Как применяются солнечные батареи в быту?

Содержание
  1. Применение солнечных батарей в быту
  2. Где чаще всего используются солнечные батареи
  3. Потенциал, которым обладает солнечная энергетика
  4. Виды солнечных комплексов
  5. Устройство фотоэлектрических преобразователей
  6. Конструктивные особенности солнечных коллекторов
  7. Солнечные концентраторы. Виды и особенности. Применение
  8. Устройство
  9. Принцип действия
  10. По конструктивной схеме работы концентраторы выделяют в следующие разновидности:
  11. Недостатки:
  12. Преимущества:
  13. Расчет электрических показателей
  14. Спецификация потребителей
  15. Принцип использования солнечной энергии
  16. Взвешенный подход к установке
  17. Как солнечная энергия используется для получения тепла
  18. Виды солнечных панелей
  19. Элементы и принцип работы солнечных панелей
  20. Существует три типа таких устройств:
  21. Использование энергии солнечного света
  22. Пассивные системы
  23. Принцип работы пассивных систем
  24. Стоимость комплекта и основные технические характеристики, срок окупаемости
  25. Проблемы использования солнечной энергии

Применение солнечных батарей в быту

Схема солнечных модулей.

Бытовое использование фотоэлементов, объединенных в блоки для создания достаточной электрической мощности, находит применение в качестве резервных источников энергии для самых нужных бытовых приборов.

Дачи и загородные дома в условиях нашей действительности весьма уязвимы для временных отключений электроэнергии. Даже элитные участки, застроенные роскошными зданиями, не застрахованы от этих явлений. Отсутствие, хотя бы временное, возможности использования привычной бытовой техники: холодильника, микроволновой печи, тостера, телевизора — создает бытовые неудобства и раздражает.

Солнечные батареи устраняют зависимость от временных отключений электроэнергии и создают ощущение свободы и комфорта. За дополнительный комфорт приходится платить, так как применение таких батарей возможно только в комплекте со специальными приборами:

  • аккумуляторы для накопления электроэнергии, выработанной фотоэлементами батареи;
  • контроллер для регулировки оптимального расходования накопленной электроэнергии;
  • инвертор для питания бытовых приборов.

Где чаще всего используются солнечные батареи

Сфера применения солнечных батарей огромна. Уже сейчас их с успехом используют для электроснабжения частных и многоквартирных домов, хозяйств, в том числе для освещения и обогрева теплиц, построек, освещения придомовой территории, питания приборов.

Чаще всего про автономное электроснабжение задумываются в следующих случаях:

  • Если местность не электрифицирована, солнечные панели для частного дома обойдутся намного дешевле, чем использование жидкотопливных генераторов.
  • В сельской местности нередко отключают электричество, и люди буквально остаются без света. Включив автономное электроснабжение, можно жить в привычном комфорте длительное время, тем более, что в комплекте с солнечными панелями всегда идет аккумулятор.
  • В многоквартирных домах солнечные модули также применяются в качестве резервных, а также существуют проекты, предусматривающие использование солнечной энергии для горячего водоснабжения.

Потенциал, которым обладает солнечная энергетика

Разработки по использованию солнечной энергии начались в еще в 20 веке. С тех проведено сотни исследований учеными со всех уголков мира. Ими было доказано, что эффективность использования солнечной энергии может быть очень и очень высокой. Данный источник может обеспечить энергоснабжение на всей планете гораздо лучше, чем все существующие на сегодняшний день ресурсы в совокупности. При этом такой вид энергии является общедоступным и бесплатным.

Виды солнечных комплексов

Опытным путем доказано, что некоторые вещества способны более интенсивно реагировать на воздействие фотонов. Поэтому технология изготовления солнечных панелей различна.

Гелиоустройства для бытового применения делятся на 2 главенствующих вида:

  • Фотоэлектрические преобразователи (кремниевые и пленочные). Представляют собой группы последовательно или параллельно соединенных друг с дружкой фотоэлементов, превращающих солнечное излучение в электричество. Собранные в единую полупроводниковую систему элементы называются солнечной панелью, которая поставляет энергию электрозависимым устройствам обогрева.
  • Солнечные коллекторы (плоские, вакуумные или трубчатые, коллекторы-концентраторы или зеркальные). Это самый распространенный в быту тип, принимающий солнечную энергию и передающий ее в систему отопления в виде электроэнергии ли подогретого теплоносителя.

Кроме перечисленных типов есть гелиостанции, производящие энергию в промышленных масштабах. Для частника они могут служить централизованным поставщиком энергии.

Система отопления с солнечными коллекторами предусматривает расход энергии сразу после ее получения

Устройство фотоэлектрических преобразователей

Принцип работы фотоэлектрических преобразователей основан на конвертации солнечной энергии в электрический ее тип. Выпускают их в виде модулей на алюминиевой рамке или на гибком полимерном полотне.

В первом случае верх модуля защищается высокопрочным стеклом, а низ изоляционной пленкой. В втором случае обе защитные оболочки выполняются из полимеров.

Фотоэлектрические элементы соединяются посредством токопроводящих шин, функция которых заключается в передаче энергии аккумулятору или потребителю. К шинам подключаются контакты, служащие для соединения отдельных батарей в целостную систему и для подключения к потребителям.

Принцип действия фотоэлектрических преобразователей основан на способности элементов преобразовывать солнечную энергию в электрическую

С ориентиром на организацию атомов кремния солнечные батареи делятся на такие категории:

  • Монокристаллические. Снабжаемые наиболее чистым кремнием, технология производства которого давно применяется в изготовлении полупроводников. Суть производства заключается в искусственном выращивании монокристалла, который в итоге разрезают на пластины 0,2-0,4 мм толщиной. Это и есть ячейки будущей батареи, которых потребуется 36 штук.
  • Поликристаллические. В изготовлении используются пластины, полученные из расплавленного кремния после его медленного охлаждения. Энергии и трудовых усилий технология требует меньше, потому стоят солнечные батареи с поликристаллами гораздо меньше. Обычно у таких батарей стандартный ярко-синий цвет.
  • Из аморфного кремния. Технология их производства ориентирована на принцип испарительной фазы. В результате процесса испарения на несущем элементе оседает тоненькая пленка кремния, которую сверху обволакивают прозрачным защитным покрытием. Эту категорию солнечных батарей называют тонкопленочной, устанавливают на стены домов.

Монокристаллические батареи наиболее производительны. В зависимости от модели и от изготовителя КПД их варьирует в интервале 14–17%. Поликристаллические проигрывают им по критериям эффективности, КПД их в среднем 10–12%.

Самые малопроизводительные системы – гелиобатареи на аморфном кремнии. Они рассчитаны на переработку рассеянного излучения, устанавливаются на стены домов в качестве дополнения к расположенным на крыше более мощным системам. КПД в пределах 5–6%.

Поликристаллические варианты солнечных батарей – среднее предложение в отношении цены и производительности

Опираясь на данные, полученные от ведущих производителей солнечных модулей, таких как компания SunTech Power, становится понятно, что эффективность монокристаллов с каждым годом возрастает, и вскоре КПД может достигнуть порядка 33%.

Однако, на сегодняшний день лучшие показатели производительности принадлежат продукции компании Sanyo. Особенность этих панелей заключается в многослойности внешнего элемента, что значительно повышает эффективность, а КПД гелиоколлекторов составляет 23%.

Ввиду характерной процедуры обработки кремния, структура поликристалла содержит нежелательные образования, которые мешают лучшему поглощению энергии солнца.

Также, кристаллические частицы микроструктуры модуля располагаются в хаотичном порядке по отношению друг к другу, что затрудняет сублимацию энергии. Вследствие этого, КПД панели редко превышает 18%.

Иногда встречается симбиоз аморфных и поли-/монокристаллических коллекторов. Это объясняется тем, что для нормальной работы поликристаллов требуется интенсивное солнечное освещение, в отличие от аморфных панелей. Поэтому объединение двух технологий может стать выходом из положения.

В производстве пленочных систем тоже есть ощутимые изменения. Так, на современном этапе, достаточно часто встречаются пленочные гелиомодули на основе кадмия и индия.

На каждом этапе постоянно проводится мониторинг кремневодородного покрытия, иначе возможны проблемы, связанные с работоспособностью

Доказано, что кадмий очень хорошо поглощает солнечный свет, поэтому его взяли на вооружение многие производители в сфере гелиоэнергетики. Как известно, вещество радиоактивно, но не стоит беспокоится из-за возможности облучения, т.к. доля металла не так велика, чтобы нанести хоть какой-нибудь вред атмосфере, не говоря уже о человеке.

Полупроводник индий успешно выдает 20% КПД, опережая кадмий. Ввиду того, что индий гораздо более востребован в бытовой технике, а именно на производстве ЖК телевизоров, часто производители замещают метал другим аналогом – галлием.

Пленочное гелиооборудование имеет гибкую структуру, что существенно упрощает монтаж

Говоря о преимуществах полимерных модулей и пленочных коллекторов в целом, хочется выделить довольно невысокую цену, по сравнению с кристаллическими батареями, полную безопасность и экологичность, благодаря стабильному состоянию хим. веществ. Также, к числу дополнительных плюсов можно добавить гибкость и универсальность.

Конструктивные особенности солнечных коллекторов

Самый простой вариант плоский солнечного коллектора представляет собой некий ящик-корпус, лицевой стороной которого является зачерненная металлическая поверхность. Внутри расположен змеевик, заполненный водой, смесью воды с незамерзающим средством или воздухом.

Дно и стенки ящика закрывается теплоизоляцией, необходимой сохранения полученной энергии в пределах батареи.

Металлическая пластина вкупе с трубками производят сбор и передачу нагретого теплоносителя в систему отопления. Эта часть именуется абсорбером. Чаще всего для его изготовления используют листовую медь, характеризующуюся высокой теплопроводностью.

Внешняя сторона адсорбера обязана быть интенсивно черной для максимального поглощения солнечного излучения.

Солнечные панели трубчатого типа представляют собой систему трубок или змеевик с металлической пластиной сверху

Для того чтобы от металлической поверхности адсорбера не отражались лучи, сверху устанавливается прочное прозрачное покрытие. Обычно это закаленные варианты стекла с минимальным содержанием металла.

Снаружи на него наносят особую оптическую оболочку, не излучающее тепла в инфракрасном свете. Оно способствует повышению производительности устройства, способной нагревать воду до 200°С.

Трубчатые панели чувствительны к атмосферному негативу. После сильных осадков, в особенности града, рекомендуется тщательно проверить целостность лицевого покрытия коллектора.

Разносимая ветром листва, пыльная взвесь и обломки веток также могут повредить поверхность. Царапины и сколы приведут к резкому ухудшению производительности оборудования.

Есть несколько вариантов устройства солнечных панелей, т.к. в ходе эксплуатации разработчики постепенно устраняли недостатки

Вакуумная разновидность оснащена многослойной трубкой, сконструированной по принципу термоса. Подобная система позволяет на 95% лучше предыдущих моделей сохранять тепло.

В нижней части многослойной трубки есть жидкость, которая при нагревании солнцем превращается в пар. Вверху этой своеобразной запаянной колбы вмонтирован конденсатор. Достигая его пар конденсируется и транспортирует в систему тепло.

Гелиопанели, работающие по вакуумному принципу, эффективней обычных трубчатых в областях с незначительным количество солнечных дней.

Коллекторы концентраторы оснащаются устройством с зеркальной поверхностью, которая фокусирует полученную ею энергию на поверхность абсорбера. Площадь зеркала больше, чем тот же размер абсорбера, благодаря чему увеличивается эффективность приема солнечной энергии.

Зеркальный элемент вообще можно сконцентрировать на точке или тонкой линии без малейшей потери в производительности.

За счет устройства теплоприемной трубки по принципу термоса производительность прибора увеличивается почти в два раза

Минус концентраторов в том, что воспринимать они могут лишь прямое излучение. Потому последние разработки оснащаются поворотными следящими устройствами с целью устранения или сокращения влияния этого недостатка оснащаются.

Следящие приспособления заставляют коллектор поворачиваться вслед за движением светила, чтобы собрать все его лучи.

Это самая эффективная разновидность коллекторных гелиопанелей, позволяющая нагревать теплоноситель до максимальной по сравнению с другими температуры. Правда, хорошо работают они в пустынных областях, стоят немало, из-за чего востребованы в основном производственными организациями.

Солнечный коллектор-концентратор работает, фокусируя солнечную энергию на абсорбере, имеющем меньшую площадь

Интересным новым решением стала сферическая коллекторная конструкция, улавливающая буквально все возможные к восприятию ею лучи. Ее не нужно оборудовать поворотным механизмом, кстати, энергозависимым и требующим подключения к питающей сети.

Сферическая конструкция отличается от обычного тем, что состоит не из отдельных трубок, подключенных к приемному и выходному патрубку, а из единого винтового теплоприемника.

Заполняется змеевик-приемник технической водой, которая при нагревании передвигается вверх по винтовому пути и выходит нагретым в выходной патрубок, а оттуда в систему отопления.

После охлаждения теплоноситель вновь возвращается из отопительного контура к входному патрубку сферического коллектора. Процесс повторяется.

Сферическая форма позволяет полный световой день принимать солнечные лучи без применения поворотных механизмов

Существенный плюс сферической системы в том, что нагревание проистекает весь световой день. Его не надо оборудовать поворотными механизмами, нуждающимися в электропитании. Благодаря винтовой схеме он отличается минимальными потерями энергии в трубопроводе.

Все виды гелиоколлекторов относятся к разряду сезонных вспомогательных систем получения энергии. В зависимости от модели их внутренний трубопровод может вмещать в себя до 200 л жидкости, а минимальное количество, используемое в вакуумных модулях, составляет около 60 л.

Соорудить солнечный коллектор вполне реально своими руками. На сайте есть подборка статей, посвященная самодельным гелиосистемам.

Солнечные концентраторы. Виды и особенности. Применение

Устройство

Основная функция солнечного концентратора – фокусировка солнечного излучения на приемнике излучателя, который располагается на фокальной линии или в фокальной точке коллектора солнечной энергии.

Принцип действия

Принцип действия солнечных концентраторов кроется в фокусировке лучей солнца на емкости с теплоносителем.

По конструктивной схеме работы концентраторы выделяют в следующие разновидности:

  • Параболические солнечные концентраторы.

  • Параболоцилиндрические концентраторы.

  • Солнечные башни.

  • Концентраторы на сферических линзах.

  • Концентраторы на линзах Френеля, то есть плоских линзах.

Недостатки:

  • Высокие затраты.
  • Низкая температура теплоносителя.
  • Нужен ультраплоский ландшафт.

Преимущества:

  • Более высокая эффективность.
  • Более высокая температура.
  • Ниже стоимость энергии.
  • Не нужен ультраплоский ландшафт.

Расчет электрических показателей

Для начала все домашние электроприборы следует занести в таблицу. В ней должно быть 30 граф, а количество строк равно числу приборов. В первую колонку вносят порядковый номер, во вторую — название электрического прибора, в третью — потребляемую мощность. Следующие столбцы, вплоть до 27 — расписанные по часам сутки, начиная с 0 часов и заканчивая 24. Здесь же через дробь в десятичном виде указывают время работы прибора (числитель) и его потребляемая мощность (знаменатель).

Так будет легко подсчитать часовые нагрузки. В колонке под номером 28 записывают суммарное время, на протяжении которого работала техника в течение суток. В следующую колонку вносят потребление электричества конкретным электроприбором.

Определяют его путем умножения времени на индивидуальную мощность, потребляемую прибором. В 30 колонке — примечания и промежуточные подсчеты.

По данной таблице, вы сможете рассчитать общую потребляемую мощность всех приборов для вашего частного дома или дачи

Спецификация потребителей

Заполненную таблицу используют и при дальнейших расчетах. Прежде всего, для составления спецификации. В первой ее графе проставляют порядковые номера, а во второй прописывают наименования приемников электроэнергии. Сначала вносят в эту колонку спецификации электроприборы, находящиеся в прихожей.

Далее перечисляют по порядку все, что находится в следующих помещениях.

Второй этаж и помещения над ним, если такие имеются, описывают в таком же порядке, взяв за исходную точку лестницу. Освещение двора и лестничных пролетов также подлежит включению в спецификацию.

Синхронно со второй заполняют и третью колонку, указывая в ней напротив каждой единицы домашней техники ее мощность. В столбцах 4 – 27 отображают часы суток и подчеркивают их горизонтальными линиями. Под этой линией вписывают значения мощности, такие же как и в третьей графе.

После заполнения всех часовых колонок, построчно подсчитывают, сколько времени в сутки работал прибор. Результаты заносят в 28 колонку в соответствующий квадрат. Так, продвигаясь постепенно, высчитывают электропотребление потребителей, входящих в перечень, за каждые сутки.

Фиксируют эти величины в 29 столбце. Когда в спецификации не останется ни одной свободной колонки и строки, выполняют итоговые расчеты. Знаменатели часовых колонок суммируют, чтобы узнать нагрузки, приходящиеся на каждый час.

Чтобы определить общее среднесуточное значение, складывают суточные величины электропотребления каждого прибора, продвигаясь сверху вниз. Допустим, есть телевизор, потребляющий 30 Вт и работающий в среднем 5 часов в сутки, три лампы, потребляющие по 15 Вт за каждый час при 6 часовой работе ежедневно и холодильник — 600 Вт на протяжении 24 часов.

Такой фактор, как собственное потребление проектируемой гелиосистемы этот расчет не предусматривает. Поправку на него учитывает вспомогательный коэффициент, применяемый на следующем этапе расчета.

Принцип использования солнечной энергии

Нередко, столкнувшись с необходимостью монтажа солнечных панелей, человек задается вопросом о целесообразности предприятия. Потому что в большинстве случаев процент солнечных дней существенно проигрывает аналогичному значению пасмурных.

Подобное соотношение характерно для регионов средней полосы, а климату северных областей свойственно еще большее количество облачных дней.

Недостаточное количество солнечных дней напрямую связано с эффективностью работы приборов, перерабатывающих энергию земного светила. Вследствие уменьшается попадание солнечных лучей на поверхность батареи. Процесс этот называется инсоляцией.

Солнечные батареи могут использоваться в отопительных системах в качестве поставщика теплоносителя или энергии для питания приборов

Суть его заключается в том, что любая плоскость, независимо от ее назначения, принимает на себя определенное количество солнечной энергии. В южных регионах количество это естественно выше, что делает монтаж солнечных панелей более актуальным.

Однако, как показывает практика, рынок технологического оснащения в сфере синтеза энергии солнца, неустанно улучшает свои продукты, поэтому современные фотоэлементы в гелиопанелях прекрасно функционируют даже в местности с невысоким уровнем инсоляции.

Распределение солнечной активности на примере карты России. Более высокий коэффициент характерен для южных областей (+)

Взвешенный подход к установке

Перед тем, как организовать систему отопления на солнечных батареях, следует выяснить минусы и сильные стороны конструкции, питающейся энергией солнца.

Знания эти нужны для лучшего восприятия отличий оборудования от аналогов и оценки рациональности устройства и оценки целесообразности сооружения.

Наиболее значимыми факторами являются:

  • Эффективность. Реальный КПД при конвертации солнечной энергии в электрическую. Пока энергия гелиобатарей почти пятикратно дороже привычного электричества.
  • Сезонность применения. Солнечные батареи смогут производительно работать только при отсутствии препятствий на пути солнечных лучей, в том числе высокой облачности.
  • Слабая схема аккумуляции. Полученную энергию в большинстве случаев нужно расходовать сразу. Для накопления и хранения ее нужны довольно объемные накопители, для размещения которых потребуется внушительная площадь.
  • Необходимость во вспомогательной энергии. В зимний период гелиопанели не смогут поставлять достаточного для обогрева дома количества тепла. Но могут стать полезным дополнением к отопительному котлу в случае солнечной погоды.
  • Целесообразность сооружения. На текущий момент окупаемость солнечных батарей заставляет желать лучшего. Установка их оправдывает себя только в местностях, не подключенных к централизованным сетям. Там, где солнечным приборам нет вообще альтернативы.

Есть надежды на разработку и выпуск более доступных частникам приборов гелиоэнергетики. Есть уверенность, что когда-то сооружение систем, перерабатывающих солнечную энергию, станет рентабельным.

Правда, если учесть, что энергорессурсы планеты постепенно тают, то можно вполне рассматривать гелиотехнику как выгодное, перспективное вложение.

Солнечный комплекс полностью безопасен для окружающей среды, не выделяет токсичных продуктов горения, не нарушает естественного баланса, не требует сжигания ископаемых и древесины

Однако сейчас это лишь дополнение к основным источникам тепла, но уже обладающее собственным набором преимуществ.

Значимые достоинства солнечного комплекса:

  • Длительный период эксплуатации. Конструктивная простота гарантирует минимум поломок. Панели можно случайно повредить в момент очистки от снега, но замена стекла вполне доступна для производства собственными руками.
  • Широкая вариативность моделей. Приборы выпускает солидное число зарубежных компаний и отдельные представители отечественных производителей. Разброс цен позволяет выбрать вариант “по карману”.
  • Индивидуальность настроек. Оборудование можно настроить с учетом всех капризов природы в конкретной местности.
  • Дешевизна энергии. Точнее, ее полная бесплатность – качество, которое не стоит воспринимать буквально из-за солидной материалоемкости сооружения гелиопанелей.
  • Внешняя привлекательность. Плоские системы обогрева не нарушают архитектуры домов, могут восприниматься как элементы креативного дизайна.

Выяснили, что солнечный комплекс может стать подспорьем в быту, дополняющим традиционные источники отопления. Кроме того, учитывая сегодняшние цены на топливо, альтернативная энергия способствует экономии, особенно в условиях частного сектора.

Ведущие производители оборудования, при описании своих товаров, всячески делают акцент на абсолютной экологичности системы. Естественно, процесс преобразования фотонной энергии происходит без участия каких бы то ни было горючих, токсичных, либо химических взрывоопасных веществ.

Расположенные на крыше солнечные панели не портят экстерьер дома, не занимают много места

Если рассуждать более глобально, повсеместное использование солнечных батарей безусловно снизит потребление других источников энергии, таких как уголь или природный газ. Конечно же, ситуация с экологией в таком случае качественно улучшится, а неуемные счета за отопление и горючие материалы останутся в прошлом.

Эффективность работы панелей прямо пропорциональна количеству поглощаемой солнечной энергии. Но технологический аспект оборудования разных видов позволяет увеличить либо уменьшить производительность.

Для повышения производительности системы, рекомендуется осуществлять монтаж солнечного отопления в симбиозе с другими, более традиционными способами обогрева.

Не стоит беспокоиться о том, что солнечный коллектор очень скоро выйдет из строя. Средний срок эксплуатации такого оборудования составляет около 15 лет. Правильное функционирование фотоэлементов в первую очередь зависит от региона, в котором используется установка.

Как правило, наиболее интенсивный уровень инсоляции подвергает систему большей нагрузке. Поэтому, если оборудование используется в умеренном климате, оно вполне способно прослужить более 15 лет.

Срок эксплуатации солнечных панелей от 12 до 15 лет. При грамотном уходе они прослужат дольше

Как солнечная энергия используется для получения тепла

Гелиосистемы применяются для нагревания воды и отопления жилища. Они могут давать тепло (по желанию владельца) даже тогда, когда отопительный сезон закончится, и обеспечивать дом горячей водой бесплатно. Простейшее устройство представляет собой металлические панели, которые устанавливают на крыше дома. Они аккумулируют энергию и согревают воду, которая циркулирует по скрытым под ними трубам. Функционирование всех гелиосистем основано на этом принципе, несмотря на то, что конструктивно они могут отличаться друг от друга.

Солнечные коллекторы состоят из:

  • бака-аккумулятора;
  • насосной станции;
  • контроллера;
  • трубопроводы;
  • фиттингов.

По типу конструкции различают плоские и вакуумные коллекторы. У первых дно покрыто теплоизоляционным материалом, а жидкость циркулирует по стеклянным трубам. Вакуумные коллекторы отличаются большой эффективностью, потому что теплопотери в них сведены к минимуму. Этот тип коллектора обеспечивает не только отопление солнечными батареями частного дома – его удобно использовать для систем горячего водоснабжения и подогрева бассейнов.

 

Виды солнечных панелей

Исходя из типа применяемых для изготовления кремниевых полупроводников, гелиопанели-модули делят на две категории: поликристаллическиемонокристаллические.

Первые имеют форму плоского квадрата с разнохарактерной поверхностью, обусловленной присутствием разнородных кристаллов. Для их изготовления применяют кремниевый расплав. Сначала сырье заливают в специальные формы, затем полученные путем плавления блоки, режут на квадратные пластины. В процессе производства расплавленную кремниевую массу подвергают постепенному охлаждению.

Монокристаллические панели являются более эффективны и производят больше энергии при тех же размерах, но поликристалические панели дешевле Модуль состоит из 36 или 72 поликристаллических пластин. Из набора таких узлов состоит панель. Технология отличается относительной простотой, не предусматривает использования дорогого оборудования и не требует больших финансовых вложений. Минус у этих модулей один — КПД, не превышающий 18%.

Преимущественный спрос на них объясняется тем, что они дешевле. В отличие от предыдущих, поверхность у монокристаллических панелей однородная. Это тонкие пластины, визуально идентифицируемые, как квадрат, срезанный по углам. Для их получения кремниевый кристалл искусственно выращивают. Фотоэлементы, применяемые в этом случае, состоят из кремниевых цилиндров.

Путем обрезки слитков кремния со всех сторон, повышаются эксплуатационные характеристики. Этот процесс затратный, но продуктивный. Эффективность монокристаллических элементов может достигать 22%. Стоимость их выше, чем у поликристаллических в районе 10%.

Элементы и принцип работы солнечных панелей

Задача солнечной батареи — трансформация энергии солнечных лучей в электричество, питающее бытовые и промышленные устройства. Работа солнечной электростанции в принципе осуществляется по той же схеме, что и обычной.

Солнечная панель состоит из 5 элементов Первой составляющей солнечной установки являются фотопанели.

Полупроводниковые устройства, из которых они состоят, напрямую преобразуют энергию небесного светила в постоянный электроток. Как мощность, так и напряжение солнечных панелей могут быть разными, но обязательно кратным 12 В. Гелиобатарея представляет собой совокупность модульных блоков. Располагают батареи в местах, доступных для прямых солнечных лучей.

Чтобы регулировать и контролировать работу солнечных панелей, в схему включают такие приборы, как аккумуляторная батарея, инвертор, контроллер. Аккумулятор выполняет в системе свою традиционную роль — запасается электричеством. Это происходит и во время работы домашних электроприборов от централизованной сети, и когда возникают излишки электроэнергии при питании дома целиком от солнечного модуля.

Энергонакопитель снабжает цепь таким количеством электричества, чтобы в ней постоянно поддерживалось стабильное напряжение. Как правило, в схему включают пару аккумуляторов — основной и резервный. Первый, накопив электроэнергию, немедленно отправляет ее в электросеть.

Второй отдает накопленную энергию только после падения напряжения в сети. Чаще всего потребность в резервном аккумуляторе возникает в малосолнечную погоду или ночью, когда фотопанели работать не могут.

Правильная схема подключения солнечных батарей Своеобразным посредником между гелиопанелью и аккумуляторами является контроллер. На это электронное устройство возложена функция, как контролирующая зарядку и разрядку АБ, так и управляющая этим процессом.

В разное время суток единица поверхности облучается солнцем по-разному. Поэтому меняется и напряжение, выдаваемое панелью. Для зарядки аккумуляторной батареи в пределах нормы необходимо напряжение, величина которого ограничена определенным диапазоном. Солнечный коллектор нивелирует неритмичность, обусловленную инсоляцией. Наличие такого прибора исключает перезарядку АБ с последующим ее закипанием. Также контроллер не допустит снижения запаса электроэнергии ниже установленной нормы, гарантирующей надежную работу всей энергосистемы.

Существует три типа таких устройств:

«On-Off» — приборы, подключающие либо отключающие аккумулятор к солнечной батарее в зависимости от уровня напряжения на его клеммах. Уровень зарядки стабильно удерживается на уровне 70%.

ШИМ контроллер — модуляция позволяет достичь 100% заряда АБ на последнем этапе зарядки.

МРРТ — эти устройства преобразуют параметры энергии, полученной от солнечных батарей, до наиболее приемлемых для зарядки АБ, повышая ее эффективность до 30%.

Инвертор — узел, преобразовывающий постоянный ток, полученный от солнечных модулей, в переменный напряжением 220 В.

Это как раз та разность потенциалов, которая является рабочей для большинства видов бытовой техники. Инверторы выпускают в трех вариантах: автономные, сетевые, гибридные. Первые не контактируют с наружной электрической сетью. On grid (сетевые) функционируют только с централизованной сетью.

Кроме преобразующей функции такие инверторы могут регулировать амплитуду тока, частоту напряжения и другие параметры сети. Hybrid (гибридный) инвертор обладает функциями как автономного, так и сетевого оборудования. Когда работает центральное электроснабжение, он берет от солнечной батареи максимум электроэнергии, а если общая сеть отключена, работает полностью автономно.

Использование энергии солнечного света

Запасы природных ископаемых, способных обеспечить энергоснабжение на Земле, сокращаются с каждым днем. Поэтому в настоящее время ведутся активные разработки различных способов использования солнечной энергии. Данный ресурс является отличной альтернативой традиционным источникам. Поэтому исследования в этой сфере невероятно важны для общества.

Достижения, которые существуют на данный момент, дали возможность создать системы использования солнечной энергии, которые делаться на два типа:

  • Активные (фотоэлектрические системы, солнечные электростанции и коллекторы).
  • Пассивные (подбор стройматериалов и проектировка помещений для максимального применения энергии солнечного света).

Преобразование и использование солнечной энергии таким образом дало возможность применять неиссякаемый ресурс с высокой продуктивностью и окупаемостью.

Пассивные системы

Пассивные системы — это различные сооружения или строения, в которых использование энергии Солнца происходит путем потребления. Например, существуют дома, построенные из специальных материалов, которые способны поглощать или перерабатывать полученную тепловую энергию. Обогрев таких зданий становится проще или в нем вовсе исчезает необходимость.

Необходимо понимать, что в виду имеются не какие-то современные и продвинутые материалы, созданные на высокотехнологическом оборудовании. Дома, образующие пассивные системы, создаются из обычной древесины, теплоизолирующих и светоизолирующих панелей. Даже обычная ориентация окон дома на южную сторону автоматически переводит дом в разряд пассивных гелиосистем.

Первым в истории зафиксированным случаем, когда использование солнечной энергии было сознательным действием, была постройка дома Плинием Младшим в Италии (100 г. Н. Э.). Слюдяные окна оказались эффективным теплоизолятором, способным удерживать тепловую энергию, полученную от Солнца.

В современном мире интерес к постройке зданий-пассивных гелиосистем то возрастает, то вновь падает. Энергетический кризис вынуждает активно искать способы получения дешевой альтернативной энергии, но при улучшениях экономической обстановки ситуация разворачивается в обратную сторону. Однако, общая обстановка демонстрирует постоянное развитие и продвижение гелиосистем в технике и быту.

Принцип работы пассивных систем

Существует несколько видов пассивного использования солнечной энергии. Большинство из них невероятно просты в применении, но при этом достаточно эффективны. Также существуют и более замысловатые варианты, которые помогают получать больше выгоды. Например:

  • Первое, что приходит на ум, это емкость, в которой хранится вода. Если покрасить ее в темный оттенок, то таким нехитрым образом солнечная энергия будет преобразовываться в тепловую, и вода будет нагреваться.
  • Следующий вариант не под силу выполнить обычному человеку самостоятельно, так как он требует скрупулезного анализа специалиста. Данная технология должна приниматься во внимание еще на этапе проектирования и строительства дома. Основываясь на климатических условиях, здание проектируется таким образом, что само работает как солнечный коллектор. После чего подбираются необходимые материалы, способствующие максимальной аккумуляции энергии солнечных лучей.

Благодаря таким методам становится возможным использование солнечной энергии для отопления и освещения помещений. Также подобные разработки способствуют энергосбережению. Так как подобное проектирование способно не только преобразовывать солнечную энергию, но и сохранять тепло внутри здания, что также позволяет значительно сократить расходы.

Стоимость комплекта и основные технические характеристики, срок окупаемости

Цены на готовые комплекты в основном варьируются от 30 000 до 2 000 000 руб. Они зависят от составляющих их устройств (от вида батарей, количества приборов, производителя и характеристик). Можно встретить бюджетные варианты стоимостью от 10 500 руб. В эконом-набор входит панель, контроллер заряда, коннектор.

В стандартные комплекты включают:

  • энергетический модуль;
  • контроллер заряда;
  • аккумулятор;
  • инвертор;
  • стеллаж *;
  • кабель *;
  • клеммы*.

* Предусмотрены в расширенной комплектации.

Стандартный комплект оборудования
Источник proumnyjdom.ru

Технические характеристики указывают в руководстве к применению:

  • Мощность и размеры панелей. Чем больше нужна мощность, тем выгоднее покупать батареи больших размеров.
  • Энергоэффективность системы.
  • Температурный коэффициент показывает насколько температура влияет на мощность, напряжение и ток.

По подсчетам специалистов, одна солнечная система, рассчитанная на 4 человека, окупается через 4 года. К тому же стоимость за последние 2 десятилетия сильно упала.

Проблемы использования солнечной энергии

Применение солнечной энергии имеет и некоторые проблемы. Основными из них являются отсутствие Солнца в ночное время и возможность возникновения облачности, осадков и прочих неблагоприятных погодных условий. Есть и еще важная и существенная проблема — низкая эффективность оборудования, в сочетании с высокой ценой. Эта проблема считается разрешимой, многие ученые и инженеры постоянно работают над ее решением.

Источники

  • http://DekorMyHome.ru/remont-i-oformlenie/primenenie-solnechnyh-batarei.html
  • https://m-strana.ru/articles/solnechnye-batarei-dlya-doma/
  • https://altenergiya.ru/sun/ispolzovanie-solnechnoj-energii.html
  • https://sovet-ingenera.com/eco-energy/sun/solnechnye-batarei-dlya-otopleniya-doma.html
  • https://electrosam.ru/glavnaja/jelektroobustrojstvo/jelektroobogrev/solnechnye-kontsentratory/
  • https://zen.yandex.ru/media/ecoenergetics/solnechnye-batarei-dlia-dachi-i-doma-princip-raboty-i-podbor-komplektuiuscih-5c84d728c92daf00b409f246
  • https://Energo.house/sol/ispolzovanie-energii-solntsa-na-zemle.html

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: