Принцип работы солнечной батареи

Солнечные батареи для дома и личного пользования

Солнечные батареи для дома и личного пользования - изображение 1 - изображение 1

Использование солнечной энергии для обеспечения жизненных потребностей в 21 веке является актуальным вопросом не только для корпораций, но и для населения. Теперь использование солнечных батарей для получения экологической электроэнергии привлекает много людей своей доступностью, автономностью, неиссякаемостью и минимальными вложениями. Теперь эти явления настолько привычны и обыденны, что уже давно прочно обосновались в нашу каждодневную жизнь.

Данный источник электроэнергии используется для освещения, функционирования бытовых электроприборов и отопления. Уличные фонари на солнечных батареях используются повсеместно в городской черте, на дачных участках и территориях загородных коттеджей.

Содержание

  • Принцип действия солнечных батарей
  • Установка солнечных панелей
  • Солнечные батареи своими руками

Принцип работы солнечной батареи

Содержание - фото 2 - изображение 2

Устройство предназначено для непосредственного преобразования лучей солнца в электричество. Этот действие называется фотоэлектрическим эффектом. Полупроводники (кремневые пластины), которые используются для изготовления элементов, обладают положительными и отрицательными заряженными электронами и состоят их двух слоев n-слой (-) и р-слой (+). Излишние электроны под воздействием солнечного света выбиваются из слоев и занимают пустые места в другом слое. Это заставляет свободные электроны постоянно двигаться, переходя из одной пластины в другую вырабатывая электричество, которое накапливается в аккумуляторе.

Принцип работы солнечной батареи - фотография 3 - изображение 3

Как работает солнечная батарея, во многом зависит от ее устройства. Первоначально фотоэлементы изготавливались из кремния. Они и сейчас очень популярны, но поскольку процесс очистки кремния достаточно трудоемок и затратен, разрабатываются модели с альтернативными фотоэлементами из соединений кадмия, меди, галлия и индия, но они менее производительны.

КПД солнечных батарей с развитием технологий вырос. На сегодняшний день это показатель возрос от одного процента, который регистрировался в начале столетия, до более двадцати процентов. Это позволяет в наши дни использовать панели не только для обеспечения бытовых нужд, но и производственных.

Технические характеристики

Устройство солнечной батареи довольно простое, и состоит из нескольких компонентов:

  • Непосредственно фотоэлементы / солнечная панель;
  • Инвертор, преобразовывающий постоянный ток в переменный;
  • Контроллер уровня заряда аккумулятора.

Установка солнечных батарей - фото 4 - изображение 4

Аккумуляторы для солнечных батарей купить следует с учетом необходимых функций. Они накапливают и отдают электроэнергию. Запасание и расход происходит в течение всего дня, а ночью накопленный заряд только расходуется. Таким образом, происходит постоянное и непрерывное снабжение энергией.

Чрезмерная зарядка и разрядка батареи укорачивает ее эксплуатационный срок. Контроллер заряда солнечной батареи автоматически приостанавливают накопление энергии в аккумуляторе, когда он достиг максимальных параметров, и отключают нагрузку устройства при сильной разрядке.

Солнечная батарея своими руками - изображение 5 - изображение 5

(Tesla Powerwall - аккумулятор для солнечных панелей на 7 КВт - и домашняя зарядка для электромобилей)

Сетевой инвертор для солнечных батарей является самым важным элементом конструкции. Он преобразовывает полученную от солнечных лучей энергию в переменный ток различной мощности. Являясь синхронным преобразователем, он совмещает выходное напряжение электрического тока по частоте и фазе со стационарной сетью.

Фотоэлементы могут соединяться как последовательно, так и параллельно. Последний вариант увеличивает параметры мощности, напряжения и тока и позволяет устройству работать, даже если один элемент потеряет функциональность. Комбинированные модели изготовлены с использованием обеих схем. Эксплуатационный срок пластин около 25 лет.

Установка солнечных батарей

Если конструкции будут использоваться для электрообеспечения жилых пространств, то место установки следует выбирать тщательно. Если панели будут загорожены высотными зданиями или деревьями, то трудно будет получить необходимую энергию. Их необходимо разместить там, где поток солнечных лучей максимален, то есть на южную сторону. Конструкцию лучше установить под наклоном, угол которого равен географической широте месторасположения системы.

Солнечные батареи принцип работы - фотография 6 - изображение 6

Солнечные панели должны размещаться таким образом, чтобы хозяин имел возможность периодически очищать поверхность от пыли и грязи или снега, поскольку это приводит к более низкой способности выработки энергии.

Солнечная батарея своими руками

Те, кто хочет сэкономить, задумываются, как сделать солнечную батарею в домашних условиях самостоятельно, чтобы она обладала необходимыми эксплуатационными параметрами и полностью обеспечивала энергетические потребност. Это особенно актуально для мест отдаленных от главных артерий цивилизации.

История открытия солнечных батарей - изображение 7 - изображение 7

Солнечные батареи своими руками в домашних условиях изготавливаются из соответствующих элементов, которые можно купить в открытом доступе в специализированных компаниях или через интернет магазины. Если кремниевые пластины должны приобретаться у производителей, то остальные элементы, такие как лента, рамка, пленка, стекло, припой и прочее можно вполне обнаружить и дома в хозяйстве.

Солнечная батарея своими руками из подручных средств изготавливается некоторыми умельцами из медных листов, зажимов, мощных электроплит, соли и из других материалов. Такие кустарные устройства не смогут полностью обеспечить необходимой электроэнергией и могут использоваться лишь в небольших масштабах.

Лучше всего солнечные батареи купить у производителя, поскольку они обладают гарантией и необходимыми функциональными и эксплуатационными параметрами, и, значит, не подведут. Производство солнечных батарей базируется на применении новейших технологий, которые постоянно развиваются, предлагая более усовершенствованные модели. В зависимости от размеров устройств, они могут использовать для различных целей в местах, где нет снабжения электроэнергией. Они встречаются на калькуляторах, часах, различных мобильных устройствах.

Так, например, рюкзак с солнечной батареей будет незаменимым помощником тех, кто любит путешествовать с комфортом. Он накопит достаточно энергии, чтобы зарядить фонарик для освещения туристической палатки или чтобы во время похода заряжать необходимые гаджеты. Судя по отзывам, солнечные батареи используются часто и с удовольствием для удовлетворения разнообразных нужд не только на природе, но и в быту.

Современные устройства со встроенными солнечными модулями

  • Power bank с солнечной батареей – внешний накопитель с фотоэлементами для преобразования солнечных лучей в заряд аккумулятора. Он обладает несколькими портами и предназначен для зарядки смартфонов или планшетов. Это незаменимое устройство для тех кто, много времени тратят в дороге и пользуются гаджетами. Устройство, зависимо от модели может дополняться различными функциями, как, к примеру, фонариком.

    Принцип работы и устройство солнечной батареи - фото 8 - изображение 8

  • Робот конструктор – наборы с различными элементами, из которых можно собрать несколько конструкций, которые двигаются автономно. Это лучшая игрушка для любознательных детей. Робот конструктор на солнечной батарее купить интересно будет не только малышам, но и вполне взрослым дяденькам, поскольку захватывающим является не только движение робота, но и сам процесс сборки.

    Типы солнечных батарей - изображение 9 - изображение 9

  • Уличные садовые светильники на солнечных батареях – идеальное решение для сада, огорода или приусадебного участка. Благодаря накопленному заряду они будут светиться всю ночь. Для этого не нужно прокладывать специальную проводку. Их можно брать с собой на рыбалку или семейный поход. Чрезвычайная мобильность, компактность и удобство делают фонари самыми востребованными изделиями на солнечных батареях.

Возможности эксплуатации настолько разнообразны, а технологии так быстро развивается, что скоро солнечные модули охватят все сферы жизни современного человека.

Nissan Leaf купили более 400 000 человек во всем миреmbhn.ruAston Martin представил электрический внедорожник Lagondambhn.ruAudi представил электрический внедорожник Q4 e-tronmbhn.ruЭто дрон. Это танк. Это X-Tankcopter!mbhn.ruBMW говорит, что станет победителем в гонке электромобилей и автономного вожденияmbhn.ruAudi представил дизайн нового электромобиля Q4 e-tronmbhn.ruGM и Amazon думают проинвестировать в электрический пикап от Rivianmbhn.ruGM отходит от гибридов и сосредотачивается на полностью электрических автоmbhn.ru

Солнечные батареи принцип работы

Области применения солнечных панелей - фотография 10 - изображение 10

Приборы, служащие для преобразования электроэнергии из солнечных лучей, в народе называют солнечными батареями. По сути, такие электрогенераторы работают пока светит солнце, а значит такой источник энергии является практически неиссякаемым.

История открытия солнечных батарей

Преимущества и недостатки солнечных источников энергии - фотография 11 - изображение 11

Александр Эдмон Беккерель

В XIX веке (1839 год) в возрасте 12 лет, французский естествовед Александр Эдмон Беккерель увидел фотогальванический эффект, трудясь в лаборатории своего отца Антуана Беккереля. Суть эффекта состоял в том, что при освещении платиновых пластин, находящихся в растворе электролита, гальванометр зарегистрировал появление ЭДС (электродвижущая сила). Взяв за основу этот эффект, Беккерель спроектировал актинограф — прибор для регистрации интенсивности света.

Устройство и принцип работы солнечной батареи: схема и комплектующие, история создания - фото 12 - изображение 12

Уиллоуби Смит

Дальнейшим шагом на пути к солнечным батареям стало открытие фотопроводимости селена. Его осуществил Уиллоби Смит, английский инженер-электрик, занимавшийся разработкой изоляции подводных кабелей. В 1873 году он обнаружил, что электрическое сопротивление серого селена сильно «прыгает» от замера к замеру. Оказывается электропроводность стержней из селена стремительно возрастает при попадании на света. А в 1883 году американец Чарльз Фритс произвел первый фотоэлемент из тонкого слоя селена, находящийся между пластинами золота и меди.

Изобретение - фотография 13 - изображение 13

Генрих Герц

Немецкий физик Генрих Герц в 1887 году выявил влияние солнечного излучения на электрический разряд. Смотря одновременно 2 разряда, Герц отметил, что яркая вспышка света от электрической искры 1-го разряда повышает длительность другого разряда.

Как устроена - изображение 14 - изображение 14

Александр Григорьевич Столетов

В 1888 году наш земляк Александр Григорьевич Столетов изучил, как разряжается под воздействием освещения отрицательно заряженный цинковый электрод и как данный процесс зависит от интенсивности света.

Благодаря работам английского физика Джозефа Томсона в 1899 году и немецкого физика Филиппа Ленарда в 1900 году было подтверждено, что свет, попадая на металлическую поверхность, выбивает из неё электроны, вызывая возникновения фототока. Но целиком понять естество данного явления получилось в 1905 году, когда Альберт Эйнштейн предоставил его разъяснение с позиции квантовой теории.

Сила тока - изображение 15 - изображение 15

Джозеф Томсон (слева) и Филипп Ленард (справа)

Обширное применение солнечных модулей началось с 1946 года, после того как работы по увеличению производительности приборов были запатентованы. А в 1957 году солнечные батареи уже были запущены в космическое пространство в составе искусственного спутника земли. Данный полет продемонстрировал, что работа солнечных батарей способна не только обеспечивать энергией спутники, а считается единственным возможным источником питания для бесперебойной работы таких автономных устройств в космосе.

Принцип работы и устройство солнечной батареи

Элементы для улучшения работы - фото 16 - изображение 16

Устройство и принцип действия солнечной батареи

На сегодняшний день солнечные преобразователи производятся в большинстве случаев из кремния. Отличают 2 вида передовых технологий, на базе которых функционируют батареи: поликристаллическая и монокристаллическая.

Поликристаллическая по стоимости ниже, благодаря чему не особо эффективная технология.

Монокристаллическая по стоимости выше, цена которой зависит от трудозатратной технологии изготовления, а точнее выращивания монокристаллов. Она предоставляет больше количества электроэнергии и срок службы ее существенно больше. Благодаря этому, монокристаллический солнечный модуль является наиболее лучшим для использования его в повседневной жизни.

Работа солнечного элемента сопряжена с его устройством. Состоит он из кремниевых наружных пластин, с различными свойствами проводимости, и внутреннего слоя чистого монокристаллического кремния. Внутренний слой имеет установленную дырочную проводимость. Один из наружных проводников тоньше противоположного слоя и покрыт особым слоем, образующим цельный металлический контакт.

При попадании на один из наружных слоев солнечного света создается фотогальванический эффект, что приводит к формированию в этом слое свободных электронов. Данные частицы получают вспомогательную энергию и способны преодолеть внутренний слой элемента, который в данном случае именуется барьером. Чем больше объем солнечного света, тем сильнее происходит процесс прохождения или перепрыгивания электронов от одной наружной пластины к другой, минуя внутреннюю перегородку. При замыкании наружных пластин возникает напряжение. Та пластина, которая усиленно отдает частицы, создает в себе так называемые дырки, обретает знак минус, а которая принимает, обретает знак плюс.

Типы солнечных батарей

На сегодняшний день на рынке присутствуют 5 видов солнечных батарей в которых используются разные материалы и фотоэлементы.

Максимальную известность приобрели солнечные батареи из поликристаллических фотоэлементов. Результативность подобных панелей обычно составляет 12-14 %.

Преимущества и недостатки - фотография 17 - изображение 17

Поликристаллическая солнечная батарея

Панели из монокристаллических фотоэлементов характеризуются наиболее большим коэффициентом полезного действия (14-16 %). Подобные панели немножко дороже, нежели панели из поликристаллического кремния. Так же фотоэлементы выполнены в виде многоугольника и из-за этого не целиком наполняют пространство солнечной батареи, что приводит к наиболее низкой производительности всей батареи по отношению к одной ячейки фотоэлемента.

Использование солнечной энергии в мире - изображение 18 - изображение 18

Монокристаллическая солнечная батарея

Солнечные батареи из аморфного кремния располагают минимальной результативности (6-8 %), однако в то же время обладают низкой себестоимостью производимой энергии.

Солнечная батарея: устройство и принцип работы - фотография 19 - изображение 19

Солнечная батарея из аморфного кремния

Солнечные батареи на основе Теллурид Кадмия (CdTe) внешне изображают тонкопленочную технологию изготовления солнечных панелей. Полупроводниковые слои покрывают панель толщиной всего в несколько сотен микрон. Разработка считается наименее опасным для окружающей среды. Результативность солнечных батарей CdTe составляет примерно 11-12 %.

Что потребуется для преобразования солнечной энергии? - фото 20 - изображение 20

Солнечная батарея на основе Теллурид Кадмия (CdTe)

Солнечные батареи в составе которых присутствуют смеси Индия, Галлия, Меди, Селена (CIGS) так же считаются тонкопленочной технологией изготовления фотоэлементов. Эффективность колеблется примерно от 10 до 15 %. Такая технология не особо распространена на рынке, но весьма быстро развевается.

Как работает солнечная батарея? - фотография 21 - изображение 21

Солнечные батареи на основе смеси Индия, Галлия, Меди, Селена (CIGS)

Области применения солнечных панелей

  • Портативная электроника. Для снабжения электричеством и(или) подзарядки аккумуляторных батареи разной бытовой электроники.
  • Электромобили. Подзарядка автотранспорта.
  • Авиация. Разработка самолета, использующего только энергию солнца.
  • Энергообеспечение зданий. Электроснабжение дома, за счет размещения крупных солнечных батарей на крышах.
  • Энергообеспечение населённых пунктов. Создание солнечных электростанций.
  • Дорожное покрытие. Дороги, покрытые солнечными панелями, для освещения их же в ночное время.
  • Использование в космосе. Электроснабжение космических аппаратов.
  • Использование в медицине. Внедрение под кожу миниатюрную солнечную батарею для обеспечения работы приборов, имплантированных в тело.

Преимущества и недостатки солнечных источников энергии

Преимущества:

  • Экологически чистая энергия;
  • Неисчерпаемость и постоянство солнечной энергии;
  • Минимум обслуживания;
  • Длительный срок службы;
  • Доступность;
  • Экономичность;
  • Большая область применения.

Недостатки:

  • Высокая цена панелей;
  • Нерегулярность из-за погодных условий;
  • Высокая цена аккумуляторных батарей для аккумулирования энергии;
  • Для большей мощности необходимо устанавливать большие площади солнечных панелей.

Солнечные батареи для дома: составные элементы, принцип работы, виды, преимущества и недостатки использования, монтаж - фото 22 - изображение 22

Таким образом, анализируя все вышеупомянутое, можно отметить, что в данный момент получить выгоду от солнечной энергии могут лишь достаточно богатые собственники загородных домов. Они могут без проблем дождаться того этапа, когда батареи окупят себя.

Устройство и принцип работы солнечной батареи: схема и комплектующие, история создания

Посмотрите видео как собрать солнечную батарею своими руками - фото 23 - изображение 23

Уже почти два века человечество напряжённо думает, где и как достать необходимое количество электрической энергии для своих многочисленных изобретений и возрастающих потребностей.

За это время появились могучие электростанции, масштабные ГЭС, сила расщеплённого атома и мощь бурных рек пришла на помощь человечеству.

Особенно стремительно развиваются в различных регионах Земли в последние десятилетия такие альтернативные источники энергии, как ветровые станции и солнечные батареи.

Учитывая, что угасание Солнца ожидается лишь через 4-5 млрд. лет, такой источник энергии, как солнечные батареи можно считать неисчерпаемым. Поговорим о нём. Что это такое, откуда взялось и как устроено.

Содержание

  • 1 Изобретение
  • 2 Как устроена
  • 3 Сила тока
  • 4 Элементы для улучшения работы
  • 5 Преимущества и недостатки
  • 6 Использование солнечной энергии в мире

Изобретение

Составные элементы солнечных батарей - фотография 24 - изображение 24

Устройство и принцип работы солнечной батареи: схема и комплектующие, история создания

Инсолятор О. МушоПервым, кто смог экспериментально обнаружить взаимодействие между светом и электрической энергией, был знаменитый немецкий физик Генрих Герц. Также известно, что явление, аналогичное открытому позднее фотоэффекту наблюдал и исследовал в 1839 г. Эдмон Беккерель. Он сумел выяснить, что ультрафиолет значительно способствует возникновению и прохождению разряда между двумя проводниками электрической энергии. Однако, проведя ряд экспериментов, Герц не стал больше развивать эту тему. Первую в мире, работоспособную схему по выработке и передаче электрической энергии с применением лучей света произвёл русский учёный из Москвы Александр Столетов. Он создал прообраз первого в мире фотоэлемента. Француз Огюст Мушо в конце позапрошлого столетия сумел создать систему, при которой сфокусированные и преобразованные солнечные лучи приводили в движение печатную машину.

Принцип работы солнечной батареи - фото 25 - изображение 25

Устройство и принцип работы солнечной батареи: схема и комплектующие, история создания

Развитие исследований по преобразованию солнечной энергии в электрическую в 20 веке ознаменовалось работой А. Эйнштейна по открытию фотоэффекта (явление отрывания заряженных частиц от поверхности некоторого вещества, находящегося под действием другого вещества или света).Это привело к появлению первых фотоэлементов на основе селена (Se – 34), а затем и таллия (Tl – 81). В 1930 гг. учёными-физиками Академии наук СССР был создан медно-таллиевый (Cu-Tl) фотоэлемент с наибольшим для тех времён КПД в 1%.Появившиеся позднее фотоэлементы на основе Кремния (Si-14) имели в 6 раз больший КПД. В 1953 г. была разработана первая в мире солнечная батарея. Спустя всего 5 лет учёные СССР установили первые солнечные батареи на искусственный спутник Земли №3.

Виды солнечных батарей - фото 26 - изображение 26

Устройство и принцип работы солнечной батареи: схема и комплектующие, история создания

Третий искусственный спутник Земли (СССР, 15 мая 1958 г.) с солнечными батареями.В 1970-х гг. прошлого века учёные выяснили, что полупроводники лучше многих металлов образуют электрический ток из света. С тех пор появилось множество новых видов и материалов для производства солнечных батарей.Именно открытие фотоэффекта, произведённое А. Эйнштейном, и привело к возникновению и развитию индустрии солнечных батарей.

Как устроена

Параметры установок - фото 27 - изображение 27

Устройство и принцип работы солнечной батареи: схема и комплектующие, история создания

Система СБИтак, солнечная батарея – система взаимосвязанных элементов, структура которых позволяет, используя принцип фотоэффекта, преобразовывать попадающий на них под определённым углом солнечный свет в электрический ток. Система, преобразующая солнечный свет в электрическую энергию состоит из следующих комплектующих элементов:

  1. Материал-полупроводник (плотно совмещённые два слоя материалов с разной проводимостью). Это может быть, например, монокристаллический или поликристаллический кремний с добавлением других химических соединений, позволяющих получить нужные для возникновения фотоэффекта свойства. Для возникновения перехода электронов из одного материала в другой необходимо, чтобы один из слоёв имел избыток электронов, а другой – их недостаток. Переход электронов в область с их недостатком называют p-n переходом.
  2. Тончайший слой элемента, противостоящего переходу электронов (размещается между этими слоями).
  3. Источник электропитания (если его подключить к противостоящему слою, электроны смогут легко преодолевать эту запорную зону). Так возникнет упорядоченное движение зараженных частиц, именуемое электрическим током.
  4. Аккумулятор (накапливает и сохраняет энергию).
  5. Контроллер заряда.
  6. Инвертор-преобразователь (преобразование получаемого от солнечной батареи постоянного электрического тока в переменный ток).
  7. Стабилизатор напряжения (предназначен для создания напряжения нужного диапазона в системе солнечной батареи).

Преимущества использования солнечных батарей - фото 28 - изображение 28

Устройство и принцип работы солнечной батареи: схема и комплектующие, история создания

Схема работы солнечной панелиФотоны света (солнечный свет), попадающие на поверхность полупроводника при столкновении с его поверхностью передают свою энергию электронам полупроводника. Выбитые вследствие удара из полупроводника электроны преодолевают защитный слой, имея дополнительную энергию. Таким образом, отрицательные электроны покидают p-проводник, переходя в проводник n, положительные – наоборот. Такому переходу способствуют существующие в проводниках на тот момент электрические поля, которые в последствие увеличивают силу и разность зарядов (до 0.5 В в небольшом проводнике).Намереваясь приобрести солнечную батарею или изготовить её, тщательно просчитайте:

  • стоимость такой батареи и необходимого оборудования;
  • необходимое вам количество электрической энергии;
  • количество необходимых вам батарей;
  • число солнечных дней в году в вашем регионе;
  • необходимую вам площадь для установки солнечных батарей.

Сила тока

Сила электрического тока в солнечном элементе зависит от таких факторов, как:

  • Недостатки использования солнечных батарей - фото 29 - изображение 29

    Устройство и принцип работы солнечной батареи: схема и комплектующие, история созданияколичество света, попавшего на поверхность элемента;
  • интенсивность излучения источника света;
  • площадь принимающего фотоны элемента;
  • угол падения света на принимающий элемент;
  • время эксплуатации элемента;
  • КПД системы (в настоящее время у самых передовых аналогов он составляет не более 24%. О КПД солнечных батарей Вы можете прочитать в этой статье.);
  • температура окружающего воздуха (чем выше она, тем больше у элемента сопротивление).

Элементы для улучшения работы

Примерная стоимость батарей - изображение 30 - изображение 30

Устройство и принцип работы солнечной батареи: схема и комплектующие, история создания

СБ на солнечном трекереДля организации более эффективной работы фотоэлементов в конструкции солнечной батареи используют диод Шоттки. Он представляет собой диод полупроводникового типа, который имеет меньше по сравнению с другими конструкциями падение напряжения при включении напрямую. Он работает на основе использования перехода p-n типа в среде “металл-проводник”. Сравнение с кремниевыми диодами показывает, что прямое напряжение снижается в среднем с 0,65 В до 0,35 В, что способствует росту КПД системы.Для более эффективного попадания солнечного света на поверхность батареи разработано и используется специальное устройство – солнечный трекер. Данное устройство предназначено для слежения за движением Солнца и поворота солнечной панели (батареи) таким образом, чтобы на её поверхность попадало как можно больше солнечных лучей (оптимизация угла падения лучей).Для более рационального соединения двух и более панелей солнечных батарей и получения нужного сопротивления в такой системе используются специальные сертифицированные коннекторы, например МС4 Т (male+female).

Преимущества и недостатки

Положительными чертами данного вида выработки энергии являются:

  • Монтаж солнечной батареи - изображение 31 - изображение 31

    Устройство и принцип работы солнечной батареи: схема и комплектующие, история созданияэкологичность (не загрязняет окружающую среду);
  • долговечность (при бережном использовании фотоэлементы прослужат несколько десятков лет);
  • достаточно простой принцип работы.

Минусами системы являются:

  • сложность сборки самой системы и наладки её работы;
  • низкий КПД (требуется очень большая площадь солнечных батарей для обеспечения нужд даже небольшой семьи. Для 3-4 чел, потребляющих 200 Кв в месяц, нужно 12-15 кв. метров батарей);
  • достаточно высокая стоимость и низкая окупаемость системы.

Использование солнечной энергии в мире

Как работает солнечная батарея? Виды и устройство. - фотография 32 - изображение 32

Устройство и принцип работы солнечной батареи: схема и комплектующие, история создания

Комплекс солнечных батарей в ГерманииМногие государства всерьёз задумались о масштабном производстве и использовании солнечной энергии. Лидерами по производству энергии с помощью солнечных батарей являются США, Япония и Германия. Производство солнечной энергии получает своё развитие и в России. В настоящее время в РФ уже построено следующее количество установок по производству солнечной энергии:

  • Краснодарский край – 46 ед.;
  • Дагестан – 8 ед.;
  • Ставропольский край – 2 ед.;
  • Бурятия, Хабаровский край, Костромская область – по 1 ед.

Бурное развитие данной отрасли во всем мире оставляет надежду на то, что в будущем этот неисчерпаемый источник экологичной энергии станет основным для населения планеты.Смотрите видео, в котором подробно рассказывается об устройстве и производстве солнечных панелей:

Солнечная батарея: устройство и принцип работы

Виды солнечных панелей - изображение 33 - изображение 33

Совсем недавно, когда мы ещё ходили в школу, солнечная батарея для выработки электричества казалась чем-то фантастическим. Нам казалось, что их можно использовать только на космических кораблях. Но прошло 20─25 лет и солнечные батарейки не только появились в часах и калькуляторах, но и уже способны обеспечивать электроэнергией частные дома и дачи. А современные солнечные электростанции могут обеспечивать электроэнергией небольшие городки. Широкое распространение солнечные батареи получили европейских странах, США, Израиле и других регионах с высокой солнечной инсоляцией. И их использование уже даёт существенную экономию электроэнергии и горячего водоснабжения.  

Что потребуется для преобразования солнечной энергии?

Солнечная энергия может быть преобразована в тепловую и электрическую. Самые первые шаги в использовании энергии солнца человек сделал именно в направлении получения тепла. Можно сказать, что в этом случае и преобразования нет. Принцип работы прост. Он заключается в сборе солнечного тепла. Поэтому и устройства для этого называются солнечные коллекторы. Принцип работы таких установок заключается в сборе тепла с помощью абсорбера и передачи его теплоносителю. В качестве последнего выступает вода или воздух. Такие установки часто используются для отопления и горячего водоснабжения частных домов. Второй вариант использования солнечной энергии – это преобразование её в электричество. [caption id="attachment_5718" align="aligncenter" width="300"]

Устройство солнечной батареи - фото 34 - изображение 34

Фотоэлектрический элемент[/caption] Растения на нашей планете уже миллионы лет преобразуют солнечную энергию химических связей. В результате этого процесса, называемого фотосинтезом, получается глюкоза. Принцип работы фотосинтеза человеку известен уже давно. Подробнее о том, как организмы используют солнечную энергию, читайте по указанной ссылке.

В этом материале речь у нас пойдёт о получении электричества с помощью солнечных батарей. Для этого используются фотоэлектрические элементы. Это полупроводники на основе кремния, которые вырабатывают постоянный электрический ток под действием света. В качестве материала для фотоэлементов используются соединения кремния с кадмием, медью, индием. Кроме того, они могут отличаться технологией изготовления.
  • Монокристаллические;
  • Поликристаллические;
  • Аморфные.

Фотоэлектрические панели из монокристаллов кремния считаются наиболее эффективными и имеющими высокий КПД. Фотоэлементы из поликристаллического кремния стоят дешевле и имеют самую низкую стоимость получения ватта электроэнергии. Есть также фотоэлектрические элементы на базе аморфного кремния. Из них делают гибкие солнечные панели. Выпускаются они из аморфного кремния. Производство таких элементов проще, чем моно и поликристаллов. В результате цена ниже, но КПД оставляют желать лучшего (5─6%). Кроме того, панели из аморфного кремния имеют меньший срок службы, чем предыдущие два типа. Чтобы увеличить эффективность работы элементов, в кремний добавляют медь, селена, галлий, индий. [caption id="attachment_5720" align="aligncenter" width="300"]

Виды кристаллов фотоэлементов - фотография 35 - изображение 35

Фотоэлементы в солнечной батарее[/caption] Фотоэлектрические элементы объединяются в солнечную батарею. Как правило, число фотоэлементов в батарее кратно 36, но есть и другие варианты. Помимо солнечной батареи в состав гелиосистем входят и другие устройства для того, чтобы накапливать и распределять электроэнергию. В частности, это:

  • Аккумулятор (один или несколько);
  • Инвертор (преобразует напряжение из 12 или 24 в 220 вольт);
  • Контроллер для управления зарядом-разрядом аккумулятора и подачи питания в сеть.

https://www.youtube.com/watch?v=6vkd8vA1uk8 По назначению можно выделить две большие группы устройств. Солнечные батареи малой мощности (до десяти ватт) применяются в мобильных гаджетах или power bank для зарядки. Системы больше мощности используются для электрификации частных домов и дач. Они обычно располагаются на крышах и фасадах домов, реже на участках рядом с домом. Есть устройства, которые позволяют отслеживать солнце и менять угол наклона в зависимости от его положения. Теперь посмотрим, как работает солнечная батарея и от чего зависит эффективность её работы. [caption id="attachment_5721" align="aligncenter" width="300"]

Принцип работы солнечной батареи - фото 36 - изображение 36

Принцип работы солнечной батареи[/caption]  

Как работает солнечная батарея?

Солнечная энергия преобразуется в последовательно подключённых фотоэлементах. Рассмотрим принцип работы солнечной батареи на уровне фотоэлектрических элементов. Основой фотоэлемента является кристалл кремния. Соединения кремния очень распространены в природе. Самый известный – это оксид кремния или песок. Кристалл кремния можно упрощенно назвать большой песчинкой. Кристаллы выращиваются искусственно в лабораторных условиях. Обычно их получают кубической формы, а затем на пластины. Толщина этих пластин всего 200 микрон. Это в 3─4 раза толще волоса человека. [caption id="attachment_5722" align="aligncenter" width="298"]

Преимущества и недостатки - фото 37 - изображение 37

Принцип работы фотоэлемента[/caption] На полученные пластины кремния нанесён с одной стороны слой бора, а с другой ─ фосфора. В местах контакта кремниевой пластины с бором имеется избыток электронов. На другой стороне по границе кремниевой пластины с фосфором недостаёт электронов. Там образуются «дырки», как их принято называть. Такую стыковку границ с избыточным количеством электроном и их недостатком называют p-n переходом.

При попадании солнечного света на фотоэлементы батареи их поверхность бомбардируется фотонами. Они выбивают избыточные электроны на границе с фосфором, и они начинают движение к «дыркам» на границе с бором. Таким образом, возникает электрический ток, являющийся упорядоченным движением электронов. К фотоэлементу подводятся металлические дорожки, через которые и собирается ток. В этом и выражается принцип работы кремниевого фотоэлемента.

Мощность одного фотоэлектрического элемента маленькая, а напряжение составляет около 0,5 вольта. Поэтому их последовательно объединяют в батареи по 36 штук, чтобы получить на выходе 18 вольт. Это хватит для того, чтобы зарядить аккумулятор 12 вольт. Здесь ещё нужно учесть, что заявленное напряжение и мощность будут только при работе батареи с максимальной отдачей, что в реальных условиях редкость. Собранная батарея помещается подложку, закрывается стеклом и герметизируется. Используемое стекло должно пропускать ультрафиолет, поскольку солнечная батарея также преобразует и эту часть спектра. Собранные батареи могут объединяться друг с другом в последовательные и параллельные цепочки. Получается небольшая солнечная электростанция. https://www.youtube.com/watch?v=qm1ai6zPpnA Сегодня солнечные батареи устанавливаются в своих домах и на дачах для экономии электроэнергии. Такие миниатюрные гелиосистемы работают круглый год. Главное, чтобы поверхность панелей была чистой и светило солнце. В ряде случаев их эффективность выше в морозный солнечный день, чем в летний. Это объясняется тем, что разогрев солнечных модулей несколько снижает эффективность их работы. [caption id="attachment_5723" align="aligncenter" width="300"]

Солнечные батареи: 3 вида - фото 38 - изображение 38

Гелиосистема: солнечные батареи и коллекторы[/caption] Сразу стоит отметить, что полностью отказаться от электричества из централизованных сетей не получиться. Но, установив солнечную батарею, удастся значительно экономить на коммунальных расходах. Вариант, конечно, не годиться для квартиры. Нормально эксплуатировать такую систему получиться только в загородном доме или на даче, где достаточно места для установки солнечных панелей.

В центральных регионах России гелиосистема окупается примерно за 5 лет. В южных регионах срок окупаемости значительно сокращается. Часто вместе с солнечными батареями устанавливаются коллекторы для отопления дома. Сейчас есть фабричные солнечные коллекторы, которые могут подогревать воду круглый год.

Что касается установки солнечных батарей, то здесь следует отметить следующие моменты:

  • Устанавливать панели нужно на южной стороне крыши, фасада или на участке стороной на юг;
  • Угол наклона соответствует значению широты вашего региона;
  • Рядом не должно быть объектов, отбрасывающих тень на солнечные батареи;
  • Поверхность панелей нужно регулярно очищать от грязи и пыли;
  • Желательно использовать системы с отслеживанием положения солнца.

Теперь вам ясен принцип работы солнечных батарей и их возможности. Понятно, что не следует отказываться от централизованного снабжения электроэнергией. Современные гелиосистемы пока не в состоянии полноценно обеспечивать дом энергией в пасмурную погоду. Но как часть комбинированной системы энергоснабжения дома они очень уместны. Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Этим вы поможете развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.

Солнечные батареи для дома: составные элементы, принцип работы, виды, преимущества и недостатки использования, монтаж

Что такое солнечная батарея - фотография 39 - изображение 39

Постоянно растущие тарифы на электричество, перебои в сети напряжения и регулярные отключения всё больше подталкивает хозяев частных домов использовать солнце в качестве источника энергии.

Уже не в диковинку увидеть сооружения из солнечных модулей, закреплённых на кровле или отдельно стоящих на подставке.

Современные домашние станции отличаются большой мощностью, способностью обеспечивать бесперебойную работу бытовой технике в автономном режиме. Эффективность работы и производительность зависят от региона и климатических особенностей.

Посмотрите видео как собрать солнечную батарею своими руками

Составные элементы солнечных батарей

Мини станции на солнечных батареях состоят из следующих элементов:

• солнечные модули;

• контролёр;

• аккумуляторы;

• инвертор.

Кроме того понадобятся:

— первичный преобразователь;

— комплект проводов;

— контрольные приборы за отслеживанием заряда в аккумуляторах;

— устройство отбора мощности у батарей.

Принцип работы индивидуальной солнечной батареи - фото 40 - изображение 40

Принцип работы солнечной батареи

Принцип работы батарей на солнечной энергии состоит из цепи физических процессов:

• кремниевые пластины улавливают солнечную энергию;

• нагретые пластины высвобождают электроны;

• активизация электронов заставляет их двигаться по проводникам;

• проводники направляют поток электронов в аккумулятор (чаще используют несколько накопителей энергии), в результате чего происходит подзарядка;

• преобразователь меняет постоянный ток на переменный;

• с помощью проводных подключений осуществляется подача питания бытовой технике.

Как проводится обслуживание, чтобы работала солнечная батарея - изображение 41 - изображение 41

Виды солнечных батарей

Подбор типа батарей с необходимыми параметрами обеспечит максимальную производительность с учётом климатических особенностей региона. Выпускается несколько разновидностей плит, отличающихся структурой поверхностного слоя и технологическим процессом изготовления.

• Плиты с покрытием из монокристаллического кремния относятся к самым дорогостоящим фотоэлементам, что обусловлено способностью накопления солнечной энергии при сильной облачности. Производство включает сложный процесс медленного остывания кремниевого расплава. После остывания материал разрезается и подвергается дополнительной термообработке. Обычно пластины имеют тёмно-синий цвет.

КПД солнечных батарей и другие параметры - изображение 42 - изображение 42

• Плиты с покрытием из аморфного кремния пока не выпускаются в промышленных объёмах. Перспективное направление находится в стадии развития. Сложность производственного процесса заключается в создании одинаковой направленности кремниевых кристаллов по всей поверхности плёнки, толщина которой не превышает 100 микрон.

• Покрытия рабочей поверхности поли- или монокристаллическим кремнием имеют более доступную стоимость в связи с использованием упрощённой технологией производства. Электротехнические показатели немного уступают другим типам солнечных батарей.

Виды солнечных батарей - изображение 43 - изображение 43

Параметры установок

При выборе солнечных батарей уделяют внимание техническим параметрам и характеристикам. Качественные и высокопроизводительные изделия должны иметь следующие параметры:

• показатель КПД свыше 20%;

• высокий уровень сопротивления;

• стекло должно быть закалённым;

• устойчивость к плохим погодным условиям;

• в южных регионах предпочтение отдаётся поликристаллическим моделям;

• для северных регионов рекомендуются монокристаллические плиты.

Из чего в основном делают солнечные батареи - изображение 44 - изображение 44

Преимущества использования солнечных батарей

Плюсы:

• автономность;

• регулировка температуры;

• за энергию не нужно платить;

• постоянное пополнение запасов ресурса;

• экологичность и безопасность;

• может использоваться в качестве резерва и основного источника;

• длительный срок эксплуатации.

Устройство солнечной батареи и нюансы проектирования - фотография 45 - изображение 45

Недостатки использования солнечных батарей

Минусы:

• высокая цена оборудования;

• погодные катаклизмы отрицательно влияют на работу приборов;

• необходимо выделить место под установку;

• обслуживание оборудования;

• в зимнее время снижается производительность;

• для увеличения мощности требуется модернизация системы.

Примерная стоимость батарей

Доступной альтернативную систему добычи электроэнергии назвать нельзя. Однако дорогое оборудование может окупиться уже через 3-5 лет, в зависимости от мощности и климатических особенностей. Станция мощностью 20-25 кВт, с возможностью отопления дома среднего размера, может обойтись в 800 000 рублей.

Эффективность панели солнечной батареи - изображение 46 - изображение 46

Монтаж солнечной батареи

Сооружение станции на солнечных батареях имеет преимущество перед укомплектованным оборудованием возможностью постоянно наращивать мощность, и оптимизировать процесс.

Начать изготовление станции нужно с разработки проекта. На этом этапе учитываются следующие факторы:

— место установки модулей;

— расчёт угла наклона конструкции;

— если предполагается использовать кровлю под установку, просчитать несущую способность кровельного каркаса, стен и фундамента;

— отдельное помещение или уголок в доме под аккумуляторы.

После приобретения необходимого оборудования и фотоэлементов выполняется монтаж.

• Каркас собирается из алюминиевого уголка шириной 35 мм. Объем ячейки должен соответствовать размерам необходимого количества фотоэлементов (835х690 мм).

Как работает солнечная батарея (видео) - фотография 47 - изображение 47

• В заготовленной раме из алюминия сделать отверстия для метизов.

• Внутреннюю часть уголка обработать герметиком в два слоя.

• В раму уложить лист из оргстекла, поликарбоната, плексигласа или другого материала. Уплотнить соединения рамы и листа путём лёгкого прижима поверхностей по периметру. Оставить на открытом воздухе до полного высыхания.

• Зафиксировать стекло десятью метизами в отверстия, размещённые по углам и сторонам рамки.

• Перед креплением фотоэлементов очистить поверхность от пыли.

• Припаять проводник к плитке, предварительно протерев контакты спиртом и уложив на них флюс. Во время работы с кристаллом нужно избегать давления на него. Хрупкая структура может разрушиться.

Принцип работы солнечной батареи и ее устройство - фото 48 - изображение 48

• Уложить по всей длине контакта шину и медленно провести по ней горячим паяльником.

• Перевернуть пластины и выполнить пайку аналогичным образом.

• Выложить фотоэлементы на оргстекло в рамке, зафиксировать их с помощью монтажной ленты. Раскладку легче выполнить после разметки. Рекомендуется также использовать для крепления силиконовый клей. Наносить его нужно точечным способом. Одной капли на плитку вполне достаточно.

• Располагать кристаллы нужно с соблюдением зазора 3-5 мм, чтобы при нагревании материала не деформировалась поверхность.

• Выполнить соединение проводников по краям фотоэлементов с общими шинами.

• Специальным прибором протестировать качество пайки.

• Герметизировать панель, нанеся герметик между плитками. Осторожно придавить их пальцами, чтобы края плотно прилегли к стеклу. Также необходимо промазать герметиком края рамки.

Кремниевые механизмы - фотография 49 - изображение 49

• С боковой стороны каркаса установить соединительный разъем, к которому подключить диоды Шоттки.

• Закрыть рамку защитным стеклом. Уплотнить все соединения для предотвращения попадания внутрь влаги.

Монокристаллические преобразователи - фотография 50 - изображение 50

• Лицевую сторону панели обработать лаком.

• Закрепить панель на кровлю или другое место, расположенное на солнечной стороне.

Как работает солнечная батарея? Виды и устройство.

Поликристаллические - изображение 51 - изображение 51

Поверхность земли постоянно освещается солнечным светом, это обеспечивает жизнь всем живым существам. Еще совсем недавно применение солнечной батареи казалось невозможным, но на сегодняшний день каждый желающий имеет возможность приобрести данное устройство. Особенно актуален вопрос среди дачников, желающих при наименьших денежных затратах пользоваться электричеством. Солнечные батареи активно используются в промышленных масштабах, ведь солнечные электростанции современного типа способны получать количество электроэнергии, необходимое для малых городов. Немаловажным является отсутствие вреда для экологии при использовании солнечных батарей. Солнечные батареи активно используются в странах Европы, Израиле.

В статье описаны виды солнечных батарей, их устройство, принцип работы солнечной электростанции. Так как же работает солнечная батарея? — Давайте узнаем.

Виды солнечных панелей

Солнечная батарея в общем виде – конструкция, содержащая темные детали с полосами из металла, проводящими электрический ток. Детали покрыты стеклом. Существующее множество солнечных батарей показано на рисунке.

Аморфные панели из кремния - фото 52 - изображение 52

Классификация Разновидности

— По мощности До 10 Вт — От 200 Вт

По виду фотоэлементов

— Фотохимические — Органического вида — Основа — полупроводники из кремния — Основа — арсенид галлия

По гибкости

— Гибкие (могут удобно сворачиваться, имеют популярность среди туристов).

Фотопреобразователи гибридного типа - фото 53 - изображение 53

Фото солнечной батареи, способной скручиваться в рулон

— Портативные

Полимерные пленочные солнечные преобразователи - изображение 54 - изображение 54

Портативная солнечная батарея

Устройство солнечной батареи

Отопление солнечной энергией домов - изображение 55 - изображение 55

Устройство солнечной батареи представлено на рисунке.

Составные элементы солнечной батареи:

1. Два слоя кремния (между собой образуют пластину, внутренний слой – кремний на монокристаллической основе, обладает проводимостью р-типа, наружный слой – кремний, содержащий различные примеси, данный слой имеет проводимость n-типа). 2. Каркас с фотоэлементами (детали расположены таким образом, чтобы в случае поломки их можно было починить). 3. Аккумуляторы (один является основным, второй – запасным). 4. Пластик закаленного вида, покрывающий всю конструкцию от повреждений.

Принцип работы солнечной батареи заключается в следующем: электроны выходят из р-слоя, затем попадают в n-слой, предварительно пройдя определенную нагрузку. N-слой выступает источником избыточных электронов.

Аккумуляторы солнечных батарей работают следующим образом: основной собирает электрическую энергия для последующей транспортировки в сеть, другой аккумулятор работает в запасном режиме (накапливает энергию сверх нормы, а затем, при снижении напряжения, энергия поступает в сеть).

Детали солнечной батареи важно беречь от метеорной пыли и радиации, данные элементы способствуют появлению эрозии на кремниевых слоях.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии зарекомендовала себя с положительной стороны и применяется во многих сферах жизни человека.

Виды кристаллов фотоэлементов

Вид и Характерные особенности

Поликристаллы → Отличительная особенность – синий цвет, КПД — 14%.

Как работает солнечное отопление? - изображение 56 - изображение 56

Монокристаллы  → Эффективность — 16%.

Свет в энергию: как работают солнечные батареи - изображение 57 - изображение 57

Основа – аморфный кремний → Производительность – 6-8%.

Принцип работы солнечной батареи - фотография 58 - изображение 58

Основа — теллурид кадмия → Эффективность — 11%.

Солнечные батареи: принцип работы - фотография 59 - изображение 59

Основа — полупроводнике CIGS → Значение эффективности — 25%.

Солнечные батареи: принцип работы - фотография 60 - изображение 60

От вида кристаллов фотоэлемента зависит, как работает солнечная панель. Панели на основе монокристаллов обладают высокой эффективностью, цена конструкций высокая. К низкой ценовой категории относятся солнечные батареи на основе аморфного кремния, однако максимальная производительность таких конструкций всего 8 %. Работа солнечной панели на базе аморфного кремния не является продолжительной.

Принцип работы солнечной батареи

Принцип работы солнечной батареи заключается в следующем:

1. Происходит падение солнечных лучей на специальный фотоэлемент. 2. В фотоэлементе создаются пары электронно-дырочного типа. 3. Электроны сверх нормы переносятся из одного слоя полупроводника в другой, в результате данного процесса во внешней среде образуется напряжение.

Работу солнечной батареи можно сравнить с колесом, по которому передвигаются электроны. Аккумуляторы при таком движении постепенно накапливают заряд.

В жару менее продуктивно работает фотогальваническая составляющая солнечной батареи. Максимальную отдачу конструкции демонстрируют при ясной зимней погоде. Следует подчеркнуть, что падение снега не влияет на работу батареи, она все равно продолжает нормально функционировать.

Солнечную энергию можно преобразовывать не только в электрическую, но и в тепловую. В данном процессе происходит не преобразование, а накапливание энергии. В этом и заключается принцип работы солнечного коллектора: устройство собирает тепло и передает его в теплоноситель. Данная конструкция применяется при отоплении домов.

Солнечная панель включает в себя ряд фотоэлементов, создающих разность потенциалов под воздействием освещения. Если целью является увеличение напряжения, то нужно соединять фотоэлементы последовательным методом, в случае необходимости увеличения силы тока требуется соединить элементы параллельно.

Принцип работы фотоэлемента позволяет наглядно представить, как устроена солнечная панель.

Алгоритм преобразования энергии солнца в электрическую энергию:

• воздействие светом на полупроводники (фотоэлементы – два слоя полупроводника, имеющих различную проводимость, n-проводимость, p-проводимость); • создание разности потенциалов; • замыкание цепи; • получение электрической энергии.

Рассмотрев, из чего состоит солнечная батарея, можно сделать вывод о несложной конструкции с относительно невысокими денежными затратами.

Преимущества и недостатки

К достоинствам солнечных батарей можно отнести:

• доступность для промышленных целей и частных лиц; • постоянное существование источника энергии; • легкость в обслуживании; • безопасность в использовании; • достаточно длительный срок эксплуатации конструкций.

Вырабатываемая солнцем энергия является альтернативной перспективой будущего по замене существующих электрических источников.

Недостатки солнечной энергии:

• малая эффективность недорогих конструкций; • зависимость от погодных условий; • постоянная уборка отражающей поверхности; • дороговизна мощных установок.

Солнечная энергия является самой перспективной среди других видов энергии за счет следующих факторов:

• отсутствие вреда для экологии; • постоянно возобновляемый источник.

Для снижения цены на солнечные батареи важно увеличить мощность потока солнечной энергии, попадающей на фотоэлемент.

Для достижения данной цели ученые разработали специальные конструкции:

• трекер (помощник в поиске энергии); • концентратор необходимой энергии (с большой площади отправляет энергию на небольшой участок, приспособление имеет малый вес).

Применение вышеперечисленных деталей позволит солнечным панелям стать главным источником энергии при наименьших денежных затратах и отсутствием вреда для экологии.

На видео: Как работает солнечная батарея?

https://www.youtube.com/watch?v=fPp37tg5sOc

Солнечные батареи: 3 вида

Солнечные батареи: классификация + обзор панелей отечественных производителей - фото 61 - изображение 61

Достаточно часто тем, кто проживает в своем собственном доме, приходится сталкиваться с тем, что отключают электроэнергию по техническим причинам или из-за чрезвычайной ситуации. Такие проблемы доставляют не только дискомфорт, но и множество проблем, например, портятся продукты, невозможно заниматься работой, если для этого требуется использование электроприборов. Что делать в такой ситуации? Стоит установить солнечные батареи, которые позволяют решить данную задачу максимально быстро и смогут доставить только пользу и ничего более.

Что такое солнечная батарея

Солнечная батарея (или панель) – это элемент питания (называется фотопластина), меняющий свою проводимость и выделяющий энергию при воздействии солнечных лучей. Именно такое преобразование позволят обогащать жилую конструкцию необходимым электричеством. Как правило, солнечные панели имеют различные виды.

Принцип действия солнечных батарей - изображение 62 - изображение 62

Солнечные батареи: 3 вида

В продажу поступают такие конструкции, как:

  • Монокристаллическая;
  • Поликристаллическая;
  • Аморфная.

У каждой конструкции есть определенная производительность, от чего напрямую зависит принцип работы и цена. Пластиной с минимальной мощностью считается батарея, сделанная на основе монокристаллов, а также у них самая низкая цена. В основном, их стараются использовать в тех условиях, где постоянная подача электричества не является слишком важной.

А материалы для изготовления  солнечной батареи можно купить в специализированном магазине. Собрать конструкцию достаточно легко. Подробности читайте на сайте: https://homeli.ru/stroitelstvo-doma/inzhenernye-sistemy/otoplenie/solnechnaya-batareya-svoimi-rukami

Принцип работы индивидуальной солнечной батареи

Владелец частного дома и непосредственно таких батарей должен тщательно следить за тем, чтобы фотоэлектрическая панель была чистой, так как если на ее покрытие будет попадать большое количество таких загрязнений, как снег, помет птиц и даже сухая листва, то это снизит эффективность работы и снизит уровень подаваемого напряжения. Солнечная батарейка для дома работает по особому принципу.

Типы фотоэлектрических преобразователей - изображение 63 - изображение 63

Солнечные батареи: 3 вида

А именно:

  1. Происходит улавливание энергии солнца пластиной, сделанной на основе кремния.
  2. При нагревании происходит высвобождение энергии.
  3. Далее активизируются электроны, это способствует их передвижению по проводнику.
  4. Проводниками ток направляется в полость аккумулятора, это формирует своеобразную подзарядку.
  5. Посредством проводного подключения, ток поступает к бытовым приборам.

Принцип действия установки вполне понятен, но стоит ознакомиться с особенностями проведения обслуживания батарей и требуется ли оно вовсе. Первоначально нужно отметить тот факт, что в солнечной батареи полностью отсутствует движущая часть, так как это стационарные конструкции.

Как проводится обслуживание, чтобы работала солнечная батарея

Как правило, очищение покрытия стоит проводить раз в 7 дней. Специалисты считают, что этого вполне достаточно для поддержания оптимального состояния пластин в чистом виде. Также требуется осуществлять еще ряд процедур, это позволит эксплуатировать панели без проблем, а также исключить образование дефектов и неисправностей.

Что предлагает рынок - обзор производителей - фотография 64 - изображение 64

Солнечные батареи: 3 вида

Обязательно проведение:

  1. Внешнего осмотра на предмет выявления расшатывания креплений и образования трещин в каркасе.
  2. Чистки панели.
  3. Проверки силового кабеля на отсутствие оголенных проводов, что может стать причиной возгорания.
  4. Контролирования и фиксирования состояния автоматики и показателей КИПа.
  5. Отслеживание уровня заряда аккумулятора.
  6. Контроля за состоянием конструктивными узлами блока на предмет выявления коррозийных образований.
  7. Осмотра прочности кожуха панели.

Также необходимы корректировки положения конструкции, это зависит от времени года и подтягивание каждого резьбового соединения. Помимо этого, можно проводить полив панелей из шланга самой обычной проточной водой, для чего достаточно 4 процедур в год.

Безопасный и эффективный ветрогенератор можно собрать своими руками. Все этапы работы описаны на следующей странице: https://homeli.ru/stroitelstvo-doma/inzhenernye-sistemy/elektrichestvo/vetrogenerator-svoimi-rukami

КПД солнечных батарей и другие параметры

Делают солнечные панели из такого материала, как кремний, и при покупке стоит обращать внимание на такие особенности, как наличие показателя КПД, который должен превышать 20%, высокого уровня сопротивления.

Наличие закаленного стекла, устойчивости к самым суровым погодным условиям, поликристаллического покрытия, если изделие устанавливается в регионе с жаркой температурой, необходимо.

Важно монокристаллическое покрытие для областей с неблагоприятными климатическими условиями. Современные кремниевые солнечные плиты обладают рядом преимуществ. Те, кто уже пользуются подобными установками, отзываются исключительно положительно.

Как работает солнечная батарея и особенности ее устройства - фото 65 - изображение 65

Солнечные батареи: 3 вида

Признают такие изделия:

  • Автономными;
  • Максимально экономичными по средствам, так как не требуется оплата электроэнергии;
  • Очень удобными в эксплуатации, так как не нужна регулировка;
  • Выгодными, так как ресурс пополняется автоматически;
  • Экологическими;
  • Безопасными;
  • Практичными, так как они могут быть, как резерв или основной источник;
  • Очень долговечными.

Есть и некоторые недостатки, но на фоне множества положительных качеств их можно назвать не существенными. К ним относят высокую стоимость, низкую устойчивость к погодным катаклизмам, надобность в подготовке места для расположения конструкции, в обслуживании, снижение производительности в зимний период времени, необходимость в модернизации, при необходимости увеличить мощность и, соответственно, производительность.

Виды солнечных батарей

Наиболее доступными по цене изделиями для улавливания солнечной энергии признаны монокристаллические, так как они сделаны по простейшей технологии и по мощности могут существенно уступить другим видам пластин. Каждый вид имеет свои особенности, за счет которых и происходит их выбор.Солнечные плиты бывают трех видов:

  • Монокристаллические;
  • Поликристаллические;
  • Аморфные.

Принцип действия - изображение 66 - изображение 66

Солнечные батареи: 3 вида

Панели, сделанные на основе поликристаллического кремния – это самые дорогие изделия, так как они могут накапливать солнечную энергию даже в условиях повышенной облачности и пасмурную погоду. Особенность их состоит в высокой производительности, а также медленном остывании кремниевого расплава. После того как полотно полностью остынет, оно подвергается повторной термообработке.

Такие пластины выпускаются темно-синего цвета.

Если для изготовления плиты используется аморфный кремний, то это изделия, не выпускаемые большими партиями. Данные конструкции находятся на стадии совершенствования, модернизации, так как в продажу поступили некоторые тестовые модели.

Энергосберегающая система отопления частного дома очено востребована. И это не удивительно. Обо всех ее достоинствах читайте следующую статью: https://homeli.ru/stroitelstvo-doma/inzhenernye-sistemy/kanalizatsiya/energosberegayushchie-sistemy

Из чего в основном делают солнечные батареи

Многие владельцы думают, что если самостоятельно создал такое оборудование, то для этого нужно просто соблюдать технологию сбора системы, но следует и соответствовать поставленным высоким требованиям.

Виды преобразующих панелей - фотография 67 - изображение 67

Солнечные батареи: 3 вида

Состав элементов для улавливания солнечной энергии очень прост, так как все конструкции состоят из:

  • Солнечного модуля;
  • Контролера;
  • Аккумулятора;
  • Инвертора;
  • Первичного преобразователя;
  • Комплекта проводов;
  • Приборов способных отслеживать заряд аккумулятора;
  • Устройства забора мощности у батареи.

Помимо этого, на пластинах могут присутствовать полимерные пленочные рулонные покрытия, которые нужны для защиты от воздействия внешних факторов. Солнечная батарея предназначена для улавливания лучей солнца и преобразования их в электроэнергию.

Устройство солнечной батареи и нюансы проектирования

Как только приобретены все необходимые приспособления, а также материалы и инвентарь можно начинать непосредственное строительство. Тот, кто сам придумал и изобрел самостоятельно солнечную батарею, обязательно начинал с проектирования, в котором были учтены важные моменты.А именно:

  1. Место расположения конструкции.
  2. Угол наклона изделия.
  3. Просчет несущей способности кровли, если монтаж будет проводиться на саму крышу, а не стены или фундамент дома.

Для каркаса используется алюминиевый уголок, толщина которого должна быть не меньше 35 мм. Объем ячеек должен полностью сходиться с количеством фотоэлементов. Например, 835х690 мм. В раме проделываются отверстия под метизы. На внутреннюю часть уголка наносится герметик в 2 слоя. Рама заполняется полотном оргстекла, поликарбоната, плексигласа или же любого другого материала.

Для того чтобы уплотнить швы между рамой и полотном материала, потребуется провести тщательное прижатие листа по всему периметру.

Эффективное расположение прибора - фото 68 - изображение 68

Солнечные батареи: 3 вида

Изделие оставляется на открытом воздухе до полного высыхания. Стекло фиксируется в 10 точках, в заранее подготовленные отверстия, которые должны быть расположены в угловой части рамки и с каждой стороны. Перед тем как крепить фотоэлементы, нужно провести очищение поверхности от пыли. Далее припаивается провод к плитке, для чего предварительно протираются контакты спиртовым раствором, и укладываются под флюс. При работе с кристаллом, следует быть максимально осторожными, так как он обладает слишком хрупкой структурой.Укладывается шина по всей длине контакта и медленно прогревается при помощи паяльника. Далее пластины нужно перевернуть, и осуществить те же самые действия. Затем происходит выкладывание фотоэлементов на поверхность оргстекла в рамку, а фиксируются они на монтажную ленту. В качестве фиксатора может быть применен обычный силиконовый клей, который наносится точечным способом. Вполне достаточно одной маленькой капли, так как он очень прочный.Расположение кристаллов должно быть с зазорами между ними в 3-5 мм, чтобы при нагревании под воздействием лучей ультрафиолета не было деформирования поверхности. Обязательно нужно соединить проводник по краям фотоэлементов с полостью общих шин. Посредством специального устройства тестируется качество пайки. Для герметизации панели, наносится герметик между полотнами плит. Нужно сделать осторожное придавливание полотен, чтобы обеспечить максимальное приклеивание к стеклу. Края рамки также промазываются герметиком.Боковая сторона каркаса снабжается соединительным разъемом, для подключения диодов Шоттки. Рама закрывается стеклом для защиты и также герметизируются стыки, чтобы избежать проникновение влаги внутрь конструкции. С лицевой стороны нужно обработать панель лаком. Панель устанавливается на крышу, стены или любое другое предназначенное для нее заранее место.

Эффективность панели солнечной батареи

Как уже было отмечено, существуют разные типы солнечных батарей и у каждых из них своя характеристика. Стоит заметить, что есть и гибридные конструкции для улавливания солнечной энергии, однако стоимость их гораздо выше, и в основном они применяются для промышленных зданий.Естественно, качество и производительность любой солнечной батареи напрямую зависит от эффективности ее фотоэлементов, на что может повлиять такой фактор как:

  • Климатические условия;
  • Погода;
  • Длительность дня и ночи;
  • Равномерность освещения панели;
  • Перепады температуры воздуха;
  • Наличие грязи на пластике;
  • Необратимые потери.

В основном, эффективность или, другими словами, производительность солнечных батарей напрямую зависит от равномерности освещения конструкции. К примеру, если один из фотоэлементов сооружения имеет малую интенсивность освещения в отличие от остальных, то это станет причиной неравномерного распределения лучей солнца при попадании на панель, а значит, будет происходить перегрузка и снижение общей энергоотдачи.

Введение в электросеть - фотография 69 - изображение 69

Солнечные батареи: 3 вида

Для уменьшения влияния такого фактора в некоторых случаях попросту отключают тот фотоэлемент, который выходит из строя.

Чтобы обеспечить солнечной батареи максимальную производительность, следует направлять ее точно на солнце в зависимости от времени года. Некоторые владельцы таких конструкций предпочитают устанавливать специальные установки, посредством которых возможно дистанционно управлять или, другими словами, поворачивать сооружение в нужную сторону. Существуют системы с автоматическим поворотом в зависимости от расположения солнца, которые двигаются в течение дня самостоятельно без посторонней помощи по заданной программе.Помимо этого, на эффективность изделия может повлиять наличие пыли и грязи на пластине, так как происходит затемнение некоторых фотоэлементов и таким образом начинается неравномерное распределение забора энергии солнца, что описано ранее. В продаже есть специальный состав, которым можно покрыть поверхность солнечной батареи и тем самым исключить скапливание на ней загрязнителей различного характера.

Как работает солнечная батарея (видео)

width="720" height="450" frameborder="0">Солнечная батарея – дорогостоящее оборудование, независимо от того, будет оно собрано самостоятельно или же куплено в готовом виде, а надобность в постоянном обслуживании может доставить дискомфорт, но однажды вложившись в это изделие, можно на протяжении длительного времени довольствоваться постоянному присутствию электричества и отсутствию платы за него.

Принцип работы солнечной батареи и ее устройство

Что надо знать про солнечные батареи для дома: их выбор, размещение и использование - изображение 70 - изображение 70

Относительно недавно считалась фантастической сама идея обеспечивать частные дома электричеством автономно. Сегодня это объективная реальность. В Европе солнечные батареи используются уже продолжительное время, ведь это практически неисчерпаемый источник дешевой энергии. У нас получение электричества от таких устройств только обретает популярность. Данный процесс происходит не слишком быстро, и виной тому – высокая стоимость их.

Принцип работы солнечной батареи основан на том, что в двух кремниевых пластинах, покрытых разными веществами (бором и фосфором), под действием солнечного света возникает электрический ток. В пластине, которая покрыта фосфором, появляются свободные электроны.

Принцип работы солнечной батареи - изображение 71 - изображение 71

Отсутствующие частицы образуются в тех пластинах, которые покрыты бором. Электроны начинают двигаться под действием света солнца. Так образуется электрический ток в солнечных батареях. Тонкие жилы из меди, которыми покрыта каждая батарея, отводят от нее ток и направляют по назначению.

С помощью одной пластины можно питать энергией небольшую лампочку. Вывод напрашивается сам собой. Для того, чтобы солнечные батареи обеспечивали дом электричеством достаточной мощности, нужно чтобы их площадь была довольно большой.

Кремниевые механизмы

Итак, принцип работы солнечной батареи понятен. Ток вырабатывается при воздействии ультрафиолетового света на специальные пластины. Если в качестве материала для создания таких пластин используется кремний, то батареи называются кремниевыми (или кремневодородными).

Подобные пластины требуют очень сложных систем производства. Это, в свою очередь, сильно влияет на стоимость изделий.

Кремниевые солнечные батареи бывают разных типов.

Монокристаллические преобразователи

Представляют собой панели со скошенными углами. Их цвет всегда чисто черный.

Если говорить о монокристаллических преобразователях, то принцип работы солнечной батареи кратко можно охарактеризовать как средне эффективный. Все ячейки светочувствительных элементов такой батареи направлены в одну сторону.

Принцип работы солнечной батареи - изображение 72 - изображение 72

Это позволяет получить самый высокий результат среди подобных систем. КПД батарей этого типа достигает 25%.

Минусом является то, что такие панели должны быть всегда обращены лицевой стороной к солнцу.

Если солнце прячется за тучами, опускается к горизонту, или еще не успело взойти, то батареи будут вырабатывать ток довольно слабой мощности.

Поликристаллические

Пластины этих механизмов всегда квадратные, темно-синего цвета. В состав их поверхности включены неоднородные кристаллы кремния.

КПД поликристаллических батарей не настолько высок, как у монокристаллических моделей. Он может достигать 18%. Однако этот недостаток компенсируется достоинствами, о которых будет сказано ниже.

Принцип работы солнечной батареи этого типа позволяет изготавливать их не только из чистого кремния, но также из вторичных материалов. Этим объясняются некоторые дефекты, встречающиеся в оборудовании. Отличительной особенностью механизмов данного типа является то, что они могут достаточно эффективно вырабатывать электрический ток даже при пасмурной погоде. Такое полезное качество делает их незаменимыми в местах, где рассеянный солнечный свет является обычным повседневным явлением.

Принцип работы солнечной батареи - изображение 73 - изображение 73

Аморфные панели из кремния

Аморфные панели дешевле остальных, это обуславливает принцип работы солнечной батареи и ее устройство. Каждая панель состоит из нескольких тончайших слоев кремния. Их изготавливают путем напыления частиц материала в вакууме на фольгу, стекло или пластмассу.

КПД панелей значительно меньше, чем у предыдущих моделей. Он достигает 6%. Кремниевые слои довольно быстро выгорают на солнце. Уже через полгода использования этих батарей их эффективность упадет на 15%, а иногда и на все 20.

Два года работы полностью исчерпают ресурс действующих веществ, и панель нужно будет менять.

Но есть два плюса, из-за которых эти батареи все же покупают. Во-первых, они работают даже в пасмурную погоду. Во-вторых, как уже говорилось, они не такие дорогие, как другие варианты.

Принцип работы солнечной батареи - фото 74 - изображение 74

Фотопреобразователи гибридного типа

Аморфный кремний является основой для расположения микрокристаллов. Принцип работы солнечной батареи делает ее похожей на поликристаллическую панель. Отличие батарей такого типа состоит в том, что они способны вырабатывать электрический ток большей мощности в условиях рассеянного солнечного света, например, в пасмурный день или на рассвете.

Кроме того, батареи работают под воздействием не только солнечного света, но и в инфракрасном спектре.

Полимерные пленочные солнечные преобразователи

У этой альтернативы панелям из кремния есть все шансы занять лидирующее положение на рынке солнечных батарей. Они напоминают пленку, состоящую из нескольких слоев. Среди них можно выделить сетку алюминиевых проводников, полимерный слой активного вещества, подложка из органики и защитной пленки.

Такие фотоэлементы, объединенные друг с другом, образуют пленочную солнечную батарею рулонного типа. Эти панели легче и компактнее кремниевых. При их изготовлении не используется дорогостоящий кремний, и сам процесс производства не такой затратный. Это делает рулонную панель дешевле всех прочих.

Принцип работы солнечной батареи делает их КПД не слишком высоким.

Он достигает 7%.

Процесс изготовления панелей этого типа сводится к многослойному печатанию на пленку фотоэлемента. Производство налажено в Дании.

Еще одним преимуществом является возможность резать рулонную батарею и подгонять ее под любой размер и форму.

Минус лишь один. Батареи только начали производить, поэтому еще довольно непросто ими обзавестись.

Принцип работы солнечной батареи - фото 75 - изображение 75

Но есть повод полагать, что эти элементы быстро обретут заслуженную хорошую репутацию среди потребителей, что даст изготовителям возможность наладить производство в более крупных масштабах.

Отопление солнечной энергией домов

Принцип работы солнечной батареи для отопления дома кардинально отличает их от всех описанных выше приспособлений. Это совершенно другое устройство. Описание следует ниже.

Главной деталью отопительной системы, работающей на энергии солнца, является коллектор, принимающий его свет и преобразовывающий его в кинетическую энергию. Площадь этого элемента может варьироваться от 30 до 70 квадратных метров.

Для крепления коллектора используется специальная техника. Между собой пластины соединены металлическими контактами.

Следующим компонентом системы является накопительный бойлер. В нем происходит трансформация кинетической энергии в тепловую. Он участвует в нагревании воды, литраж которой может достигать 300 литров. Иногда такие системы поддерживаются дополнительными котлами на сухом топливе.

Принцип работы солнечной батареи - фотография 76 - изображение 76

Завершают систему солнечного отопления настенные и напольные элементы, в которых по тонким медным трубам, распределенным по всей их площади, циркулирует нагретая жидкость. Благодаря низкой температуре запуска панелей и равномерности теплоотдачи, помещение прогревается достаточно быстро.

Как работает солнечное отопление?

Давайте подробно рассмотрим принцип работы солнечных батарей от ультрафиолетового света.

Между температурой коллектора и накопительного элемента появляется разница. Носитель тепла, что чаще всего является водой, в которую добавлен антифриз, начинает циркулировать о системе. Совершаемая жидкостью работа является именно кинетической энергией.

Принцип работы солнечной батареи - изображение 77 - изображение 77

По мере прохождения жидкости через слои системы кинетическая энергия преобразовывается в тепло, которое и используется для отопления дома. Этот процесс циркуляции носителя обеспечивает помещение теплом и позволяет сохранять его в любое время суток и года.

Итак, мы выяснили принцип работы солнечных батарей.

Свет в энергию: как работают солнечные батареи

Принцип работы солнечной батареи - фотография 78 - изображение 78

Полупроводниковые фотоэлементы состоят из двух слоёв с разной проводимостью — катода (материал с лишними электронами в атомах, n-тип) и анода (материал с недостающими электронами в атомах, p-тип). Попадающие на фотоэлемент солнечные лучи из n-типа атомы "выбивают", а их улавливает p-тип. Электрическое поле заставляет атомы двигаться в определённом направлении, что позволяет получать энергию.

Поскольку процесс этот продолжается бесконечно, вырабатывающаяся во время него энергия запасается в аккумуляторах и в дальнейшем используется для нужд человека. Таким образом солнечная батарея представляет собой экологически чистый источник возобновляемой энергии.

Принцип работы солнечной батареи - фото 79 - изображение 79

Наиболее распространённым в современной промышленности фотоэлементом является фотоэлемент на основе кремния, но не в чистом виде, а с определёнными примесями. Кроме того, кремний хорошо отражает свет, что плохо для солнечной батареи, поэтому фотоэлементы покрывают антибликовым покрытием. А сами пластины батарей дополнительно защищают от внешнего воздействия. 

Солнечные батареи отличаются относительно небольшим коэффициентом полезного действия (около 10-25% и лишь немногие имеют КПД порядка 40%, но в перспективе он может вырасти до 85%), а кроме того такие панели имеют ряд существенных недостатков.

Принцип работы солнечной батареи - изображение 80 - изображение 80

Поскольку для работы батарей нужно солнце, их размещают там, где есть доступ к солнечным лучам, но при этом нагревание самих фотоэлементов приводит к снижению их производительности. А если какая-то часть батареи оказывается в тени, то она становится паразитной нагрузкой для всей цепи, вызывая падение выходного напряжения.

Кроме того солнечные батареи должны быть достаточно большими по площади, чтобы вырабатывать достаточную энергию. При этом батареи абсолютно бесполезны в тёмное время суток и малоэффективны в сумерки или плохую погоду. 

Принцип работы солнечной батареи - фотография 81 - изображение 81

Тем не менее работы по совершенствованию солнечных батарей продолжаются, но даже в нынешнем виде эти элементы используются в портативной электронике, в энергообеспечении зданий и транспортных средств, включая самолёты, а также космических аппаратов. 

Принцип работы солнечной батареи

Принцип работы солнечной батареи - изображение 82 - изображение 82

Солнечные батареи, как источник альтернативной энергии, сегодня уже не относят к инновационным технологиям науки. Впервые, использованные уже более сорока лет назад для электропитания станций в открытом космосе, они с успехом применяются, в качестве независимого источника экологически чистой электроэнергии.

Элементы солнечных батарей изготавливают из материалов, преобразующих солнечный свет в электричество. Фотоэлектрическая батарея конструктивно состоит из нескольких модулей, электрически и механически соединенных между собой. Каждый солнечный модуль – это устройство, объединяющее несколько фотоэлектрических элементов и выходные клеммы для подключения электроприемников. Фотоэлектрический элемент состоит из 2-х пластин полупроводникового материала. Основную часть, выпускающихся промышленностью элементов батарей, изготавливают из чистого кремния. На одну пластину, с целью придания ей свойств проводника отрицательных зарядов (n-область), наносят бор. Вторую же, с целью создания проводника положительных зарядов, покрывают фосфором (р – область).

Под воздействием солнечных лучей в зоне соприкосновения двух пластин возникает электродвижущая сила, которая способна создавать электрический ток во внешнем контуре, электрически соединенном с р- и n-областями. Для того, чтобы снять ток с батарей их пропаивают тонкими полосами меди. Спаянные друг с другом пластины спаивают, ламинируют, а затем закрепляют на стекле. Для придания конструкции прочностных свойств соединенные пластины размещают в алюминиевую раму.

Принцип работы солнечной батареи - фотография 83 - изображение 83

Принцип работы солнечной батареи 2 turion

Явление, в основе которого лежит принцип работы солнечных батарей, имеет название «внешний фотоэффект». Мощность, вырабатываемая батареей, напрямую зависит от площади ее поверхности. На эффективность работы солнечных батарей оказывает влияние также положение относительно Солнца модулей и интенсивность излучения. Таким образом, КПД батарей зависит от времени года, места установки, погоды.

Принцип работы солнечной батареи - фото 84 - изображение 84

Принцип работы солнечной батареи 3 turion

Энергия, генерируемая фотоэлектрической установкой, не предназначена для непосредственного подключения потребителей. Между электрогенерирующей установкой и потребляющей сетью необходимо подключать инвертор, с целью трансформирования напряжения в стандартные величины одно или трехфазного номинала (220 или 380В).

Солнечные фотоэлектрические модули способны вырабатывать электроэнергию в течение 25 и больше лет. Технический износ в большинстве случаев возникает вследствие влияния окружающей среды, поскольку в таких установках отсутствуют подвижные механизмы, а также нет никаких термодинамических процессов. Грамотно смонтированная солнечная батарея станет экологически безопасным, бесшумным и надежным источником электроэнергии на долгие годы.

Солнечные батареи: принцип работы

Принцип работы солнечной батареи - фото 85 - изображение 85

О том, что солнечные батареи являются источником энергии, обеспечивающим автономность питания многих систем, сегодня известно даже школьнику. Всё более широко применяется солнечное отопление, от солнечных батарей получают электропитание загородные дома и коттеджи.

И дело вовсе не в удалённости от цивилизации. В условиях непрерывно возрастающей стоимости всех без исключения энергоносителей, альтернативные способы получения энергии становятся актуальными не только для малообеспеченных слоёв населения.

Не следует забывать и об экологическом аспекте проблемы энергообеспечения. Очевидно, что работа солнечной батареи, в отличие от подавляющего большинства иных способов получения энергии, не имеет никакого негативного воздействия на окружающую среду и здоровье человека.

Солнечные батареи: принцип работы

Термин «солнечная батарея», нередко понимается по-разному. Чаще всего этим словосочетанием называют панель фотоэлектрических преобразователей, перерабатывающих солнечную энергию в электрическую. В целом, работа солнечной батареи сходна с работой транзистора. Обычный материал, используемый в изготовлении фотоэлектрических панелей – полупроводниковый кремень. Однако, когда целью является повышенная мощность, для производства солнечных батарей применяют кристаллический кремний.

Принцип работы солнечной батареи - фотография 86 - изображение 86

Солнечные батареи: принцип работы, плюсы использования

Изготовление осуществляется методом литья. Кроме кремния, в состав сплава входят незначительные доли бора и мышьяка. Полученный в результате сплав характеризуется гладкой синеватой поверхностью с неравномерными переливами.

Принцип работы солнечной батареи - фотография 87 - изображение 87

Как работает солнечная батарея

В упрощённом виде солнечная батарея представляет собой пару тонких листов из кремниевого сплава, сложенных и соединённых с сохранением p-n-перехода. При этом сплав первого листа имеет в своём составе атомы бора, а сплав второго – атомы мышьяка. Кроме того, для наружной пластины характерен переизбыток электронов, а для внутренней – недостаток.

Как работает солнечная батарея

Под воздействием солнечных лучей на элемент, обе пластины солнечной батареи начинают взаимодействие, процесс идентичен происходящему в обычной батарейке. В результате взаимодействия, возникает электродвижущая сила (ЭДС). Образно выражаясь, лучи солнца «пробуждают» электроны, и по законам физики последние начинают перемещение из одной пластины в другую.

Принципиальное же отличие от обычных батарей состоит в том, что в солнечных, не происходит никаких химических реакций. То есть, солнечные батареи для дома способны исправно функционировать весьма долгий срок.

Принцип работы солнечной батареи - изображение 88 - изображение 88

Солнечные батареи: принцип работы, плюсы использования

Говоря о сроке эксплуатации, точнее будет отметить, что его практически не существует. Однако сам принцип устройства может отличаться в некоторых деталях. Например, сплав, идущий на изготовление тонкослойных ячеек, может иметь в своём составе не только кремний, но и арсенид, галлий, селен, медь, теллурид, кадмий и другие металлы.

О том, что лучше, ветрогенератор или солнечные батареи, читайте в другой статье строительного журнала samastroyka.ru

Солнечные батареи: классификация + обзор панелей отечественных производителей

Принцип работы солнечной батареи - фото 89 - изображение 89

Совсем недавно автономные системы энергообеспечения домов казались фантастикой. Сегодня они уверено входят в нашу жизнь. Рачительные европейцы уже довольно давно используют так называемые солнечные батареи для обеспечения своего жилья электроэнергией. В России такие системы пока еще только набирают популярность. Связано это с достаточно высокой стоимостью оборудования. Однако технологии его производства совершенствуются, и цена на устройства понемногу падает, делая их все более доступными для покупателей. Какие панели выбрать для частного дома? Давайте разбираться.

Содержание

  • 1 Принцип действия солнечных батарей
  • 2 Типы фотоэлектрических преобразователей
    • 2.1 Кремниевые солнечные батареи
      • 2.1.1 Вид #1 - монокристаллические преобразователи
      • 2.1.2 Вид #2 - поликристаллические батареи
      • 2.1.3 Вид #3 - аморфные кремниевые панели
      • 2.1.4 Вид #4 - гибридные фотопреобразователи
    • 2.2 Полимерные пленочные солнечные преобразователи
  • 3 Что предлагает рынок - обзор производителей

Принцип действия солнечных батарей

Устройства, преобразующие в электроэнергию солнечный свет, работают по довольно простому принципу. Чтобы его понять, достаточно вспомнить школьный курс физики. В частности освежить знания о том, что такое p-n переход. Именно он способен преобразовывать энергию света в электрическую. Это явление ярко иллюстрирует опыт с  транзистором со спиленной крышкой. Свет падает на p-n переход, а подключенный к нему вольтметр начинает фиксировать незначительные значения электрического тока. При увеличении площади p-n перехода количество получаемой электроэнергии будет расти.

Принцип работы солнечной батареи - фотография 90 - изображение 90

Солнечные батареи: классификация + обзор панелей отечественных производителей Принцип работы солнечных батарей основан на преобразовании световой энергии в электрическую. Большая площадь панелей позволяет вырабатывать больше энергии

Все современные фотоэлектрические преобразователи работают с использованием этого принципа. Относительно большие площади пластин с p-n переходами позволяют получать достаточное количество электроэнергии. Постоянному усовершенствованию подвергаются материалы и конструкция, благодаря чему растет коэффициент фотоэлектрического преобразования, он же КПД устройства. Величина напряжения и выходного тока солнечной батареи напрямую зависят от степени внешней освещенности устройства.

Типы фотоэлектрических преобразователей

Количество разновидностей современных солнечных батарей приближается к десятку. Каждая вариация имеет свои особенности. Все их можно условно поделить на две большие группы - кремниевые и полимерные пленочные. Рассмотрим более подробно каждую из них.

Кремниевые солнечные батареи

Устройства вырабатывают постоянный ток, который появляется вследствие попадания на кремниевую или кремневодородную пластину солнечного излучения. Особенности материала таковы, что лучи солнца, попадающие на него, сдвигают электроны с орбит атомов. Освобожденные электроны образуют электрический ток. Такие устройства отличаются максимальной эффективностью, но достаточно сложны в изготовлении, что делает их недешевыми. Существует несколько разновидностей кремниевых батарей.

Вид #1 - монокристаллические преобразователи

Отличительная особенность элементов такого типа – направленность светочувствительных ячеек строго в одну сторону. С одной стороны, это очень хорошо, поскольку позволяет получать наиболее высокий из всех аналогичных систем КПД. У монокристаллических преобразователей он достигает 22%. Однако для работы панель должна всегда быть развернута к солнцу, иначе энергоотдача резко снижается.Рассеянный свет на закате или рассвете, в пасмурные дни дает очень небольшой результат, что делает монокристаллические преобразователи хорошим выбором для южных районов, где много солнечных дней. Внешне такие системы легко отличить по скошенным углам панелей, что обусловлено особенностями их изготовления, и глубокому черному цвету, который дают направленные в одну сторону ячейки.

Принцип работы солнечной батареи - изображение 91 - изображение 91

Солнечные батареи: классификация + обзор панелей отечественных производителей Монокристаллические модули отличаются наиболее высоким КПД. Они состоят из ориентированных строго в одну сторону кристаллов кремния

Вид #2 - поликристаллические батареи

На пластинах расположены разнонаправленные кристаллы кремния, что дает более низкий по сравнению с монокристаллами КПД. Он составляет порядка 18%. Внешний вид панелей так же отличается. Они представляют собой пластины правильной квадратной формы темно-синего цвета. Неоднородность их структуры и цвета объясняется тем, что в их состав входят разнородные кристаллы кремния, а кроме того присутствуют некоторые примеси.

Принцип работы солнечной батареи - фотография 92 - изображение 92

Солнечные батареи: классификация + обзор панелей отечественных производителей Поликристаллические солнечные батареи характеризуются неоднородной структурой и наличием ориентированных в разные стороны кристаллов кремния

Для изготовления поликристаллических панелей может использоваться не только первичный кремний, но и подготовленное вторичное сырье. Это объясняет наличие в оборудовании некоторого количества дефектов. Главное достоинство таких пластин – хорошая энергоэффективность при рассеянном свете, что делает их незаменимыми для местностей, где пасмурная погода не редкость.

Вид #3 - аморфные кремниевые панели

Аморфные элементы представляют собой очень тонкие слои кремния, которые получают напылением материала в вакууме. Основой становится фольга из высококачественного металла, пластик или стекло. КПД таких устройств невелик и составляет всего 6%. Это объясняется более быстрым, чем у пластин кристаллического вида, выгоранием кремниевых слоев под воздействием солнечной радиации. Как показывает практика, эффективность аморфных панелей через два месяца эксплуатации понижается примерно на 20%. По прошествии полутора-двух лет батарея может просто выйти из строя.

Принцип работы солнечной батареи - изображение 93 - изображение 93

Солнечные батареи: классификация + обзор панелей отечественных производителей Модули, выполненные из аморфного кремния, отличаются невысоким КПД, зато они очень эффективно работают в условиях рассеянного светового потока

Однако их применение вполне оправданно. Светочувствительные ячейки ориентированы хаотично, что существенно повышает эффективность устройств в пасмурную погоду и при рассеянном свете. Кроме того степень поглощения поступающего светового потока у аморфных панелей почти в двадцать раз выше, чем у аналогичных кремниевых устройств-конкурентов. Безотходная технология производства таких батарей позволяет существенно снижать их стоимость. Внешне аморфные пластины можно отличить по темно-серому цвету.

Вид #4 - гибридные фотопреобразователи

Такие панели объединяют микрокристаллы и аморфный кремний. Свойства гибридных преобразователей светового потока очень близки к свойствам поликристаллических элементов. Единственная разница в том, что их производительность в условиях рассеянного света намного выше. Еще одно отличительное свойство таких панелей – способность преобразовывать в электрический ток не только излучение ультрафиолетового спектра, но и лучи инфракрасного диапазона.

?feature=oembed" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture" allowfullscreen> />?feature=oembed" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture" allowfullscreen> wmode="transparent" />

Полимерные пленочные солнечные преобразователи

Перспективная альтернатива кремниевым батареям. Представляют собой пленку, состоящую из полимерного активного слоя, алюминиевых электродов, органической гибкой подложки и особого защитного слоя. Пленочные фотоэлементы объединяются между собой, в результате чего получается рулонная солнечная батарея. Такие устройства очень гибкие, компактные и легкие. Их стоимость несколько ниже кремниевых аналогов, поскольку в производстве не используется дорогостоящий кремний. Кроме того устройства более экологичны, поскольку оказывают на окружающую среду меньшее влияние.КПД таких устройств невысок. Он составляет порядка 6,5%. В промышленных масштабах первые полимерные батареи начали выпускать в Дании. Процесс производства заключается в особой многослойной печати фотоэлемента на специальную гибкую пленку. Ее впоследствии можно резать, скручивать и изготавливать солнечные батареи практически любых размеров. Стоимость пленочных элементов на порядок ниже, чем у кремниевых. Однако найти такие панели в продаже пока еще очень сложно. Производство находится  в ранней стадии развития.

Принцип работы солнечной батареи - фотография 94 - изображение 94

Солнечные батареи: классификация + обзор панелей отечественных производителей Для изготовления полимерных солнечных модулей не нужен дорогостоящий кремний, что существенно удешевляет производство

Что предлагает рынок - обзор производителей

На российском рынке в большом ассортименте представлены поли- и монокристаллические панели. Большая их часть произведена в Китае, что не удивительно, поскольку эта страна – лидер по производству и продаже различных систем генерации солнечной энергии. На рынке так же представлена немецкая продукция от компаний SCHOTT и Calixo, японская от фирмы SHARP и товары российских компаний. Последние чаще всего занимаются сборкой солнечных элементов из комплектующих китайского производства.Тем не менее, в России есть предприятия, производящие фотопреобразователи. Завод «Хевел», расположенный в Новочебоксарске, выпускает тонкопленочные гибридные панели. Завод «Сатурн» в Краснодаре специализируется на солнечных батареях, работающих на арсениде галлия. Последние большей частью предназначены для космической промышленности. Бытовые модули производят два предприятия: «Завод металлокерамических приборов» в Рязани и   «Телеком-СТВ» в Зеленограде.

Принцип работы солнечной батареи - фотография 95 - изображение 95

Солнечные батареи: классификация + обзор панелей отечественных производителей Отечественные производители выпускают различные типы кремниевых солнечных батарей

Завод в Рязани производит два основных типа устройств:

  • RZMP-130-Т с диапазоном мощностей от 105 до 145 Вт.
  • RZMP-220-Т с диапазоном мощностей от 200 до 240 Вт.

Устройства состоят из нескольких последовательно соединенных элементов. Панель покрыта высокопрозрачным закаленным текстурированным стеклом и помещена в алюминиевый профиль. Такая конструкция придает батарее прочность и защищает от неблагоприятных атмосферных воздействий. Стоимость таких устройств достаточно высока. К примеру, модель RZMP-130-Т, мощность которой 120 Вт, обойдется покупателю в более чем 16 000 руб. «Телеком-СТВ» выпускает намного больше различных моделей солнечных батарей. Среди них поли- и монокристаллические модули, специализированные и особые гибкие батареи, а так же монокристаллические панели повышенной эффективности. Выходное напряжение может быть адаптировано как для высоковольтных систем (34-38 В), так и для низковольтных (17-18,5 В).Кремниевые модули выпускаются в алюминиевой рамке, накрытые специальным текстурированным стеклом. Производитель дает на свои батареи пять лет гарантии и сертифицирует свое оборудование, хотя по закону это делать не обязательно. Зеленоградские панели более легкие и менее габаритные, чем рязанские. Стоимость их почти в полтора раза ниже, несмотря на то, что качество солнечных батарей неизменно высокое.

Принцип работы солнечной батареи - изображение 96 - изображение 96

Солнечные батареи: классификация + обзор панелей отечественных производителей Солнечные модули на основе аморфного кремния от завода "Хевел" могут работать в различных климатических условиях

Завод «Хевел» единственный в России, выпускающий модули по микроморфной технологии. Это пластины, выполненные на базе аморфного кремния с некоторым количеством вкраплений микрокристаллов. Панели эффективно работают в условиях рассеянного света и уверенно конкурируют с поли- и монокристаллическими батареями. Предприятие только начало выпуск продукции, поэтому найти ее пока можно не во всех магазинах. Стоимость таких панелей достаточно демократична. За устройство мощностью 125 Вт придется отдать порядка 10 000 руб, что несколько выше, чем у основного конкурента предприятия Тайваньского Green Energy Technology. Их продукция с аналогичными свойствами стоит около 7 000 руб.Ассортимент солнечных батарей очень широк. И только человек, собирающийся приобрести фотопреобразователь, может решить, на каком варианте ему остановиться. При этом стоит учесть и мнение специалистов, которые рекомендуют для обустройства автономного электроснабжения дома остановить свой выбор на поликристаллических модулях. Понятно, что монокристаллические более эффективны, но не нужно забывать, что это достаточно условный показатель. Использование солнечных батарей становится все более популярным. Несмотря на свою дороговизну, эти устройства достаточно быстро окупаются. А главное, они позволяют получать необходимую электроэнергию практически «из ничего».

Как работает солнечная батарея и особенности ее устройства

Принцип работы солнечной батареи - изображение 97 - изображение 97

Принцип работы солнечной батареи - фото 98 - изображение 98

Солнечные батареи — популярный экологически чистый и безопасный источник электроэнергии. В последнее время эта технология нашла широкое распространение, мотивируя людей к переходу на возобновляемую и доступную энергию, направленную впоследствии на питание промышленной и бытовой техники. Чтобы разобраться в сложном процессе, нужно предварительно узнать, как работает солнечная батарея.

Содержание

  • Принцип действия
  • Виды преобразующих панелей
  • Эффективное расположение прибора
  • Введение в электросеть

Принцип действия

Описываемое устройство уникально тем, что преобразует световую энергию, получаемую от солнечных лучей, в электроток. В основу таких приборов стандартно заложены фотоэлементы в виде фотоэлектрических полупроводниковых преобразователей.

Если рассматривать современные модели батарей, работающих от солнца, они различаются по ряду параметров:

  • габариты;
  • производимая мощность;
  • производитель (стоимость).

Отмечено, что описываемые приспособления часто встречаются в конструкциях, которыми человек ежедневно пользуется, начиная от примитивных калькуляторов и заканчивая масштабными электростанциями солнечного типа.

Принцип работы солнечной батареи - фотография 99 - изображение 99

Стоит детальнее разобраться, как устроена солнечная батарея. Во время сборки фотоэлемента на монокристаллическую пластину из кремния наносится тонкий слой из бора и фосфора. В кремниево-фосфорной прослойке образуются свободные электроны. Полоска же с добавлением бора (анод) представлена отсутствующими электронами. Поступление на фотоэлемент кванта света приводит частицы в движение, они перемещаются между слоями. Передвигающиеся электроны высвобождают некое количество энергии, образуя разность потенциалов. Последняя определяется интенсивностью подаваемого света.

Принцип работы солнечной батареи - фото 100 - изображение 100

Высвобожденная описанным методом энергия должна выводиться из отдельных многочисленных пластин. Для этого на фотоэлектрических преобразователях созданы металлизированные дорожки. Максимальная мощность батареи напрямую зависит от ее площади. Количество вырабатываемого электричества возрастает пропорционально увеличению численности отельных пластин.

Виды преобразующих панелей

Существует несколько видов батарей, отличающихся конструктивными особенностями, процентным соотношением преобразования солнечного света. Они обладают следующими характеристиками:

  1. Принцип работы солнечной батареи - изображение 101 - изображение 101

    Панели на основе кремниевых фотоэлементов являются наиболее распространенными, представляют порядка 80% от общего объема создаваемых устройств. Добыча кремния и создание легирующего покрытия является дорогостоящей процедурой, но в настоящее время стоимость таких производственных процессов постепенно уменьшается. Кремний не является редким элементом земной коры. В ближайшем будущем именно батареи, основанные на нем, будут применяться повсюду. Существенный недостаток заключается в небольшом коэффициенте светопоглощения, т. к. кремний относится к непрямозонным полупроводникам. Готовые фотоэлементы в результате имеют увеличенную толщину, а устройство много весит.
  2. Отличительная черта панелей тонкопленочного типа — повышенный в сравнении с предыдущим вариантом коэффициент светопреобразования. Фотоэлементы (прямозонные полупроводники) толщиной всего в пару микрон вырабатывают достаточное количество энергии. Масса обозначенных панелей незначительная, они часто устанавливаются на жилых домах, автомобилях. Основное преимущество тонкопленочных батарей заключается в возможности эффективно функционировать даже в пасмурную погоду.
  3. Концентраторные модули отличаются самой большой эффективностью (порядка 45%), но их также отличает высокая цена. Конструктивно фотоэлементы представлены одновременно полупроводниками нескольких видов, выстроенных в определенной последовательности. Часто применимая схема представлена дорожкой-полупроводником Ge, верхним слоем GaInP, средним слоем GaAs. Такие пласты расположены особым образом, за счет чего солнечная энергия эффективно усваивается в пасмурную и в ясную погоду. Особенность заключается в сложной сборке концентраторных модулей, требующей максимальной точности.
  4. Батареи органического типа находятся в разработке, в продаже их невозможно встретить. Их фотоэлементы работают аналогично фотосинтезу растений. На их поверхность нанесен тончайший слой светочувствительной краски.
  5. Принцип работы солнечной батареи - изображение 102 - изображение 102

    Фотоэлектрические преобразователи, основанные на монокристаллическом кремнии (эффективность порядка 20%). В этом случае основу фотоэлемента представляет монокристалл из очищенного кремния, выращенный из специального кремниевого сплава. В готовом виде монокристаллы представлены стержнями кубической формы. Далее полученный куб разделяется на пластины не более чем в 180 Мк толщиной. Полученные детали тщательно очищаются, проходят процесс армирования специальным защитным слоем. Поверхность металлизируется, обрабатывается антирефлексивным веществом.
  6. Фотоэлектрические панели, работающие на поликристаллическом кремнии (КПД — около 15%). Этот материал добывается при переработке кремниевого остывшего расплава. Процесс образования рабочих стержней продолжительный, т. к. расплав происходит при низкой температуре, но значительно проще в сравнении с формированием монокристаллов.
  7. Батареи фотоэлектрического типа на аморфном кремнии (эффективность — 10%). Основной компонент добывается по принципу испарительной фазы, когда пленка из кремния закрепляется на несущем материале, армируется специальным компонентом для обеспечения защиты. Преимущество заключается в производстве панелей масштабных площадей, малой себестоимости. Из отрицательных моментов отмечается незначительный эксплуатационный ресурс, причиной чему служит ускоренная деградация.

Эффективное расположение прибора

Принцип работы солнечной батареи - изображение 103 - изображение 103

Высокая эффективность от эксплуатации батарей на солнечных лучах достигается путем выработки необходимой энергии на протяжении наибольшего количества часов в световой день. Решается поставленная задача посредством правильного расположения описываемых панелей по отношению к траектории солнечных лучей.

Если говорить про распространенное статичное размещение батареи, предполагается ее обращение в восточном направлении с незначительным уклоном. Так солнце на протяжении большей части светового дня будет поступать на фотоэлементы.

Принцип работы солнечной батареи - фото 104 - изображение 104

 

Удачным считается изменяемое расположение, когда солнечная батарея закрепляется на подвижной конструкции с целью повышения эффективности энергопреобразования. Такое решение предусматривает изменение угла наклона рабочей поверхности в зависимости от расположения солнечных лучей. К такому решению пользователи приходят нечасто, т. к. эксплуатация привода отличается высокой стоимостью.

 

Введение в электросеть

Принцип работы солнечной батареи - фото 105 - изображение 105

Устройство солнечных батарей заключается в преобразовании энергии солнца в электроток. Однако для его использования в бытовых условиях необходима трансформация еще в переменный ток, поступление непосредственно в рабочую электросеть.

Трансформирование получаемого напряжения возможно только при использовании инвертора. Так, на вход подобного приспособления поступает постоянный ток, а на выходе получается переменный, отличающийся необходимой мощностью, оптимальными частотными характеристиками. Принцип работы солнечной батареи заключается также в скоплении электроэнергии свинцово-кислотными аккумуляторами, которыми комплектуются абсолютно все солнечные батареи.

Солнечные батареи смело можно назвать функциональными приборами будущего. Они позволяют экономить расходы на энергию, добывая ее естественным путем, безопасным для окружающей среды.

Что надо знать про солнечные батареи для дома: их выбор, размещение и использование

Принцип работы солнечной батареи - изображение 106 - изображение 106

Как дополнительный и альтернативный источник энергии, солнечные батареи достаточно активно применяются не только в промышленных, но и бытовых условиях. Но прежде чем установить себе такой источник электроэнергии, покупателю важно узнать, как подобрать оптимальные по характеристикам и мощности солнечные батареи для дома, ведь цена готовых комплектов варьируется в достаточно большом диапазоне. Попробуем разобраться как подбирают солнечные батареи для дома, стоимость комплекта, и что в него входит.

Принцип работы солнечной батареи - изображение 107 - изображение 107

Применение солнечных батарей в условиях средней полосы – здесь тоже возможно использование бесплатной энергии Источник 2gis.ru 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.

Срок службы солнечных батарей

Как правило, в документах на оборудование, указывается срок годности от 20 до 25 или даже 30 лет. Однако многие устройства продолжают функционировать и по прошествии указанного производителями периода. Например, первая в мире солнечная батарея работает уже свыше 60 лет, а за эти годы технология производства была существенно усовершенствована.

Принцип работы солнечной батареи - фотография 108 - изображение 108

Прототип солнечной батареи был разработан еще в конце XIX века Источник studygu.ru

Явно можно выделить только один недостаток – при постоянной эксплуатации мощность оборудования снижается, тем не менее эти показатели незначительны: за 10 лет не больше чем на 10%.

При соблюдении несложных рекомендаций срок службы солнечных панелей можно увеличить:

  • Предупреждать физические повреждения, такие как падение деревьев, срыв ветром и царапин на чувствительных элементах. От последних зависит эффективность работы устройства.
  • Регулярно производить уход: обслуживание и очистку.
  • При необходимости установить ветрозаградительные конструкции.

Солнечные панели для частного дома (готовые комплекты) в систему включают следующие составляющие: аккумуляторные батареи и силовая электроника. Срок службы первых устройств составляет от 2 до 15 лет, вторых – от 5 до 20 лет, в зависимости от характеристик, интенсивности эксплуатации и бережного ухода.

Общие характеристики и доступность приобретения

Оборудование не наносит вреда окружающей среде и обеспечивает стабильное питание без скачков напряжения. И, главное, поставляет бесплатную энергию: за которую не приходят коммунальные счета.

Принцип работы солнечной батареи - фотография 109 - изображение 109

Внешний вид солнечных панелей мало изменился, после их изобретения, чего не скажешь о внутренней «начинке» Источник ecoteco.ru

Солнечная модуль преобразовывает свет в электрическую энергию, генерируя постоянный ток. Площадь панелей может достигать нескольких метров. Когда необходимо увеличить мощность системы, увеличивают количество модулей. Их эффективность зависит от интенсивности солнечного света и угла падения лучей: от местоположения, сезона, климатических условий и времени суток. Чтобы грамотно учитывать все эти нюансы, монтаж должны выполнять профессионалы.

Виды модулей:

  • Монокристаллические. Состоят из силиконовых ячеек, преобразующих солнечную энергию. Отличаются компактными размерами. По своей производительности это самая эффективная (эффективность до 22 %) солнечная батарея для дома. Комплект (цена его одна из дорогостоящих) обойдется от 100 тыс. рублей.
  • Поликристаллические. В них используется поликристаллический кремний. Они не так эффективны (эффективность до 18%), как монокристаллические фотоэлементы. Зато их стоимость существенно ниже, поэтому они доступны широким слоям населения.
  • Аморфные. Имеют тонкопленочные фотоэлементы на основе кремния. Уступают моно и поликристаллам по выработке энергии, но и стоят дешевле. Их преимуществом является способность функционировать при рассеянном и даже слабом освещении.

Принцип работы солнечной батареи - фото 110 - изображение 110

Поликристаллическая солнечная панель Источник superfb.site

На нашем сайте Вы можете найти контакты строительных компаний, которые предлагают услугу электротехнических работ. Напрямую пообщаться с представителями можно посетив выставку домов «Малоэтажная Страна».

В систему входят также следующие компоненты:

  • Инвертор, который преобразует постоянный ток в переменный.
  • Аккумуляторная батарея. Она не только накапливает энергию, но и нивелирует перепады напряжения, когда меняется уровень освещенности.
  • Контроллер зарядного напряжения аккумулятора, режима зарядки, температуры и других параметров.

В магазинах можно приобрести как отдельные компоненты, так и целые системы. При этом мощность устройств определяется исходя из конкретных потребностей.

Функционирование, виды преобразователей и их сравнительная энергоэффективность

Преобразователи или инверторы являются ключевыми компонентами солнечных батарей. Они трансформируют постоянный ток, вырабатываемый модулем в переменный напряжением 220 В, который необходим для работы электрических приборов. Инверторы имеют мощность от 250 до 8000 Вт. При покупке рекомендуют учитывать самую высокую нагрузку на сеть и соотносить напряжение и мощность. Оптимальными считаются параметры: 12 вольт и 600 ватт, 24 Вольт при 600-1500 Ватт, 48 Вольт, если мощность больше 1500 Ватт.

Принцип работы солнечной батареи - фото 111 - изображение 111

Инвертор, на принципиальной схеме работы солнечных батарей Источник studygu.ru

Разновидности преобразователей

  • Автономный. Перед тем как выбрать инвертор, надо определить, какие приборы будут от него питаться, и подсчитать их общую максимальную мощность в единицу времени. Рекомендуется взять мощность инвертора несколько больше. Некоторые бытовые электроприборы при включении создают резкое увеличение напряжения, из-за которого устройство может выйти из строя.
  • Синхронный. Они накапливают энергию, а излишки передают в электрическую сеть. В случае недостатка электричества, выработанного системой, преобразователь «позаимствует» его из общей сети. Применение модели синхронного типа позволит избежать перебоя в энергоснабжении.
  • Многофункциональные устройства объединили в себе преимущества первого и второго вида.

Видео описание

На видео показано, как выбрать инвертор для частного дома:

На общую стоимость солнечных батарей для частного дома влияют и преобразователи. В зависимости от формы сигнала напряжения на выходе существует несколько видов их видов, которые различаются применением и стоимостью:

  • С синусоидальным сигналом. Создают ток высокого качества, что сказывается на их стоимости. От них работают крупные бытовые приборы: холодильники, котлы, кондиционеры.
  • Прямоугольным. К этим недорогим инверторам подключают осветительные приборы. Большинство домашних бытовых приборов с ними несовместимы.
  • Псевдосинусоидальным. Их преимуществом является возможность подключения практически всей домашней техники. Но качество сигнала снижено по сравнению с первым видом, поэтому они стоят дешевле.

Принцип работы солнечной батареи - изображение 112 - изображение 112

Ребристая форма инвертору нужна для максимально эффективного охлаждения Источник superfb.site Это может быть интересно! В статье по следующей ссылке читайте про второй свет в частных домах. 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.

Принцип работы солнечной батареи - фотография 113 - изображение 113

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.

Принцип работы солнечной электростанции в домашних условиях

Солнечная электростанция – это система состоящая из панелей, инвертора, аккумулятора и контроллера. Солнечная панель трансформирует лучистую энергию в электричество (как было сказано выше). Постоянный ток попадает в контроллер, который распределяет ток по потребителям (например, компьютер или освещение). Инвертор преобразовывает постоянный ток в переменный и обеспечивает работу большинства электрических бытовых приборов. В аккумуляторе накапливается энергия, которая можно расходовать в темное время суток.

Видео описание

На видео пример расчетов, показывающий, сколько панелей нужно для обеспечения автономного энергоснабжения:

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.

Принцип работы солнечной батареи - фото 114 - изображение 114

Принцип действия солнечного коллектора Источник 21ek.ru

Это может быть интересно! В статье по следующей ссылке читайте про электропроводку в деревянном доме.

Популярные производители солнечных батарей

Самой распространенной в России является продукция китайских производителей, благодаря относительной дешевизне, по сравнению с продукцией, произведенной в других странах. К примеру, солнечные батареи из Китая почти вдвое ниже по цене, чем немецкие.

Чаще всего на прилавках встречается продукция компаний Yingli Green Energy и Suntech Power Ко. Также популярностью пользуются панели HiminSolar (Китай). Их солнечные батареи производят электроэнергию даже в дождливую погоду.

Производство солнечных батарей налажено и у отечественного производителя. Этим занимаются такие компании:

  • ООО «Хевел» в Новочебоксарске;
  • «Телеком-СТВ» в Зеленограде;
  • «Sun Shines» (ООО «Автономные Системы Освещения») в Москве;
  • ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов»;
  • ЗАО «Термотрон-завод» и другие.

По стоимости всегда можно найти подходящий вариант. Например в Москве на солнечные батареи для дома стоимость будет варьироваться от 21 000 до 2 000 000 руб. Стоимость зависит от комплектации и мощности устройств.

Принцип работы солнечной батареи - изображение 115 - изображение 115

Солнечные батареи не всегда плоские – есть ряд моделей, которые фокусируют свет в одной точке Источник pinterest.com Этапы монтажа батарей

  1. Для установки панелей выбирается самое освещенное место – чаще всего это крыши и стены зданий. Чтобы устройство функционировало максимально эффективно, панели монтируются под определенным углом к горизонту. Учитывается также уровень затемненности территории: окружающие предметы, которые могут создавать тень (постройки, деревья и т. п.)
  2. Устанавливаются панели при помощи специальных крепежных систем.
  3. Затем модули соединяются с аккумулятором, контроллером и инвертором, и производится наладка всей системы.

Для эффективного функционирования оборудования и продолжительного срока службы необходимым условием является правильно выполненный монтаж, который под силу только опытным специалистам.

Несмотря на сложность подключения и калибровки, срок работ невелик – при наличии соответствующих инструментов, грамотные монтажники затратят на все про все примерно полдня.

Для монтажа системы всегда разрабатывается персональный проект, который учитывает все особенности ситуации: как будет выполняться установка солнечных батарей на крыше дома, цена и сроки. В зависимости от вида и объема работ, все проекты рассчитываются в индивидуальном порядке. Клиент принимает работу и получает на нее гарантию.

Принцип работы солнечной батареи - фото 116 - изображение 116

Установка солнечных батарей должна производиться профессионалами и с соблюдением мер безопасности Источник pinterest.ca Это может быть интересно! В статье по следующей ссылке читайте про отопление частного дома электричеством. Как итог – перспективы развития солнечных технологий

Если на Земле максимально эффективной работе солнечных батарей мешает воздух, который в известной пере рассеивает излучение Солнца, то в космосе такой проблемы не существует. Учеными ведется разработка проектов гигантских орбитальных спутников с солнечными батареями, которые будут работать 24 часа в сутки. От них энергия будет передаваться на наземные приемные устройства. Но это дело будущего, а для уже существующих батарей усилия направлены на повышение энергоэффективности и уменьшение размеров устройств.

Оставить заявкуОбратный звонокЗакрытьТелефонИмяВопросНажимая "Отправить", даю согласие "Малоэтажная страна" на обработку введенной информации и принимаю условия Пользовательского соглашенияЗакрытьОтправитьЗаявка отправленаЗакрыть

Наш адрес: МО, г. Котельники, Дзержинское шоссе, вл. 7/7. 500м от МКАД, рядом с магазином ИКЕА Белая Дача

Источники:

Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Оставить комментарий:

Отправить

Полезные сервисы:

Опрос: Насколько Вам помогла информация на нашем сайте? (Кол-во голосов: 193)
Сразу все понял
Не до конца понял
Пришлось перечитывать несколько раз
Вообще не понял
Как я сюда попал?
Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа. Результаты