиме используется 100 кВт в месяц. Хозяева находятся в состоянии экономии энергии, постоянно контролируют включение света и других потребителей тока. Работы, требующие большой мощности, проводятся до обеда. Чтобы до вечера аккумулятор накопил достаточное количество заряда.

Аварийный режим используется в экстренных ситуациях и в течение нескольких дней. После, предполагается восстановление привычного уровня электроснабжения от сети. Используется для обеспечения основных надобностей жителей дома. Среднее потребление энергии в сутки не превышает 2 кВт при пиковом значении в 6 кВт/ч.

После определения уровня требуемой энергии можно приступать к выбору конкретной системы солнечных батарей.

Выбор панелей солнечных батарей

Солнечные батареи имеют такие характеристики:

• размер,
• материал изготовления,
• мощность,
• напряжение номинальное и при пиковой мощности,
• ток при максимальной мощности,
• сила тока при коротком замыкании,
• диапазон рабочей температуры,
• срок эксплуатации.

При выборе фотоэлементов необходимо учитывать все вышеперечисленные показатели.

Для достижения необходимого уровня напряжения, панели параллельно соединяются в блоки. Важно понимать, что для объединения используются однотипные элементы. Но, если выбор между большой батареей или парой маленьких, то лучше отдать предпочтение первому варианту. Поскольку в нем отсутствуют дополнительные соединения, что увеличивает надежность конструкции.

Обычно размеры панелей составляют 1 - 2 м² при мощности в 220 - 250 Вт.

Современные батареи изготавливают из кремния.

Сколько стоит солнечная батарея зависит от ее типа. Фотопанели бывают моно- и поликристаллические. Первые, отличаются большей эффективностью на уровне 17,5% при сравнительном показателе в 15% аналога. Но их стоимость выше. Но в готовой конструкции при пересчете получаемой энергии на затраты, стоимость 1 Ватт приблизительно равна. Срок эксплуатации панелей одинаковый. А вот активность солнца отличается не постоянством в разные периоды года. Поэтому предпочтительней приобретение монокристаллических фотоэлементов.

Номинальное напряжение является показателем, на который рассчитано устройство в условиях нормальной работы. При этом максимальное - выше на 5 - 10 %.

В случае с солнечными батареями отдайте предпочтение 24-х вольтовым панелям. Больший показатель встречается редко. А устройства на 12 В предназначены для малых систем. Их обычно используют по архитекторским соображениям, когда ограничено пространство под батарею.

Установка способна работать при определенной температуре. Оптимальным решением является диапазон от -40°С до +90°С.

По отзывам потребителей, солнечные батареи исправно функционируют в течение 20 - 25 лет. При этом их эффективность снижается на 7 - 8 % каждые 10 лет.

Выбор контроллера и инвертора

Контроллер монтируется между солнечной батареей и аккумулятором. Он управляет уровнем напряжения, идущего от фотопанелей, в зависимости от уровня заряда накопителя энергии. Так при 100% накопления, предупреждается перезаряд отключением подачи напряжения в аккумулятор.

Дорогостоящие технологии отслеживают изменение входящих потоков и балансируют их. Так достигается максимально возможная продуктивность батарей в любой период суток и времени года. Контроллеры Maximum Power Point Tracking целесообразно использовать в больших системах. А при обеспечении энергией частного дома достаточно упрощенной модели. Например, типа PWM.

Такие устройства при уровне заряда аккумулятора от 80% уменьшают напряжение солнечной батареи и поддерживают его. Для сравнения контроллеры ON/OFF, которые являются самым дешевым аналогом, просто отключают систему.

Также важно, чтобы контролирующий блок мог компенсировать температуру и предполагал выбор типа аккумуляторной батареи.

Производители солнечных батарей при отказе от контроллера рекомендуют постоянно измерять вольтметром заряд аккумулятора. И при необходимости вручную отключать систему. Поскольку при перезаряде уменьшается срок службы накопителя.

Инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное. Показатель входного напряжения должен соотноситься с мощностью устройства. Так при его силе в 600 Вт достаточно U = 24 В, и соответственно 48 В при большей мощности.

Если говорить о видах инвертора, то меньше всего хлопот доставит синусоидальное устройство.

Косвенным показателем является вес оборудования. Поскольку трансформатор отличается значительной массой, то условно на 100 Вт идет 1 кг инвертора. И поэтому качественный преобразователь в 1000 Вт весит 8 - 10 кг.

Номинальная выходящая мощность должна равняться силе всех электрических потребителей.

Выбор аккумуляторов

Аккумулятор стоит выбирать, исходя из количества энергии, которое он будет накапливать. Для этого определяется суточная потребность в энергии на разные потребители. При этом делается корректировка в дополнительные 10% на потери преобразования в инверторе.

Если солнечные батареи будут автономным источником питания, то важно максимальное возможное количество заряда аккумулятора. А при резервном или аварийном режиме системы необходимо отдавать предпочтение аккумуляторам с большим сроком службы.

Стартейные батареи нуждаются в постоянном обслуживании и используются при малой силе системы. Гелевые аналоги не так требовательны в уходе и способны накапливать больше энергии. Герметичные и заливные аккумуляторы обеспечивают длительное время работы при высоких мощностях. AGM используются преимущественно для резервного режима энергосбережения.

При одинаковых характеристиках, лучшими реальными показателями будет обладать более тяжелый аналог.

Обслуживание солнечной батареи

Солнечные батареи требуют большего ухода, чем стационарная сеть. Их поверхность надо систематически очищать от загрязнений. Таких как, птичий помет, пыль, следы от осадков. Так как загрязненные панели поглощают меньше солнечной энергии.

Для чистки достаточно помыть их потоком воды из шланга. А для снятия снега использовать палку по типу старой швабры с резиновой прослойкой.

Также необходимо обрезать ветки деревьев, которые кидают тень на поверхность батарей. В идеале лучше, чтобы в прилежащей территории дома высоких насаждений не было вовсе.

Два раза в год проверяйте состояние креплений системы. При необходимости смените их.

Для того, чтобы понять важность некоторых незаметных частей батареи, рассмотрим ее структуру.

Солнечная батарея состоит из следующих основных частей:

1. Алюминиевая рамка
2. Закаленное стекло с антибликовой поверхностью
3. Передняя ламинирующая пленка (EVA)
4. Элементы (ячейки), соединенные последовательно плоскими проводниками
5. Задняя ламинирующая пленка (EVA)
6. Задняя защитная пленка (PET, TPE, TPT)
7. Соединительная распаечная коробка с защитными диодами и соединительными кабелями.

Защитные диоды необходимы для предотвращения перегрева и выхода из строя частично затененных элементов солнечной панели. Без них вся панель может выйти из строя из-за выгорания одного из элементов.

Ламинирующие пленки используются для полной герметизации элементов и их плотного прилегания к стеклу (без воздушного зазора) с целью избежать дополнительного преломления света и, как следствие, потери мощности. Кроме того, герметизация защищает элементы от атмосферных воздействий и возможной коррозии.

Как видно из рисунка выше, для того, чтобы свет Солнца достиг элементов, ему необходимо пройти через стекло и ламинирующую пленку EVA. Таким образом, качество этих двух деталей имеет сильное влияние на характеристики панели. И если стекло у большинства производителей не имеет значительных отличий, а также не меняет своих светопропускающих свойств со временем, то ламинирующая пленка бывает разного качества.

Снижение мощности панели со временем ее эксплуатации не связано с самими элементами (их характеристики практически не меняются, если это элементы Grade A), а обусловлено, в основном, качеством применяемой ламинирующей пленки, т.к. при длительном воздействии ультрафиолетового излучения у нее ухудшается прозрачность. Соответственно меньше света доходит до солнечных элементов и панель выдает меньшую мощность. К сожалению, пощупать или как-то проверить эту пленку нельзя, поэтому остается только доверять производителю.

Репутация производителя солнечных панелей

Очевидно, что крупное производство с многомиллионными инвестициями не будет экономить на комплектующих, влияющих на срок службы панели, т.к. крупные инвестиции делаются не на один год и даже не на 10 лет. А за этот срок пользователи смогут определить качество продукции и если качество окажется не самым лучшим, то репутация производителя будет испорчена, чего инвесторы не могут допустить.

Поэтому, перед покупкой солнечной панели мы рекомендуем ознакомиться с производителем. Сколько времени он уже присутствует на рынке, каковы объемы производства, есть ли отзывы о нем в интернете? Также, можно сравнить количество результатов поиска Google по точному названию выбранных Вами моделей. В большинстве случаев, чем больше упоминаний о какой-то модели, тем она более популярна и известна в мире. Если же в результатах поиска всего несколько строчек, то стоит задуматься, нужно ли покупать солнечную панель, о которой мало что известно.

Качество элементов в модуле

• Grade A не более 5% , т.е. элементы продолжают выдавать более 95% от своего номинала.
• Grade B — после ускоренного теста старения (PID test) снижение мощности элементов составляет не более 30% , т.е. элементы продолжают выдавать более 70% от своего номинала.
• Grade C — после ускоренного теста старения (PID test) снижение мощности элементов составляет более 30% , т.е. элементы продолжают выдавать менее 70% от своего номинала.

Количество элементов в модуле

Количество солнечных элементов определяет номинальное напряжение модуля. Каждый элемент, независимо от размера, по сути представляет собой кремниевый фотодиод с напряжением в точке максимальной мощности ~0.5 Вольта. (на мощность влияют размеры каждого из 36 элементов: чем больше размеры, тем больше мощность).

36 последовательно соединенных элементов по 0.5 Вольта — это ~18 Вольт в точке максимальной мощности. Именно такое напряжение необходимо для заряда 12-и вольтового аккумулятора, т.к. для полной зарядки напряжение на нем должно достичь 14,1-14,8 В в зависимости от типа аккумулятора, но нужен еще и небольшой запас на потери в проводах, контроллере и при нагреве модуля.

Если в модуле 72 элемента, то, скорее всего, он рассчитан на номинальное напряжение 24 В. Но, также существуют модули из 72 элементов с номинальным напряжением 12 В (с последовательно-параллельным соединением). Такие модули имеют более низкую цену, так как они сделаны из отходов солнечных элементов (не из целых квадратных элементов, а из их частей) и имеют более низкую надежность из-за в два раза большего количества соединений и возможных микротрещин в элементах.

Если же в модуле не 36 и не 72 элемента, то это нестандартный модуль и чтобы использовать его на полную мощность, в большинстве случаев нужен только MPPT-контроллер, т.к. при использовании PWM-контроллера потери могут достигать 30-40% он номинала.

Таким образом, выбирая солнечный модуль, нужно отталкиваться от напряжения системы (12, 24 или 48 Вольт) и при планируемом использовании PWM-контроллера число элементов должно быть кратно 36.

Эффективность солнечных элементов батареи

Серийно выпускаемые в настоящее время монокристаллические и поликристаллические элементы имеют эффективность 12 — 19 %. Для конечного пользователя эта цифра означает только физический размер солнечной панели. То есть, панель мощностью 100 Вт с эффективностью элементов 12% будет иметь большую площадь, чем панель с такой же мощностью, но эффективностью 19%.

Однако есть небольшой нюанс, связанный с эффективностью — это напряжение в точке максимальной мощности. Чем ниже это напряжение, тем более эффективным будет использование такой батареи с , поскольку в случае использования PWM контроллера, мощность солнечной батареи используется не полностью и чем ближе напряжение в точке максимальной мощности к номинальному напряжению системы, тем большую мощность отдаст панель. Например, для 12-и вольтовых панелей, напряжение в точке максимальной мощности варьируется в пределах 17.0 — 18,0 В. И, хотя выигрыш по мощности составит единицы процентов, он никогда не будет лишним.

Если же Вы планируете использовать , то на эффективность можно не обращать внимания.

При выборе также стоит обратить внимание на наличие и . Панели малой мощности (до 50 Вт) обычно ими не комплектуются. А вот панели мощностью 70 Вт и более бывают как с соединительными кабелями и разъемами, так и без них. Наличие разъемов упрощает монтаж и избавляет от дополнительных расходов на их покупку.

Итак, подведем итог.

Основные моменты, на которые необходимо обратить внимание при выборе солнечной батареи для дома:

• репутация производителя
• качество элементов (Grade A)
• количество элементов (36 или 72)
• напряжение в точке максимальной мощности
• наличие защитных диодов
• наличие соединительных кабелей и разъемов

Надеемся, приведенные выше советы помогут Вам !

В последнее время солнечная энергетика развивается столь бурными темпами

В последнее время солнечная энергетика развивается столь бурными темпами, что за 10 лет доля солнечного электричества в мировой годовой выработке электроэнергии увеличилась с 0.02% в 2006 году до почти одного процента в 2016 году.

Dam Solar Park - самая большая СЭС в мире. Мощность 850 мегаватт.

Основным материалом для солнечных электростанций является кремний, запасы которого на Земле практически неистощимы. Одна беда – эффективность кремниевых солнечных батарей оставляет желать лучшего. Самые эффективные солнечные батареи имеют коэффициент полезного действия, не превышающий 23%. А средний показатель эффективности колеблется от 16% до 18%. Поэтому исследователи всего мира, занятые в области солнечной фотовольтаики, работают на тем, чтобы освободить солнечные фотопреобразователи от имиджа поставщика дорогого электричества.

Развернулась настоящая борьба за создание солнечной суперячейки. Основные критерии – высокая эффективность и низкая стоимость. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) в США даже выпускает периодически бюллетень, в котором отражаются промежуточные результаты этой борьбы. И в каждом выпуске показываются победители и проигравшие, аутсайдеры и выскочки, случайно ввязавшиеся в эту гонку.

Лидер: солнечная многослойная ячейка

Эти гелиевые преобразователи напоминают сэндвич из разных материалов, в том числе из перовскита, кремния и тонких пленок. При этом каждый слой поглощает свет только определенной длины волны. В результате эти при равной площади рабочей поверхности многослойные гелиевые ячейки вырабатывают значительно больше энергии, чем другие.

Рекордное значение эффективности многослойных фотопреобразователей было достигнуто в конце 2014 года совместной немецко-французской группой исследователей под руководством доктора Франка Димрота во Фраунгоферовском институте систем солнечной энергии. Была достигнута эффективность в 46%. Такое фантастическое значение эффективности было подтверждено независимым исследованием в NMIJ/AIST - крупнейшем метрологическом центре Японии.

Многослойная солнечная ячейка. Эффективность – 46%

Эти ячейки состоят из четырех слоев и линзы, которая концентрирует на них солнечный свет. К недостаткам следует отнести наличие в структуре субстрата германия, который несколько увеличивает стоимость солнечного модуля. Но все недостатки многослойных ячеек в конечном счете устранимы, и исследователи уверены, что в самом ближайшем будущем их разработка выйдет из стен лабораторий в большой мир.

Новичок года - перовскит

Совершенно неожиданно в гонку лидеров вмешался новичок – перовскит. Перовскит – это общее название всех материалов, имеющих определенную кубическую структуру кристаллов. Хотя перовскиты известны давно, исследование солнечных ячеек, изготовленных из этих материалов, началось только в период с 2006 по 2008 годы. Первоначальные результаты были разочаровывающими: эффективность перовскитных фотопреобразователей не превышала 2%. При этом расчеты показывали, что этот показатель может быть на порядок выше. И действительно, после ряда успешных экспериментов корейские исследователи в марте 2016 года получили подтвержденную эффективность 22%, что само по себе уже стало сенсацией.

Перовскитный солнечный элемент

Преимуществом перовскитных элементов является то, что с ними более удобно работать, их легче производить, чем аналогичные кремниевые элементы. При массовом производстве перовскитных фотопреобразователей цена одного ватта электроэнергии могла бы достигнуть $0.10. Но специалисты считают, что до тех пор, пока перовскитные гелиевые ячейки достигнут максимальной эффективности и начнут выпускаться в промышленном количестве, стоимость «кремниевого» ватта электричества может быть существенно снижена и достигнуть того же уровня в $0.10.

Экспериментально: квантовые точки и органические солнечные ячейки

Эта разновидность солнечных фотопреобразователей пока находится на ранней стадии развития и пока не может рассматриваться как серьезный конкурент существующим гелиевым ячейкам. Тем не менее разработчик – Университет Торонто – утверждает, что согласно теоретическим расчетам, эффективность солнечных батарей на базе наночастиц – квантовых точек ‒ будет выше 40%. Суть изобретения канадских ученых состоит в том, что наночастицы – квантовые точки ‒ могут поглощать свет в различных диапазонах спектра. Изменяя размеры этих квантовых точек, можно будет выбрать оптимальный диапазон работы фотопреобразователя.

Солнечная ячейка на базе квантовых точек

А учитывая, что этот нанослой может наноситься методом распыления на любую, в том числе и прозрачную основу, то в практическом применении этого открытия просматриваются многообещающие перспективы. И хотя на сегодняшний день в лабораториях при работе с квантовыми точками достигнут показатель эффективности, равный всего11.5%, сомнений в перспективности этого направления нет ни у кого. И работы продолжаются.

Solar Window – новые солнечные ячейки с эффективностью 50%

Компания Solar Window из штата Мэриленд (США) представила революционную технологию «солнечного стекла», которая в корне меняет традиционные представления о солнечных батареях.

Ранее уже были сообщения о прозрачных гелиевых технологиях, а также о том, что эта компания обещает увеличить в разы эффективность солнечных модулей. И, как показали последние события, это были не просто обещания, а эффективность 50% - уже не только теоретические изыски исследователей компании. В то время как другие производители только выходят на рынок с более скромными результатами, Solar Window уже представила свои поистине революционные высокотехнологичные разработки в области гелиевой фотовольтаики.

Эти разработки открывают дорогу к выпуску прозрачных солнечных батарей, имеющих значительно более высокую эффективность по сравнению с традиционными. Но это не единственный плюс новых солнечных модулей из Мэриленда. Новые гелиевые элементы могут легко крепиться к любым прозрачным поверхностям (например, к окнам), могут работать в тени или при искусственном освещении. Благодаря своей дешевизне инвестиции в оснащение здания такими модулями могут окупиться в течение года. Для сравнения следует отметить, что срок окупаемости традиционных солнечных батарей колеблется от пяти до десяти лет, а это – огромная разница.

Солнечные ячейки от компании Solar Window

Компания Solar Window озвучила некоторые детали новой технологии получения солнечных батарей, имеющих столь высокую эффективность. Разумеется, главные know how остались за скобками. Все гелиевые элементы изготовлены, в основном, из органического материала. Слои элементов состоят из прозрачных проводников, углерода, водорода, азота и кислорода. По данным компании, производство этих солнечных модулей настолько безвредно, что оно оказывает в 12 раз меньшее воздействие на окружающую среду, чем производство традиционных гелиевых модулей. В течение ближайших 28 месяцев первые прозрачные солнечные батареи будут установлены в некоторых зданиях, школах, офисах, а также в небоскребах.

Если говорить о перспективах развития гелиевой фотовольтаики, то очень похоже, что традиционные кремниевые солнечные батареи могут отойти в прошлое, уступив место высокоэффективным, легким, многофункциональным элементам, открывающим самые широкие горизонты гелиевой энергетике. опубликовано

Солнечная батарея – автономный источник электроэнергии, который позволяет стать независимым от бытовой электросети. Применение этой современной технологии также обещает значительную экономию средств. Но все ли так просто и как выбрать солнечную батарею для дома, а точнее его автономного электроснабжения. Ниже мы постараемся разобрать основные критерии выбора системы.

Из чего состоит комплект?

Для преобразования солнечного тепла в питание для электроприборов необходимо смонтировать комплекс, который состоит из такого оборудования:

• панель, сама солнечная батарея, собирающая лучи;
• контроллер заряда АКБ – от этого компонента зависит эффективность использования аккумуляторов;
• аккумуляторные батареи – накапливают электрический заряд, от них зависит длительность автономного режима;
• инвертор – преобразует постоянное напряжение в переменное, которое подается к бытовым приборам.

Чтобы автономная система электроснабжения максимально долго и эффективно работала, необходимо выбрать комплектующие, которые по техническим возможностям соответствовали друг другу и мощности потребляемой энергии.

Чтобы правильно выбрать солнечную панель, необходимо учесть множество факторов. Для начала следует определиться с типом батареи, а они бывают:

1. Монокристаллические – наиболее эффективны в регионах, где солнечная активность выше.
2. Поликристаллические – рекомендуется их использовать там, где активность Солнца не слишком высока.
3. Гибкие – панель изготавливается их аморфного кремния и предназначается для закрепления на покатых, неровных поверхностях, например, крышах домов. Такой тип исполнения отличный вариант для регионов, где солнечные дни большая редкость. Эта разновидность самая дешевая и ее рекомендуется использовать для дачи.
4. Солнечная батарея из микроморфного кремния – универсальная разновидность, которая одинаково эффективно работает в пасмурную и ясную погоду, не требовательна к углу наклона. Эта последняя разработка, соответственно и стоимость ее выше, чем предыдущих разновидностей.

Панель для эффективной работы должна иметь оптимальный угол наклона, чтобы улавливать солнечную энергию. Считается, что оптимальным показателем тут является угол на 15º больше географической широты. Но это рассчитать не каждый может, поэтому выбор оптимального положения осуществляется вручную, путем наблюдения за зарядкой аккумуляторов.

Выбор солнечной батареи по мощности необходимо осуществлять, исходя из потребностей в альтернативном электрическом питании. Условно это понятие можно разделить на 4 режима:

1. Аварийное электроснабжение – необходимо обсчитывать совокупную мощность приборов, которые нужны, если отключат электроснабжение. Зачастую это 4–5 кВт/ч. Обычно такой режим делается для отопления и .
2. Базовое электроснабжение – это практически полное замещение электрической энергии солнечной. Тут, чтобы правильно выбрать характеристики, нужно рассчитать суточное потребление. Необходимо учесть также среднемесячные показатели.
3. Умеренный режим или комфортный. Когда на альтернативный источник электроэнергии садится только часть приборов. Зачастую это телевизор, чайник, вытяжка. Реже СВЧ-печи, электрические панели, духовые шкафы или холодильники.
4. Режим полной замены электричества. Тут помимо расчетов, главное, подобрать оборудование, которое будет успевать аккумулировать необходимое количеств энергии.

Собственно выбор солнечной батареи сводится к определению необходимой ее площади при определенных потребностях в снабжении электроэнергией. Другими словами – это способность заряжать аккумуляторы. Солнечная батарея, ее мощность напрямую зависит от площади поверхности, например:

• Батарея размером 290×350×25 обладает мощностью – 20Вт;
• 475×513×25 – 30Вт;
• 470×676×25 – 40Вт;
• 1650×991×35 – 280Вт.

Существует большое количество размеров солнечных батарей, что значительно упрощает их выбор. Это также определяет большое разнообразие устройств по мощности.

На видео ниже предоставлена технология расчета мощности системы. Рекомендуем просмотреть ролик, т.к. он поможет определиться с выбором:

Рассчитываем мощность системы

Внимание! Следует учесть, что выбрать солнечную панель не достаточно, необходимо подобрать соответствующие потребностям энергоснабжения аккумуляторы. Именно они обеспечивают автономность, поэтому заряда их должно хватать на ночь и на время непогоды, когда эффективность панелей сильно снижается. Из нескольких АКБ собираются специальные блоки.

Как выбрать контроллер

Важно выбрать подходящий контроллер для системы автономного энергоснабжения. Он обеспечивает эффективную работу аккумуляторов, что продлевает их срок эксплуатации. Неправильный выбор влечет быстрый выход из строя АКБ, что приводит к необходимости их замены.

Существует 2 вида контроллеров:

• МРРТ – позволяет на 100% эффективно использовать энергоемкость зарядных устройств;
• ШИМ – осваивает аккумулирующуюся энергию только на 80%.

Разница в эффективности освоения заряда создает и разницу в стоимости. Контроллер МРРТ в 2–3 раза дороже, чем ШИМ. Но большая стоимость компенсируется, если посчитать среднегодовые показатели работы системы. Использование ШИМ контроллера вынудит добавить больше батарей.

Очень важно учитывать мощность. Она должна превышать максимальные показатели блока АКБ. ШИМ контроллеры должны соответствовать в этой части показателям зарядных устройств. Это обусловит меньшие энергопотери в процессе преобразования напряжения.

Мнение специалиста по поводу того, как выбрать контроллер, предоставлено на видео:

Выбираем контроллер

Вот и все, что хотелось рассказать вам о том, как выбрать солнечную батарею для дома по мощности и типу исполнения. Надеемся, предоставленная информация помогла вам ответить на вопрос.

Полезное

Солнечные батареи в последние десять лет перешли из разряда ноу-хау и дорогостоящей разработки с низкой эффективностью в прикладные и популярные сферы. Их можно использовать для подзарядки гаджетов в походе, а также применять в роли основного или резервного источника питания для бытовых помещений и не только. Кроме того, некоторые инженерные решения могут показаться необычными, например, использование в качестве дополнительного источника энергии на транспортных средствах.

Элемент, получающий электрическую энергию прямо от солнца в достаточном количестве, не способен давать ее постоянно. Ее нужно запасать в аккумуляторах, чтобы можно было использовать по необходимости в любое время.

Солнечные панели устроены по простой схеме, куда входят полупроводниковый фотоэлемент из кремния, соединительные провода и корпус. Лучи света воздействуют на свободные электроны фотоэлемента, заставляют их двигаться. Образующийся при этом ток по проводам поступает к нагрузке. Вместо нагрузки в цепь панели может быть включен аккумулятор, который обеспечивает электрической энергией потребители в ночное время суток, когда по погодным условиям интенсивность дневного освещения мала.

устройство солнечные панели

Как монокристаллический модуль, так и ячейка на основе поликристаллов, в своем устройстве используют полупроводниковые пластины из кремния. Пластина монокристаллической панели состоит из одного полупроводникового кремниевого кристалла, а поликристаллическая панель использует структуру из множества кристаллов.

Конструкция и применение

По устройству все солнечные преобразователи разделяют на монокристаллические и поликристаллические. От конструктивного исполнения каждой панели зависит ее эффективность и стоимость. Мировые производители этих устройств используют в качестве рабочего тела кремний, теллурид кадмия и соединения на основе меди, индия, галлия, селена. Последними достижениями в этой области считаются батареи, рабочим материалом которых является арсенид галлия.

монокристаллические и поликристаллические панели

Отечественная промышленность для производства солнечных генераторов использует преимущественно кремниевые полупроводниковые пластины. Готовые модули, предназначенные для выработки электрического тока, объединяют своей конструкцией набор ячеек. Плоские панели устанавливают на специальные стеллажи с поворотными устройствами, при помощи которых в течение дня устанавливается максимально возможный угол падения лучей солнца на полупроводник. Дешевым, но менее эффективным вариантом является использование неподвижных конструкций, настроенных на определенный постоянный угол.

Важным элементом любой солнечной сборки являются аккумуляторы, которые накапливают электрическую энергию для использования ее ночью или в мало освещенное время суток. Дальше она из аккумуляторов поступает непосредственно в нагрузку, либо сначала на инвертор 12(24)–220 В, а затем к потребителю, в зависимости от его типа.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Генерировать солнечную энергию выгодно там, где в году много ярких дней. Большинство регионов РФ малопригодны для использования только энергии солнца. Солнечные генераторы чаще применяются лишь как добавочные устройства энергоснабжения.

Что такое монокристаллическая солнечная батарея

Мы уже упомянули о том, что панели бывают двух типов: поли- и монокристаллические. Для начала рассмотрим монокристаллический элемент – он дороже, но мощнее.

монокристаллический модуль

Особенности

Для такой батареи выращивается специальный монокристалл кремния по способу Чохральского. Этот материал стоит дороже, чем поликристаллическая пластина, но из-за своего высокого качества монокристаллический модуль имеет больший КПД. Монокристаллические солнечные панели, собранные из отдельных кремниевых ячеек, обладают эффективностью работы, которая равна примерно 20–22%.

Лучи света, попадая на поверхность монокристалла кремния, приводят свободные электроны к направленному движению. С обеих сторон кристалла к нему присоединены провода, идущие к потребителю.

КПД такой пластины достаточно высок, так как в ней лучи солнца не рассеиваются, а равномерно распределяются по всей поверхности кристалла. Площадь р-п перехода в пластине велика, за счет чего электроны проникают из одной части полупроводника в другую беспрепятственно.

устройство монокристаллических солнечных панелей

Стоимость

Технология выращивания монокристаллов полупроводника больших размеров довольно трудоемка, из-за чего цена такой батареи всегда выше, чем аналогичного изделия на основе поликристаллов. Разница в стоимости устройств – 10%, что является главным недостатком монокристаллической батареи.

Цена монокристаллической панели мощностью 150 Вт равна 5400 руб., а такая же по конструкции батарея мощностью 200 Вт стоит 11700 руб. Гораздо дороже устройства мощностью 230 Вт и 300 Вт

Что такое поликристаллическая батарея

Если основной элемент монокристаллической батареи – это искусственно выращенный монокристалл больших размеров, то другой вид светоприемников имеет полупроводниковый элемент поликристаллической структуры.

Считается, что для потребления энергии Солнца оптимальным вариантом являются поликристаллические солнечные батареи. Они дешевле своего монокристаллического аналога, так как для производства используют обрезки, оставшиеся после монокристаллических элементов. Кремний при изготовлении рабочего элемента поликристаллической панели просто охлаждается из горячего расплава, что не требует высоких затрат и сложных технологий.

По внешнему виду поликристалл кремния отличается от монокристалла неоднородностью цветовой гаммы, отливающей голубым и светло-синим цветом. Непрерывное совершенствование технологии производства приближает по качеству поликристаллические батареи к сборкам на монокристаллах.

Особенности

Кроме более низкой стоимости, поликристаллические модули отличаются от монокристаллов тем, что снижение их мощности по мере увеличения эксплуатационного периода происходит значительнее медленнее.

Очень важно и то, что при нагреве полупроводникового элемента поликристаллического типа он не так сильно снижает свои рабочие качества, как монокристаллы.

Стоимость

Поликристаллические солнечные элементы производителя SilaSolar мощностью 50 ватт и напряжением 12 В на момент написания статьи стоят 2790 руб. Такая же по устройству батарея этого же производителя, но на 100 ватт, имеет цену 4200 руб.

Сравнение поликристаллической и монокристаллической солнечных батарей

Когда потребитель делает выбор между различными по конструкции световыми модулями, он старается дать ответ на вопрос: , поли или моно? При этом ему необходимо учитывать результаты тестирования устройств, проводимых независимыми компаниями.

Приведем основные результаты тестов на отличие этих световых модулей:

• снижение номинальной мощности с увеличением срока эксплуатации у моно модулей происходит быстрее (у поликристаллического элемента за первый год работы
• мощность снижается на 2%, а у монокристаллического – на 3%);
• цена поликристаллического модуля ниже стоимости монокристаллического такой же мощности примерно на 10%;
  суммарная вырабатываемая электроэнергия монокристаллического модуля на 30% выше, чем поликристаллического при равной площади.

Из приведенных данных можно сделать вывод, что, первые дешевле и менее прихотливы, а вторые мощнее, но привередливее. Выбирая поликристаллические или монокристаллические кремниевые солнечные батареи, решайте исходя из своих финансовых возможностей обслуживать и обновлять модули, и сделайте выбор между долговечностью и мощностью. К тому же качественно произведенный поликристаллический модуль намного дешевле. Окончательный выбор остается за покупателем.

Установка солнечной панели

Для более эффективного применения батареи нужно обязательно учитывать следующие факторы ее установки:

• месторасположения устройства не должно в течение дня закрываться тенью любых других предметов;
• чтобы поток световых лучей на фотоэлемент был максимален, желательно его оборудовать поворотным устройством, выдерживающим постоянную ориентацию на солнце;
• оптимальный угол наклона модуля к вертикали сильно зависит от местности где расположена СЭС и времени года, все знают, что солнце зимой находится ниже над горизонтом;
• ухода за лицевой стороной прибора, очистки стекла от наслоений грязи и снега, нужно обеспечить к нему удобный доступ человека.

Собрать солнечную установку можно своими руками, предварительно изучив соответственную литературу.

Но если у вас нет, хотя бы базовых познаний в электричестве и электронике, то стоит доверить дело специалистам.

Тестирование

Чтобы сравнить две солнечные сборки одинаковой мощности на эффективность, разумно выполнить их рабочее тестирование. Для этого необходимо установить mono- и poly-батареи одинаково по отношению к солнцу и измерять реальную мощность устройств в зависимости от времени суток, от степени нагрева полупроводникового элемента.

Также учтите все другие параметры, которыми они будут отличаться. В том числе снижение мощности устройств после определенного периода эксплуатации. Полученные результаты дадут исчерпывающую информацию, какая из панелей (solar panels) лучше и кому из производителей этих устройств нужно в дальнейшем отдавать предпочтение.