Преимущества и недостатки солнечных батарей

Устройство солнечной батареи и принцип работы

Принцип работы солнечной батареи заключается в фотоэлектрическом эффекте, или эффекте полупроводников. Это способность преобразовывать солнечные лучи в электрический ток.

Наиболее эффективным из всех известных полупроводников является кремний. Из него и изготавливают верхний слой/ пластину (n-слой (-) и p-слой (+)).

Работа конструкции начинается с того, что на фотоэлементы попадает солнечный свет. Кремниевые пластины нагреваются, и начинают высвобождаться электроны, которые захватываются атомами нижней пластины. Затем электроны направляются по проводникам к аккумуляторам, а потом снова возвращаются наверх.

Устройство солнечной батареи:

    1.Корпус панели – для скрепления конструкции.

    2.Блоки преобразования – кремниевые фотоэлементы (солнечная панель). Преобразовывают лучи солнца в ток. Подключают параллельно-последовательным способом. Это способствует получению наибольшей мощности и напряжения в электросети.

    3.Аккумуляторы – основной и резервный. Накапливают электрический ток. Основной аккумулятор сразу снабжает дом током, а резервный – копит ресурс и включается при снижении напряжения.

    4.Дополнительные устройства – контролеры, диоды. Контролеры следят за уровнем заряда аккумулятора. Диоды защищают от перегрева.

Устройство солнечной батареи
Подключение солнечной батареи

Разновидности

В зависимости от строения кристаллов кремния выделяют 3 основных разновидности фотоэлементов:

    1.Монокристаллические – максимально эффективный вид, КПД которого около 25 %.

    2.Поликристаллические – менее эффективная разновидность.

    3.Аморфные – гибкие фотоэлементы с самым минимальным КПД (4–6 %).

Т. к. у разновидностей заметно отличается коэффициент полезного действия, то существенно разнится и цена. Чем ниже КПД солнечной батареи того или иного вида, тем большую площадь потребуется покрыть фотоэлементами.

Монокристаллические батареи

Отличительная особенность — квадратные фотопластины темно- черного цвета, направленные по одной стороне. Сама фотопанель со скошенными углами.

При ясной и безоблачной погоде и если панель повёрнута рабочей стороной к солнцу, то именно тогда КПД может достигать 15–25 %.

При сумрачной погоде, в утренние и вечерние часы, когда солнца нет, мощность падает до минимума.

КПД в достаточной степени высок — от 15 % до 25 %.

Лучше всего эти панели работают, когда они обращены рабочей стороной к солнцу. При пасмурной погоде и в утренние/вечерние часы вырабатываемая мощность минимальна.

Поликристаллические батареи

Пластины квадратной формы характерного темно-синего цвета.

Если сравнивать с батареями из монокристаллов, то эти больших размеров по площади. Хорошо подходят для размещения на больших площадях.

Для них уже не так важны погодные условия. Могут работать и в пасмурную погоду с КПД — 12–15 %.

Аморфные кремниевые пластины

Аморфные гибкие кремниевые пластины самый дешевый вид солнечных пластин. На вид напоминает гибкую плёночку с синими вкраплениями фотоэлементов.

Хорошо работают при рассеянном солнечном свете. Прекрасно подходят для эксплуатации в местностях с постоянной облачностью.

При не высоком КПД в 6 % обладают неприятной особенностью — кремниевое напыление может быстро прогореть под прямым солнечным светом.

Где применяются солнечные батареи

Применяются эти панели очень широко. Их можно встретить как в космической отрасли, так и в сельском хозяйстве. Используются такие батареи также и для бытовых целей. Например, уличные светильники, которые заряжаются энергией солнца, применяют для освещения улиц, а также приусадебных участков домов.

Солнечные батареи позволяют использовать электричество там, где ранее это было невозможно. В России есть много поселков, которые до сих пор не могут подобрать солнечные модули и пользоваться этим благом.

В чем принципиальное отличие тонкопленочных солнечных батарей

Принципиальная разница состоит в используемых материалах. Для достижения отличительных параметров тонкопленочных солнечных батарей нужно использовать полупроводники из селенида меди-индия, а также теллурида кадмия. Принцип действия точно такой же, как в поликристаллических и монокристаллических фотоэлементах с той разницей, что наносить указанные полупроводники можно на пленку. Пленка гнется и скручивается в отличие от классических солнечных панелей.

В чем разница между тонкопленочными солнечными батареями и обычными

На самом деле здесь разница несущественная, только в материалах, из которых они изготовляются. Чтобы изготовить тонкую пленочную батарею используются специальные полупроводники из меди-индия, селенида и теллурида кадмия.

Принцип работы никак не отличается, есть только одна разница – наносить такие полупроводники можно непосредственно на пленку. Поэтому она не гнется и даже скручивается, чего нельзя сказать за классические солнечные батареи. Почитайте о современных батарейках с супер быстрым зарядом.

Достоинства



  1. Полупрозрачность. Классические (поликристаллические и монокристаллические) солнечные панели полностью непрозрачные. Аморфные тонкопленочные батареи могут быть выполнены таким образом, чтобы заменить окно в доме, пропуская часть света, а часть преобразовывая в электричество.
  2. Легкость. Батареи выполненные на пленке легче классических в несколько раз, что дает больше свободы в монтаже, упрощает операции с ними.
  3. Гибкость. Тонкопленочные батареи теоретически можно изгибать в любой плоскости без потери работоспособности.
  4. Ударопрочность. Пленка не разбивается от падения при монтаже, от града и остается работоспособной в самых экстремальных условиях.

Недостатки

  1. Низкий КПД. Если не рассматривать лабораторные образцы, а оценивать реальные показатели выпускаемых моделей, то на выходе получим КПД не выше 4%, что в три раза меньше такого же у поликристаллического фотоэлемента.

    Важно. При использовании полупрозрачных фотоэлементов коэффициент снижается до смешных 2% и от одного окна вы вряд ли сможете даже зарядить свой смартфон.

  2. Высокая стоимость. Если сравнивать с классическими солнечными батареями, то их цена за м.кв. сопоставима с такими же поликристаллическими моделями, но вот мощность будет в три раза ниже. Если же сравнивать панели одинаковой мощности, то картина получится такая (данные из Aliexpress.com):  
    Разница в цене – ровно в три раза, при одинаковой мощности
  3. Снижение производительности при нагреве. Если в поли/монокристаллических батареях эта цифра достигает 12% от номинальной мощности, то в гибких фотоэлементах она доходит до 30-40%.

Мифы и реальность

Пока технология изготовления пленочных солнечных батарей не составляет реальной конкуренции поли/монокристаллическим аналогам. Прежде всего из-за дороговизны используемых материалов. Тем не менее, на ТВ, в сети и среди розничных продавцов бытует несколько мифов о чудо свойствах этой технологии.

  • Тонкопленочные солнечные батареи могут работать в пасмурную погоду. Отчасти это правда, но правда и в том, что любые солнечные панели работают в пасмурную погоду, выдавая при этом меньшую силу тока или вольтаж, в зависимости от модели. Пленочные так же точно снижают свою производительность.
  • Пленочные батареи не снижают производительность при нагреве. Это откровенное вранье. Снижение производительности гораздо сильнее поли/монокристаллических аналогов. Поэтому при монтаже таких панелей следует обязательно предусмотреть возможность вентиляции их задних стенок.
  • Дешевле. На самом деле дороже (см. недостаток 2)
  • Могут принимать любую форму. Здесь правда, только вот толку, как показывает практика, от этого никакого. Панели располагаются в плоскости для достижения максимального эффекта.
  • Можно свернуть в трубочку и тогда свет будет поступать на них почти весь день. Действительно такое «сенсационное» изобретение приносит прирост в производительности меньше, чем использование той же площади аналогичных батарей в плоском виде.

    Схема работы цилиндрического модуля

  • Увеличенный срок службы. На самом деле нет. Срок службы пленочной панели – 10-12 лет, в то время как поликристаллические модели служат от 15 до 20 лет.
  • Можно использовать вместо стекол в окнах. При этом улицы вы видеть практически не будете, а эффективность такой полупрозрачной панели позволит вам в течении дня от одного окна зарядить один мобильный телефон. Сомнительное преимущество.
  • Экологичность. Т.к. в батареях применяются сплавы полупроводников из индия и кадмия, то кремния используется гораздо меньше. При этом продавцы уверяют, что кремний – это вещество по вредности между ураном и мышьяком, забывая, что 1/3 земной коры состоит из него.
  • Время окупаемости. Реклама пленочных батарей говорит, что они окупаются на 2-3 год эксплуатации. На самом деле нет. Срок службы пленочных солнечных батарей (10-12 лет) и их стоимость, не позволяет им окупиться вообще при нынешних ценах на электроэнергию.

Применение

Использование данного типа тонкопленочных панелей солнечных достаточно разнообразно:

  • в областях, где в течение года большое количество пасмурных дней;
  • в гелиостанциях большой емкости;
  • в регионах с жарким климатом.

Немного из истории технологии

Несмотря на то, что сейчас такие панели стоят недешево, себестоимость при их производстве невысока. Поэтому в ближайшее время есть шансы как снижения цены, так и выхода их в лидеры по сравнению с жесткими вариантами.

Тонкопленочные солнечные батареи легки, эластичны, их можно разместить везде, даже на одежде, если есть такая необходимость. Что касается полупроводников, входящих в состав их конструкции, они уже давно используются при производстве современных тонких и легких гаджетов — смартфонов, планшетов, ноутбуков. Чем больше энергии нужно, тем больше должна быть и площадь панели. Однако солнечная батарея, гибкая основа которой имеет очевидные преимущества перед жесткой, не займет много места.

Что касается коэффициента полезного действия, невзирая на его скромные показатели, он постоянно улучшается при производстве. Так, самые первые гибкие солнечные батареи имели в своей основе аморфный кремний, который наносился на подложку. КПД их был невысок, от 4 до 5%, а работали они минимальное количество времени. Далее производителям удалось повысить КПД солнечных батарей в два раза, до 8%, а срок работы панелей постепенно стал таким же, как и у жестких предшественниц. Последнее поколение разработок имеет КПД уже 12%. По сравнению с первым опытом, это уже очевидный прогресс.

Известно, что гибкая солнечная панель является самой перспективной, если для ее изготовления применяется теллурид кадмия. Он прекрасно поглощает свет и был подробно исследован еще в 70-х годах прошлого столетия, когда речь шла об освоении космического пространства. Долгое время исследователи сомневались в том, токсичен он или нет. Сейчас уже выяснено, что в быту он не является опасным. КПД таких гибких панелей составляет около 11%, а цена за 1 ватт электроэнергии оказалась на одну треть меньше, чем у аналогов на кремниевой основе.

Что такое солнечная краска

Это материал нового поколения, в основе которого лежат особые полупроводниковые наночастицы. Внешне она выглядит как пастообразное вещество желтого цвета. Полученный в результате исследований состав можно наносить на любую поверхность, проводящую ток, без использования специального оборудования. Взаимодействие панели, окрашенной такой краской, электрода и солнечных лучей приводит к выработке электричества, способного удовлетворить энергетические потребности всего человечества.

Рекомендации по выбору

Итак, вам нужна солнечная батарея для своей дачи. Что важно, или на что обратить внимание для того чтобы организовать солнечную электростанцию?

  1. Солнечные панели. Основное назначение — трансформация энергии солнца в электрическую. От их количества напрямую зависит мощность вашей домашней электростанции. Понятно, чем она больше, тем шире возможности для этой батареи. Обычно для дачи пользователи закупают комплекты из 2–4 модулей, каждый из которых мощностью под 200 Вт. Есть умельцы, которые собирают батарею из отдельных элементов и комплектующих. Такая панель также будет прекрасно работать. Правда времени на это хобби уйдёт много. Так что лучше заказать и купить уже готовые модули. Так и время можно сэкономить, и есть гарантия на приобретенные элементы.
  2. Инвертор. Преобразует постоянный ток от панелей в привычный переменный, напряжением 220 В.
  3. Аккумуляторы — необходимы для накапливания излишков солнечной энергии. Также могут существенно помочь в случае экстренного отключения электричества, или отсутствия солнца. Накопленные излишки энергии, в этом случае, передаются в инвертор. Количество батарей может отличаться, в зависимости от количества солнечных элементов
  4. Провода, разъемы различного типа и коннекторы — призваны соединить все элементы в единую сеть.

Обычно когда человек хочет использовать солнечные батареи на даче все элементы можно приобрести в комплекте в специализированых магазинах или заказать комплект по Интернету.

Есть уже готовые комплекты. Например, если суточная потребность в электричестве не превышает 5 кВт, есть комплект “Загородный дом”. Это неплохой вариант для дачных или загородных домов. Именно для дачного периода с марта по октябрь ваш домик может работать исключительно за счет энергии солнца. Конечно, комплекты такого типа могут работать и в зимний период, но как дополнение к центральной электросети.

Что учесть при выборе?

  1. Цена.

Здесь все зависит от целей и условий использования. Для путешествий подойдет дешевый вариант. А для установки на крышу дома придется заплатить до 1000 долларов.

  1. Параметры.

Так как эта область на данный момент мало кому известна, необходимо обратиться к специалистам в этой области, которые подскажут, какая мощность необходима для ваших целей.

  1. Мощность.

Это также зависит от целей, для которых вы приобретаете панель. Существуют батареи, которые могут зарядить лишь фонарик, а некоторые из них могут питать холодильник, находящийся у вас на даче.

  1. Комплектация.

Качественные панели идут в комплекте с различными фиксаторами, переходниками и другими элементами, которые могут быть полезны.

Преимущества

Использование солнечных батарей имеет следующие преимущества:

  • доступность источника энергии;
  • постоянное и независимое энергоснабжение;
  • бесплатное потребление;
  • экологичность;
  • бесшумность;
  • высокая износостойкость.

Доступность источника энергии

Солнце освещает практически каждый участок поверхности Земли. Поэтому человек может воспользоваться преимуществами использования солнечной энергии. Также следует отметить, что потенциал этого типа энергии в рамках всемирного масштаба многократно превышает потребность в ней.

Постоянное и независимое энергоснабжение

В отличие от полезных ископаемых, энергия Солнца неисчерпаемая и всеобъемлющая. Конечно, как и все на нашей планете имеет свой конец, так и Солнце может иссякнуть. Но когда это произойдет – никто наверняка не знает. Помимо этого, ни солнечная панель, ни сам источник не требует каких-либо затрат на содержание. Этот факт делает вас абсолютно независимым от цен и транспортировки электроснабжения.

Бесплатное потребление

Как мы уже упоминали, Солнце – источник бесплатной энергетики. Некоторые затраты потребуются лишь на установку системы, которая обеспечит вас электричеством. Но в данном случае их можно отнести к долгосрочным инвестициям.

Экологичность

Глобальное потепление – серьезная проблема. Использование солнечных батарей помогает снизить расход природных ресурсов, а их производство и принцип работы не сопровождаются выбросом вредных веществ в атмосферу. Поэтому они являются абсолютно экологичными.

При установке системы, перерабатывающей солнечную энергию в электричество, вы можете быть уверенны в ее безопасности для окружающей среды и своих родных и близких.

Бесшумность

Генерация электроэнергии происходит совершенно бесшумно по причине отсутствия движущихся деталей в конструкции солнечных панелей. Устанавливая систему на крыше своего дома, можно не беспокоиться о постоянном гуле, который, например, издают электрические столбы.

Высокая износостойкость

Срок службы такой системы электроснабжения составляет около 25 лет. С течением времени КПД панелей начинает снижаться. В виду простоты конструкции, ее всегда можно заменить на новую.

Недостатки

Несмотря на экологичность солнечных станций, использование такого вида зеленой энергетики существует ряд недостатков:

  • дороговизна производства;
  • низкий коэффициент полезного действия батареи (5 -25%);
  • потребность в больших площадях для размещения панелей;
  • сложная процедура монтажа всей системы. Например, для получения максимально возможной продуктивности системы необходимо учитывать азимут данной местности и ряд других требований;
  • снижение производства энергии в пасмурный день или в ночное время суток.
Источники

  • https://ast75.ru/statiya.php?id=29
  • https://VashUmnyiDom.ru/elektropitanie/alternativnaya-energiya/colnechnaya-batareya-dlya-dachi.html
  • https://www.spets-stroy-portal.ru/instrumenti-i-tehnika/vidy-dostoinstva-i-nedostatki-solnechnyh-batarej.html
  • http://electricadom.com/realnoe-primenenie-tonkoplenochnykh-solnechnykh-batarejj.html
  • https://vse-elektrichestvo.ru/poleznye-sovety/zelenaya-elektrika/tonkoplenochnye-solnechnye-batarei.html
  • https://motocarrello.ru/jelektrotehnologii/solnechnye-batarei/1881-tonkoplenochnye-solnechnye-batarei.html
  • https://auto-gl.ru/otlichiya-gibkih-solnechnyh-paneley-ot-zhestkih-ih-plyusy-i-minusy/
  • https://kraska.guru/kraski/vidy/eta-kraska-mozhet-vyrabatyvat-elektrichestvo-kak-solnechnaya-batareya.html
  • https://batteryk.com/solnechnaya-energiya-plyusy-i-minusy
  • https://ecoplanet777.com/opasnost-solnechnyh-batarej/

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: :???: :?: :!: