Первый тип панелей дешевле, но менее эффективен, поскольку при использовании поликристаллического кремния электроны не могут двигаться по прямой линии.
Солнечные панели для коттеджей и домов: виды, принцип работы и как рассчитать солнечные системы
Наука подарила нам время, когда технология использования энергии солнца стала широко доступной. У каждого домовладельца есть возможность приобрести солнечные батареи для своего дома. Домовладельцы не отстают. Они все больше отходят от централизованных источников устойчивого энергоснабжения.
Мы предлагаем вам узнать больше о конструкции, принципах работы и расчете рабочих единиц солнечной системы. Предоставленная нами информация приблизит вас к реальности обеспечения вашей недвижимости природной энергией.
Подробные схемы, иллюстрации, фотографии и видеоинструкции облегчают понимание представленных данных.
Конструкция и работа солнечной батареи
Когда-то давно пытливые умы обнаружили природные вещества, которые вырабатывают электричество при воздействии на них частиц солнечного света – фотонов. Этот процесс был назван фотоэлектрическим эффектом. Ученые научились управлять этим микрофизическим явлением.
Они создали компактные электронные устройства – фотоэлектрические элементы – на основе полупроводниковых материалов.
Производители освоили технологию объединения миниатюрных преобразователей в эффективные солнечные панели. КПД панели солнечных модулей, изготовленных из кремния, обычно выпускаемого промышленностью, составляет 18-22%.
Из описания схемы становится ясно, что все компоненты электростанции одинаково важны – от их правильного подбора зависит слаженная работа системы
Солнечная панель собирается из модулей. Это конечный пункт назначения для фотонов, путешествующих от Солнца к Земле. Оттуда эти компоненты светового излучения продолжают свой путь внутри электрической цепи в виде частиц постоянного тока.
Они распределяются в аккумуляторах или преобразуются в переменный ток 220 В, который питает все виды бытовой техники.
Солнечная панель представляет собой совокупность полупроводниковых приборов – фотоэлементов, соединенных последовательно и преобразующих солнечную энергию в электрическую.
Более подробно об устройстве и работе солнечных панелей читайте в другой популярной статье на нашем сайте.
Где чаще всего используются солнечные панели?
Солнечные панели используются в самых разных областях. Они уже успешно используются для энергоснабжения частных и многоквартирных домов и ферм, включая освещение и обогрев теплиц, зданий, освещение заднего двора и питание электроприборов.
Чаще всего автономное питание рассматривается в следующих случаях:
- Если местность не электрифицирована, солнечные батареи для частного дома обойдутся гораздо дешевле, чем использование генераторов на жидком топливе.
- В сельской местности часто случаются перебои с электричеством, и люди буквально остаются без света. Включив автономное питание, можно долгое время жить в обычном комфорте, тем более что аккумулятор всегда подключен к солнечным панелям.
- В жилых домах солнечные модули также используются в качестве резервных, а есть проекты, предусматривающие использование солнечной энергии для нагрева воды.
Срок службы солнечных панелей
Как правило, в документации на оборудование указывается срок годности от 20 до 25 или даже 30 лет. Однако многие единицы оборудования продолжают работать даже после истечения срока, указанного производителями. Например, первая в мире солнечная батарея работает уже более 60 лет, и за эти годы технология ее производства значительно усовершенствовалась.
Единственный очевидный недостаток – снижение эффективности оборудования при длительной эксплуатации, но эти цифры ничтожно малы: не более 10% за 10 лет.
Следуя простым рекомендациям, можно продлить срок службы солнечных панелей:
- Не допускайте физических повреждений, таких как падение деревьев, порывы ветра и царапины на чувствительных компонентах. Последние влияют на работоспособность устройства.
- Проводите регулярное техническое обслуживание: уход и чистку.
- При необходимости устанавливайте ветрозащитные конструкции.
Солнечные панели для частных домов (сборные комплекты) включают следующие компоненты системы: батареи и силовую электронику. Срок службы первых составляет от 2 до 15 лет, вторых – от 5 до 20 лет, в зависимости от характеристик, интенсивности использования и тщательного ухода.
Виды панелей и их преимущества
Давайте разберемся, из чего состоят солнечные панели. Первый фотоэлемент был изготовлен с использованием селена. Но полученные фотоэлементы обладали очень высокой химической активностью и быстро старели. Кроме того, их КПД был смешным – всего 1%. В поисках замены попробовали использовать кристаллический кремний. Но этот элемент является диэлектриком. Поэтому, чтобы сделать его проводящим, пришлось добавлять различные редкоземельные металлы.
В настоящее время существует три типа кремниевых фотоэлементов:
- монокристаллический;
- поликристаллический;
- аморфный.
Для каждого из этих типов используется свой производственный процесс. В первом случае кремниевые слитки проходят самую высокую степень рафинирования. Только после этого с них срезаются тончайшие слои. На последнем этапе получаются темно-синие стеклянные пластины с четкой сеткой электродов на поверхности.
Монокристаллические солнечные элементы имеют самый высокий КПД – 19%. Срок их службы рассчитан на 50 лет. Любая кремниевая ячейка со временем теряет эффективность. В этом случае лидируют аморфные элементы. Но монокристаллы делают это очень медленно. Батареи, построенные из них 40 лет назад, работают до сих пор и сохраняют 80% своей первоначальной эффективности.
Если вы подключите солнечные панели с поликристаллическими фотоэлементами для питания своего дома, вам придется заменить их через 25 лет. КПД такого устройства, хотя и ниже, чем у монокристаллического, но все равно достаточно хорош – 15%. Снижение эффективности связано с тем, что в данном случае используется более дешевый кремний. И он не такой чистый. Поэтому производимые пластины имеют более яркий рисунок, создающий границы между кристаллами.
Фотоэлектрические элементы и их заменители
Отечественные солнечные батареи неизбежно будут уступать тем, которые производят промышленные предприятия. Даже при использовании самых лучших материалов. Дело в том, что производители наладили тщательный отбор фотоэлементов, отсеивая все с малейшим занижением характеристик.
Для защиты модульных ячеек используется специальное стекло. Оно обладает максимальной светопропускной способностью. Однако его отражающая составляющая снижена. Такой материал просто недоступен в торговых сетях.
Но самый важный ингредиент – это лаборатория. Прежде чем образец попадает в массовое производство, он проходит через различные математические модели. Совершенствуется система отвода тепла, снижается зависимость производительности от нагрева. Также ведутся поиски оптимального сечения соединительных рельсов и способов снижения деградации фотоэлектрического элемента.
А пока самодельные солнечные панели имеют право на жизнь. За исключением слишком узкого места, домашняя солнечная панель не так уж плоха по своим характеристикам. А ценовое преимущество более чем двукратное. Самое главное – найти наиболее подходящие фотоэлементы.
О пленочных элементах, безусловно, не может быть и речи, даже для тех, кто не стеснен в средствах. Их просто нет в продаже. Аморфные не стоит рассматривать. Слишком низкая производительность и быстрая деградация не оправдывают даже низкой цены. Поэтому основное внимание следует уделить кристаллическому кремнию. И начинать следует с более дешевых поликристаллов. Помимо оправданной экономии, есть еще одна причина для такого выбора. Для работы с монокристаллическим кремнием требуется много навыков.
Сегодня продукция из кристаллического кремния уже широко представлена на рынке. Помимо крупных производителей, в нашей стране существует множество небольших компаний, которые продают как готовую продукцию, так и ее компоненты. Другое дело, что продукция не всегда бывает качественной, но цена все равно завышена.
Преимущества и недостатки
Основными преимуществами солнечных батарей являются:
- солнечная энергия совершенно бесплатна
- они производят экологически чистую электроэнергию;
- быстрая окупаемость;
- простой монтаж и принцип работы.
- высокая стоимость;
- достаточно большая площадь фотоэлектрических элементов для удовлетворения потребностей в электроэнергии небольшой семьи;
- эффективность значительно снижается в пасмурную погоду.
Как добиться максимальной эффективности
Приобретая солнечные панели для дома, важно выбрать конструкцию, которая сможет обеспечить достаточное количество электроэнергии для вашего дома. Производительность солнечных панелей в облачную погоду составляет около 40 ватт на квадратный метр в час. Фактически, в облачную погоду световой поток на уровне земли составляет около 200 ватт на квадратный метр, но 40% солнечного света – это инфракрасное излучение, к которому солнечные панели не восприимчивы. Стоит также помнить, что КПД батарей редко превышает 25%.
Иногда энергия интенсивного солнечного света может достигать 500 Вт на квадратный метр, но при расчетах стоит учитывать минимальные значения, которые сделают автономную энергосистему бесперебойной.
Солнце светит в среднем девять часов каждый день, исходя из среднегодового показателя. За один день один квадратный метр площади инвертора способен выработать 1 киловатт электроэнергии. Если жильцы дома потребляют около 20 киловатт электроэнергии в день, минимальная площадь солнечных панелей должна составлять около 40 квадратных метров.
На практике, однако, это редко бывает так. Обычно жильцы используют до 10 кВт в день.
Что касается того, работают ли солнечные панели зимой, стоит помнить, что в это время года продолжительность светового дня значительно сокращается, но если система оснащена эффективными аккумуляторами, то получаемой в течение дня энергии должно быть достаточно, учитывая наличие резервной батареи.
При выборе солнечной батареи обратите внимание на емкость аккумулятора. Если вам нужны солнечные панели, работающие в ночное время, емкость резервной батареи играет ключевую роль. Устройство также должно выдерживать частую зарядку.