Солнечные батареи для дома: принцип работы, устройство, виды, плюсы и минусы

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.

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.

Варианты солнечных батарей

На сегодняшний день промышленность предлагает три типа кремниевых панелей.

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.

Разница между жесткой и гибкой конструкцией

Как известно, обычные монокристаллические и поликристаллические модели производятся из кремниевых кристаллов. Материал разрезается на пластины, которые могут быть разных размеров. Толщина пластины в жесткой конструкции составляет 0,3 миллиметра. Она наклеена на основание из стеклотекстолита, а снаружи покрывается надежным герметиком. Жесткая солнечная панель очень хрупкая и часто занимает много места.

В свою очередь, гибкие солнечные батареи имеют некоторые конструкционные отличия. Определенный уровень гибкости достигается засчет изготовления и применения специальной стальной ленты, на которую напыляется кремний либо другое вещество — тонким слоем, несколько раз подряд. Выглядит такая панель в виде прочной пленки, поэтому элементы так и называются — пленочные. Далее следует прикрепление электродов и ламинирование. Получившуюся модель можно изогнуть в любую удобную сторону, а при необходимости — аккуратно скрутить в рулон. Если она сложена, ей понадобится чехол или футляр.

В разложенном виде тонкопленочные солнечные батареи обладают завидной прочностью — по причине гибкости стальной основы. Уже разработаны портативные переносные варианты: все их составные части просто нашиваются на основу, а саму панель можно легко сложить в форме гармошки.

Отличие таких необычных элементов питания от жестких вариантов заключается в том, что конструкция частично состоит из полупроводников, изготовленных из меди-индия. Также для их создания используются теллурид кадмия и селенид, а сами полупроводники, как уже отмечалось, прикрепляются на пленку.

Нюансы выбора солнечных батарей

Для того чтобы солнечная электростанция работала бесперебойно на протяжении долгих лет при покупке модулей осуществляющих преобразование солнечной энергии в электричество вам стоит прежде всего обратить внимание на:

  • Габаритные размеры батарей;
  • Номинальную мощность каждого модуля;
  • Способ монтажа;
  • Климатические условия региона;
  • Среднее количество энергии потребляемой объектом с наступлением темноты.

Чтобы солнечная электростанция в полной мере справлялась с поставленными задачами, изначально выберите вариант энергоснабжения, который она должна обеспечить:

  • Полное энергоснабжение. Подразумевает полный отказ от использования центральных линий электропередач без изменения уровня комфорта повседневной жизнедеятельности для всех членов семьи. В данном случае вам понадобится система, которая в течение месяца сможет выдать до 600 кВт без перегрузок и сбоев. Чтобы правильно подобрать модификацию модулей, аккумуляторов и контроллеров вам достаточно просмотреть свои счета за электричество по предыдущим месяцам и определить среднее количество энергии необходимой для работы системы освещения, бытовой и электронной техники и т.п.
  • Комфортное электроснабжение. отличается от первого варианта только исключением из списка обслуживаемого оборудования бытовой техники значения потребляемой мощности в которой в сутки составляет 4-5 кВт.ч. в данном случае идеально подойдет солнечная станция вырабатывающая в течение месяца 100-250 кВт.ч. электроэнергии.
  • Умеренное электроснабжение. При таком варианте энергоснабжения солнечные батареи смогут обеспечить бесперебойную работу компьютерной техники, системы освещения и иного оборудования с небольшими показателями потребляемой энергии. Подключение к автономной системе электрочайников, системы подогрева пола, электрических духовок, водонагревателей и мощного строительного инструмента в этом случае исключается. для работы ноутбуков, компьютеров, проигрывателей, телевизоров, стиральной машины и систем внешнего и наружного освещения будет достаточно установки которая в течение месяца вырабатывает 150 кВт.ч. электроэнергии.
  • Базовое электроснабжение. Такой вид энергоснабжения влияет на комфорт жизнедеятельности человека, так как предполагает поочередное использование мощной техники и систем освещения, а также постоянный контроль степени нагрузки установки. Солнечная электростанция вырабатывающая 100 кВт.ч. позволяет использовать компьютеры, ноутбуки, заряжать телефоны и включать посудомойку, стиральную машину и иную технику но только в дневное время и только при хорошей солнечной погоде. Только так батареи успевают повторно зарядить аккумуляторы для энергоснабжения в ночное время.
  • Аварийное энергоснабжение. Используется для обеспечения минимальных удобств жизнедеятельности человека при резком отключении основного источника энергоснабжения. позволяет пользоваться системами освещения и самой необходимой техникой и электроникой на протяжении нескольких суток. для таких целей идеально подойдет солнечная электростанция вырабатывающая в течение месяца 50-60 кВт.ч. энергии.

Основные преимущества

Этот вид солнечных панелей тонкопленочных имеет много отличий от аналогов кристаллических:

  • малая толщина, не превышающая 1 микрона;
  • отличная гибкость, позволяющая монтаж панели производить на всевозможные криволинейные поверхности, включая цилиндрические;
  • сохранение параметров в рассеянном свете, что позволят увеличить общую выработку электроэнергии, в сравнении с поли- и монокристаллическими панелями, на 10, а в отдельных случаях на 15 процентов;
  • небольшая себестоимость производственного процесса, следовательно, и невысокая стоимость готового изделия;
  • высокоэффективное функционирование в энергосистемах мощностью более 10 кВт и в условиях высоких температур;
  • значительные показатели оптического поглощения солнечного спектра, превышающий кристаллический более, чем в 20 раз;
  • стабильность мощности выходной продолжительное время- надежность;
  • безвредность для окружающей среды, поскольку в них низкая доля использования кремния – 1/000 от применяемого в кристаллических аналогах;
  • короткий период окупаемости за счет большой энергоотдачи;
  • небольшой вес, упрощающий монтаж;
  • ударопрочность. При монтаже нередки падения, но пленка остается работоспособной.

Недостатки

К ним относят:

  • большие размеры при одинаковой с кристаллическими панелями мощности (больше последних в 2,5 раза);
  • в высоковольтных электросистемах присутствие контроллеров и инверторов является обязательным.

Сфера применения

  • Поскольку это легкая и часто портативная модель, ее часто устанавливают в электромобили и дроны.
  • Берут с собой в походы. С ее помощью можно легко согреться, просто прикрепив на одежду или к рюкзаку.
  • Благодаря тому, что гибкая панель может повторить любую форму, она легко крепится на черепице крыши или шифере. Это идеальный вариант для малогабаритного охотничьего домика и палатки. Прикрепляется она просто и легко. Как правило, лучшим фиксатором служит двухсторонний скотч или специальный герметик.

Итак, гибкие панели — неплохой альтернативный источник энергии, который уже нашел применение в определенных областях. Технологии их изготовления еще находятся в процессе совершенствования. По этой причине на приемлемую цену таких элементов пока рассчитывать не приходится. Вероятнее всего, снижение их стоимости произойдет уже в ближайшем будущем, когда производство расширится и они станут более доступными для приобретения.

Материалы

Но наиболее перспективным на данное время считают тонкопленочные солнечные устройства, изготовленные на основе селенида медиа-галлий-индиевого. После поочередного или одновременного распыления этих материалов, фотоэлементы обрабатывают селеновыми парами.

Серьезную трудность представляет нанесение на всю поверхность (достаточно большую) равномерного покрытия.

Устройство

Триплексы из закаленного стекла, в которые помещают тонкопленочные солнечные батареи, являются для последних надежной защитой. Фотопленка находится под высокопрочным стеклом, которое отличается высокой прозрачностью и одновременно прозрачностью. Такое же решение применяется в области автомобилестроения, производства триплексов светодиодных, архитектуре, где зарекомендовало себя с лучшей стороны.

Зачем нужен инвертор

Разные варианты солнечных панелей выдают постоянный электрический ток с напряжением 12, 24, 48 вольт. Но домашние электрические приборы функционируют от переменного электрического тока.

Задача инвертора преобразовывать постоянный ток от батарей в переменный.

Инвертор способен работать в широком диапазоне выдаваемых напряжений от 150 до 1000 В.

Мощность инвертора влияет на его цену. Она варьируется в широком диапазоне. От пары тысяч рублей, за самые бюджетные модели, до десятков тысяч, за самые мощные.

Контроллеры для солнечных батарей

Контроллеры являются неотъемлемой частью солнечных электростанций, ведь именно они отвечают за автоматическое отключение солнечных модулей от аккумуляторов при 100% зарядке, тем самым заметно продлевая эксплуатационные сроки аккумуляторных батарей.

Кроме основной функции современные контроллеры заряда в зависимости от модификации могут также выполнять управление лампами внешнего освещения объекта, передавать информацию о текущем состоянии установки на компьютер пользователя, сигнализировать о полном заряде аккумуляторов и т.п.

Метод вакуумирования

Способ предусматривает использование вакуумных камер или электронных пушек для осаждения из пара диселендов.

В принципе, использовать можно любые подходы, например, ионное распыление, но все методы имеют свои сложности, такие как образование пленки как на подложке, так и на внутренней поверхности камеры. Другая сложность связана с поставками индия, активно применяемого для изготовления плоскопанельных мониторов.

У таких устройств КПД может превышать отметку 20%.

Хотя активно развиваются панели этого типа, их востребованность невелика и не превышает 2%.

Большую популярность завоевали пленки, в изготовлении которых используется кадмия теллурид, Их КПД 16% (против 18%). Большой популярностью пользуются батареи аморфно-кремниевое. Их КПД удалось увеличить до 10%.

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.

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.

Тонкопленочные солнечные батареи преимущества

Батареи такого типа получили несколько серьезных преимуществ, которые смело можно назвать существенными. Итак, в какие плюсы и тонкопленочных батарей:

  1. Маленький вес. Такие батареи выполнены из очень легких материалов, поэтому устанавливать и работать с ними – это одно удовольствие.
  2. Полупрозрачность. Именно такое свойство позволяет устанавливать их даже на окна. В таком случае часть света будет идти в помещение, а другая часть, преобразовывая электричество.
  3. Гибкость. Такие панели можно устанавливать практически на любую плоскость, изогнутое состояние не нарушает работоспособности.
  4. Ударопрочность. Пленка остается работоспособной во время сильного града, падения на землю и т.д.

Недостатки тонкопленочной солнечной батареи

  1. Высокая стоимость, если сравнивать их с классическими батареями. Если стоимость одинаковая, тогда батареи такого типа выдают мощность в три раза меньше, что уже оптимальным назвать нельзя.
  2. Низкий КПД. Здесь можно даже привести простой пример, если установить такую пленку на окно, то телефон она зарядить вряд ли сможет. На выходе КПД составляет всего 4%, что в три раза меньше обычной.
  3. Сильно нагревается, при очень жаркой температуре 30-40%, обычные показывают результат всего 12%.

Область применения

Логично их использовать только в походных условиях, ведь тонкопленочные солнечные батареи легко развернуть и установить на крыше палатки, трейлера и т.д. В такой ситуации возить тяжелые конструкции не всегда удобно. Поэтому такие батареи смогут стать настоящим спасениям для всех людей во время путешествия. С помощью них можно будет зарядить телефон, фонарь.

В качестве больших электростанций применять их не всегда логично и удобно. Чтобы они показали хороший результат нужно устанавливать тонкопленочные солнечные батареи на большом периметре. Что в конечном результате будет стоить серьезных денег. Узнайте, стоит ли устанавливать ветровую электростацию дома.

Источники

  • https://auto-gl.ru/otlichiya-gibkih-solnechnyh-paneley-ot-zhestkih-ih-plyusy-i-minusy/
  • http://electricadom.com/realnoe-primenenie-tonkoplenochnykh-solnechnykh-batarejj.html
  • https://VashUmnyiDom.ru/elektropitanie/alternativnaya-energiya/colnechnaya-batareya-dlya-dachi.html
  • https://enpartner.ru/novosti/solnechnye-batarei-preimushchestva-i-nyuansy-vybora
  • https://motocarrello.ru/jelektrotehnologii/solnechnye-batarei/1881-tonkoplenochnye-solnechnye-batarei.html
  • https://kraska.guru/kraski/vidy/eta-kraska-mozhet-vyrabatyvat-elektrichestvo-kak-solnechnaya-batareya.html
  • https://vse-elektrichestvo.ru/poleznye-sovety/zelenaya-elektrika/tonkoplenochnye-solnechnye-batarei.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: :???: :?: :!: