Солнечные батареи применяются для автономного или резервного обеспечения электроэнергией. Основным материалом для изготовления солнечных батарей является кремний, один из самых распространённых твердых веществ элементов земной коры. Топливом для солнечной батареи являются солнечные лучи, бесплатные, экологически безопасные и неисчерпаемые.
Преобразование солнечной энергии в солнечных батареях основывается на фотоэлектрическом эффекте, возникающем в неоднородных полупроводниковых структурах под воздействием солнечного излучения. Солнечная энергия превращается в электричество следующим образом. При попадании светового луча на кремниевый кристалл, фотон вырывает один электрон из целостной кристаллической решетки, заставляя этот электрон свободно передвигаться. Освобожденные электроны, обладающие отрицательным зарядом, и дыры (места выбивания электрона) являются носителями положительного заряда. При их взаимодействии и вырабатывается электричество.
Солнечные батареи отличаются своей долговечностью (более 30 лет) и не требуют ремонта из-за отсутствия каких-либо механических деталей и полной загерметизации; абсолютно бесшумны в процессе выработки электроэнергии и экологически чисты.
Под словом «солнечная батарея» чаще всего имеют в виду систему полного автономного солнечного электроснабжения, частью которой и является солнечная батарея.
Состав системы автономного электроснабжения:
- Солнечные батареи (преобразовывают солнечное излучение в электроэнергию);
- Контроллер заряда (оптимизирует режимы заряда и разряда аккумуляторных батарей для продления срока их службы, контролирует рабочие параметры системы);
- Аккумуляторы (сохраняют получаемую от солнечного модуля электроэнергию и выдают её в необходимый момент);
- Инвертор (преобразует постоянный ток в переменный с чистым синусоидальным выходящим сигналом).
С помощью автономной системы солнечных батарей на 4 квадратных метра возможно обеспечивать бесперебойное автономное энергоснабжение дачи или дома на территории стран СНГ с ежедневным потреблением энергии до 15 кВт в час с учетом зимней инсоляции (отсутствия солнечных дней). Мощность модуля составит примерно 10 Вт, а напряжение при максимальном уровне нагрузки – около 25 В. Ток короткого замыкания — около 500 мкА. Общий вес такого модуля не превышает 2 кг. Стандартный КПД солнечной установки – от 14% до 18%.
Эффективность солнечных батарей
Несмотря на относительно низкий КПД солнечных батарей, они являются самым эффективным источником электричества из альтернативных автономных источников питания. Тем не менее, из-за высокой себестоимости солнечной батареи и от необходимости определенных погодных условий, они популярны не в качестве основного, а в качестве дополнительного источника питания. Это обусловлено достаточно высокой стоимостью солнечных батарей и сравнительно малым выходом энергии с квадратного метра (в ясный солнечный день с одного метра квадратного площади можно получить не больше 120 Вт мощности — этого не хватит даже для работы ноутбука).
Для получения больших значений мощности солнечные панели соединяют в мини электростанции. С 10 квадратных метров можно иметь уже 1кВт энергии, этого достаточно для одновременной работы стационарного компьютера и холодильника. Для семьи из четырех человек 20 квадратных метров солнечных батарей хватит для полноценной жизни.
Рекомендуется устанавливать солнечную батарею на южной стороне крыши, при среднестатистических среднегодовых 19 солнечных днях это даст около 500 кВт энергии в месяц на 1 метре квадратном. Стоимость такой установки составляет около 10 тыс. $, включая монтаж системы специалистами фирмы. Эта сумма окупается в течение 7-10 лет. Отдельно монтаж системы стоит 150-200$ и занимает до двух часов. Зимой и в темное время суток солнечная батарея энергию практически не вырабатывает, в среднем полноценно работая в 35% дней года. Солнечные батареи выдерживают давление в 2500 Па. Им не страшен ни снег, ни град, ни сильный ветер.
Преимущества солнечных батарей
- срок службы более 30 лет;
- полная или частичная независимость от каких-либо энергопоставляющих организаций;
- вероятность выхода из строя солнечной батареи или её поломки минимальна;
- отсутствие необходимости в обслуживании;
- бесплатность солнечной энергии.
Недостатки солнечных батарей:
- высокая себестоимость и длительный срок окупаемости;
- прямая зависимость от погоды и времени года;
- невысокий КПД относительно традиционных источников энергии.
Самые популярные фирмы-производители солнечных батарей и систем: Sharp, Q-Cells, Kyocera, Sanyo, Mitsubishi, RWE Schott Solar, BP Solar. На сегодняшний день можно заказать солнечную установку любой мощности, но самые ходовые с мощностью от 10 Вт до 200 Вт.
Солнечная батарея своими руками:
- Покупаем солнечные элементы с припаянными проводниками на радио-рынке, в специализированных магазинах или через интернет размерами 81х150 мм (3 $/шт); — фото 1 и 2
- Делаем сборочную панель из фанеры, наносим на неё сеточный рисунок с ячейками 86х155 мм. Крепим к фанере крестики для укладки плитки, чтобы избежать скольжения элементов; — фото 3 и 4
- Берем оргстекло размерами 76х68 см, на нем располагаем 4 ряда по 8 элементов в каждом;
- Сборочную панель укладываем горизонтально и начинаем монтировать солнечные элементы при помощи паяльника. Цепочки элементов соединяем между собой плоским широким проводом (специальной шиной). Таким же образом выводим полюса батареи наружу; фото 5 и 6
- Крепим солнечные элементы к подложке монтажной лентой. Небольшие куски ленты приклеиваем к середине всех элементов. Клейкая часть должна находиться выше, чем контакты и пластиковые крестики на сборочном столе; фото 7
- Прикладываем на элементы подложку из оргстекла и хорошенько прижимаем, закрепляя таким образом солнечные элементы на подложке; фото 8
- При помощи этой же монтажной ленты крепят шины на подложке;
- Фронтальное стекло крепим на более широкой ленте. Борта делаем из двух слоев ленты, чтобы они были на уровне клейких площадок элементов. Для того чтобы стекло не приклеивалось, на каждом бортике отрываем бумажный слой на концах и слегка его загибают; фото 9
- Прикладываем фронтальное стекло и вытягиваем защитную бумагу, слегка приподняв стекло. При этом стекло приклеивается, а стык получается красивым и аккуратным; фото 10 и 11
- После проведения всех вышеперечисленных операций получаем готовую к использованию солнечную батарею. Фото 12
Трудозатраты на сборку солнечной батареи своими руками по описанной методике составляют около 5 часов, а финансовые затраты не превышают 200 $. Мощность полученной батареи будет составлять 15 Вт. Никакого ухода за собой солнечная панель не требует.
Установка солнечной батареи:
- Существуют правила по установке солнечных батарей, от выполнения которых зависит эффективность и КПД данного источника энергии. Панель с солнечными элементами ставят таким образом, чтобы солнечные лучи падали перпендикулярно плоскости батареи. Все покупные батареи оснащаются трекером – устройством для вращения конструкции, поворачивающую батарею по направлению Солнца. В зависимости от времени года солнечным панелям задают нужное направление.
- Полная установка солнечной батареи на выделенном участке занимает несколько дней. Некрупные по размерам панели рекомендуется устанавливать на крышах домов. Таким образом, достигается значительная экономия площади (не нужно сооружать специальную площадку). Угол наклона панели с солнечными элементами должен стремиться к 45°. При этом необходимо учитывать расположение создающих помехи объектов (соседние здания и деревья, линии электропередач).
- Для монтажа солнечных батарей необходимо использовать какие-либо поддерживающие конструкции. Они будут обеспечивать правильный наклонный угол конструкции, её устойчивость и жесткость. Устанавливать солнечную панель следует настолько жестко, чтобы она могла выдерживать порывы ураганного ветра и касательные удары разнообразных предметов.
- В зависимости от вида поверхности используют разные варианты установки солнечных панелей. Наклонный вариант установки используют на покатых крышах с любым углом наклона.
- А на плоскую крышу солнечные батареи устанавливают горизонтальным способом. Солнечную установку с опорной конструкцией устанавливают свободностоящим способом. Для встроенного способа установки солнечных панелей все элементы установки интегрируют напрямую с самим зданием. В таком случае солнечные системы уже изначально предусмотрены в строительном проекте.
- Если вы желаете скомбинировать солнечную батарею с другим источником альтернативного питания, например, ветрогенератором, используйте гибридный способ установки солнечной панели.
