Компания Amonix также занимает лидирующие позиции в производстве солнечных батарей, предназначенных для промышленного использования. Эффективность их продукции достигает 36%.
Солнечные батареи для дачи и дома: виды, принцип работы и порядок расчета гелиосистем
Научные достижения подарили нам эпоху, когда технологии, использующие солнечную энергию, стали доступны широкой публике. Теперь каждый владелец жилья может получить солнечные панели для своего дома. Это стало особенно актуально для дачников, которые часто находятся в удалении от централизованных источников надежного электроснабжения.
В данной статье мы предлагаем ознакомиться с основными аспектами устройства и принципа работы солнечных батарей, а также с порядком расчета ключевых узлов гелиосистем. Овладение этой информацией приблизит вас к возможности обеспечения своего участка экологически чистой электрической энергией.
Для более ясного понимания представленных данных мы подготовили детализированные схемы, иллюстрации, а также фото- и видеоинструкции.
Устройство и принцип действия солнечной батареи
На заре научного прогресса любознательные ученые обнаружили природные материалы, которые, под воздействием солнечных фотонов, способны генерировать электрическую энергию. Этот процесс назвали фотоэлектрическим эффектом, и учёные взялись за управление этим замечательным явлением на микроуровне.
На основе полупроводниковых соединений были созданы компактные электронные устройства, именуемые фотоэлементами.
Производители овладели технологией интеграции данных миниатюрных преобразователей в эффективные солнечные панели. Коэффициент полезного действия (КПД) панельных солнечных модулей из кремния, производимых массово, колеблется в пределах 18-22%.
Из представленной схемы видно, что все компоненты солнечной электростанции играют одинаково важную роль — корректный выбор каждого элемента определяет согласованное функционирование всей системы.
Солнечные батареи формируются из модулей, если использовать более точное выражение. Это конечная точка путешествия солнечных фотонов от звезды до поверхности Земли. Далее эти частицы начинают своё движение внутри электрической цепи, превращаясь в постоянный ток.
Полученная энергия распределяется между аккумуляторами или конвертируется в переменный ток с напряжением 220 вольт, необходимый для питания различных домашних электроприборов.
Солнечная батарея представляет собой сочетание последовательно соединённых полупроводниковых устройств, то есть фотоэлементов, которые преобразуют солнечную энергию в электроэнергию.
Дополнительные детали о специфике конструкции и принципе работы солнечных батарей можно найти в других популярных статьях нашего сайта.
Устройство панелей
Возрастающие цены на электроэнергию побуждают людей искать пути её экономии. В этом контексте природные источники энергии становятся отличной альтернативой. Для частного дома оптимальным решением является установка солнечных батарей, которые представляют собой альтернативную электростанцию.
На первый взгляд может показаться, что система солнечной батареи слишком громоздка, а её работа невероятно сложна. Однако, для понимания функционирования солнечных батарей имеет смысл детально ознакомиться с их структурой.
На деле, гелиосистема устроена достаточно просто и состоит из четырех основных компонентов.
- Солнечная батарея — это прямоугольная панель с множеством кремниевых пластинок. В основе солнечной батареи лежат полупроводниковые материалы. Миниатюрные преобразователи собираются в модули, которые затем интегрируются в единую систему гелиоколлектора.
- Контроллер — выполняет роль посредника между солнечными модулями и аккумуляторами. Он отслеживает уровень заряда аккумулятора и предотвращает перегрев или падение электрического потенциала, необходимого для стабильной работы всей системы.
- Инвертор — преобразует постоянный ток от солнечного модуля в переменный (220-230 вольт). Гибридный сетевой инвертор может работать как на постоянном, так и на переменном токе. Однако стоит учитывать, что для его функционирования также необходима энергия, и его затраты составляют около 30% потерь на преобразование. В пасмурные дни или ночью вся энергия будет использована из аккумуляторов, и если они разрядятся, инвертор остановит свою работу.
- Аккумулятор — преобразованная в электричество солнечная энергия не всегда используется в полном объеме, поэтому излишки могут запасаться в аккумуляторах для использования в темное время суток и в период облачной погоды.
Перед тем как приступить к выбору и установке солнечной батареи на крыше, важно разобраться в её принципах работы и произвести расчеты необходимых узлов гелиосистемы.
Технические характеристики
Фотоэлектрический преобразователь является основным элементом любой солнечной батареи.
В промышленных масштабах производят три основных типа кремниевых элементов.
- Монокристаллические – создаются с использованием искусственно выращенных кремниевых кристаллов, которые затем нарезаются на компактные пластины. Основой модуля становится очищенный кремний. Поверхность таких элементов имеет структуру, напоминающую соты, где ячейки соединяются между собой. Процесс их производства более трудоемкий и энергозатратный, что, в свою очередь, сказывается на конечной стоимости солнечных батарей. Однако монокристаллические элементы обеспечивают более высокую производительность, средний КПД составляет около 24%. Срок службы таких панелей превышает, как правило, 30 лет.
- Поликристаллические – изготавливаются из расплавленного кремния, где несколько кристаллов объединяются в рамках одного фотоэлемента. Поверхность поликристаллических солнечных батарей характеризуется неоднородностью, что приводит к снижению их способности к поглощению света и соответственно к более низкому КПД, который варьируется в пределах 20%. Их срок службы составляет 20-25 лет. Такие панели, обладая темно-синим покрытием, стоят значительно дешевле своих аналогов, что позволяет окупить систему примерно за три года.
- Тонкопленочные – имеют гибкую подложку, что делает их подходящими для монтажа на любых поверхностях с изгибами. Полупроводниковый слой наносится на поверхность методом напыления. Однако у таких систем заметный недостаток — низкий КПД, который в среднем составляет около 10%. Это означает, что для энергоснабжения дома потребуется в два раза больше тонкопленочных батарей, чем поликристаллических. Их срок службы также ниже — около 20 лет.
Плюсы и минусы
Установить солнечные батареи в своем доме может абсолютно любой желающий.
При этом у таких батарей множество преимуществ.
- Энергоэффективность – КПД варьируется в зависимости от типа солнечной батареи, но в среднем составляет от 14% до 30%.
- Солнечные батареи особенно востребованы на дачных участках. Это обусловлено несколькими факторами. Во-первых, дачи часто находятся вдали от централизованных источников электроснабжения, в районах с низкой инфраструктурной развитостью. Во-вторых, преобразование солнечных лучей в энергию наиболее эффективно в разгар дачного сезона – летом.
- Возможность расширения системы — при необходимости можно добавить новые солнечные батареи для повышения общей мощности мини-электростанции.
- Экономия – для южных регионов использование солнечной батареи для горячего водоснабжения позволяет сэкономить до 60% энергии в среднем за год: 30% зимой и 100% летом.
- Подобные системы подходят не только для частного использования, но и для коммерческих учреждений, образовательных и медицинских учреждений. Например, в промышленных цехах солнечные батареи могут служить дополнительным источником тепла для центрального отопления зимой или для подачи горячей воды в жаркое время года.
- Выгода – за оборудование необходимо заплатить только один раз, в дальнейшем система не требует вложений и технического обслуживания.
- Экологичность – это важный аспект, который касается всей планеты, так как запасы традиционных источников энергии на Земле не являются безграничными.
- Надежность – в данном случае многое зависит от правильного выбора модели и от корректной установки.
Тем не менее, несмотря на множество положительных сторон, солнечные батареи имеют один значительный недостаток: их использование оправдано в регионах с невысокой облачностью в течение года, таких, как, например, южные районы России.
Обязательно стоит отметить, что система, как правило, окупается за сравнительно короткий период и в будущем позволяет её владельцам существенно экономить. Например, исходя из текущих тарифов на электричество и дизельный топливо, можно утверждать, что солнечная система окупится в загородном доме для семьи из 5-7 человек за 3-4 года. А переход с газа может привести к оккупаемости от 8 до 10 лет.
Какие виды солнечных батарей выбрать для дачи?
Выбор типа солнечных батарей для вашего дома или дачи зависит от доступного бюджета и целого ряда других факторов.
При равных условиях и размерах, монокристаллические панели преобразуют значительно больше энергии, чем поликристаллические. Таким образом, монокристаллы возвращают вложенные инвестиции быстрее. Если финансовые возможности позволяют, рекомендуем остановить выбор на монокристаллической батарее. Этот вариант также будет максимально рациональным, если площадь, предназначенная для установки, ограничена.
Если пространство позволяет, можно рассмотреть приобретение поликристаллических панелей, которые обычно имеют более низкую цену. Это позволит вам подобрать оптимальное количество батарей для получения необходимого объема энергии. Поликристаллические панели также будут хорошим решением, если ваша задача заключается только в обеспечении энергии для питания небольших бытовых приборов или устройств.
Гибкие солнечные панели идеально подходят для установки на неровных поверхностях, а также могут быть использованы на катерах, яхтах, автодомах и даже автомобилях. При выборе оборудования предпочтительно обращаться к проверенным брендам, которые имеют хорошую репутацию на рынке. Не стоит рисковать и приобретать недорогие батареи от малоизвестных производителей.
Возможности компании REENERGO
Если вы хотите собрать солнечную электростанцию для вашего дома, но у вас нет времени вникать в тонкости устройства и принципов работы солнечных батарей, смело обращайтесь к специалистам компании REENERGO. Они помогут вам разобраться в нюансах и подберут оптимальный комплект оборудования!
Добавить комментарий Отменить ответ
Добро пожаловать в блог
Вы заглянули в блог компании REENERGO. Мы стараемся регулярно публиковать интересные и полезные статьи и новости из мира альтернативной энергетики.
Принцип работы солнечных батарей
Работа солнечных панелей включает несколько ключевых процессов:
- Поглощение фотонов солнечного света кремниевой поверхностью батареи.
- Взаимодействие этих фотонов с атомами кремния. В результате происходит отделение электронов от поверхности, что приводит к возникновению напряжения. Свободные электроны под воздействием разности потенциалов начинают двигаться, формируя электрический ток. Так как солнечная панель является полупроводником, она упорядочивает ток в одном направлении.
- Преобразование полученного электрического тока в постоянный. На этом этапе энергия накапливается в батарее и затем поставляется потребителю.
При производстве солнечных панелей используется кварцевый песок, содержащий двуокись кремния. Для очистки данного сырья применяются высокие температуры с добавлением различных химических элементов. Это обеспечивает чистоту кремния до уровня 99%, необходимого для работы батарей. Изготовление кремниевых панелей является дорогостоящим процессом, поэтому в настоящее время активно разрабатываются фотоэлементы на основе других полимерных материалов. Их КПД может достигать 30%.
Солнечные панели разнообразны по своей гибкости и твердости, что зависит от состава рабочего слоя и конструкции. Наиболее популярны сейчас гибкие модели, которые легко устанавливаются даже на вертикальные поверхности, что позволяет придавать зданиям элементы современного дизайна в стиле хай-тек.
По составу фотоэлектрического слоя различают:
- Полимерные панели (КПД 7%).
- Теллурий-кадмиевые панели, в которых используют галлий, медь, селен и индий (КПД до 15%).
- Кремниевые панели (КПД 7% в аморфной, КПД 15% в монокристаллической и КПД 13% в поликристаллической модификациях).
- Панели с арсенидом галлия.
- Органические панели.
- Комбинированные панели.
На практике чаще всего потребители выбирают самые дешевые кристаллические батареи, несмотря на их сравнительно низкую эффективность.
Как соединять солнечные батареи?
Солнечная панель – это простой источник питания, аналогичный аккумулятору или батарейке. Поэтому для них действуют те же принципы, что и для прочих источников питания. Солнечные панели можно соединять между собой последовательно, параллельно или в смешанном соединении. Более подробно о видах соединений источников питания можно узнать из соответствующей статьи.
Последовательное соединение
Вот как выглядит параллельное соединение солнечных панелей. В этом случае суммируется общий ток, оставаясь тем же напряжением.
Параллельное соединение
Если вам нужно увеличить напряжение, панели следует соединять последовательно. В таком случае напряжения, получаемые от каждой солнечной панели, будут складываться.
Последовательно-параллельное соединение
Если ваша цель — увеличить и напряжение, и ток, то соединения выполняются последовательно-параллельно.
Заключение
Использование альтернативной энергии может быть крайне полезным в ряде случаев, особенно для питания автономных устройств, таких как уличное освещение, радиопередатчики, системы GSM-сигнализаций в садах и огородах и прочие.
Если кто-то все еще сомневается в будущем солнечной энергетики, достаточно взглянуть на панели, которые способны генерировать мегаватты энергии за сутки!
Таким образом, будущее солнечной энергетики не за горами.
