Какие бывают солнечные панели

Как появились и как работают современные солнечные панели?

Современный мировой тренд на экологически чистые источники энергии предполагает активное использование различных средств ВИЭ. К ним, в числе прочего, относятся ветрогенераторы и солнечные панели. Конечно, идут разработки и других методов генерации чистой энергии, но, как можно заметить, именно солнечные панели чаще рассматриваются в качестве наиболее популярной альтернативы другим, традиционным, инструментам генерации электричества.

В ряде стран государство стимулирует граждан и бизнес использовать солнечные панели в качестве одного из источников чистой энергии. Схожий процесс начинается и в России. В некоторых регионах, где установка панелей оправдана климатическими и экономическими соображениями, бизнес и граждане также активно начинают вовлекаться в этот процесс. Однако далеко не все пока знают и понимают, в чем преимущества и на чем основаны принципы работы солнечных панелей. Именно для таких читателей мы подготовили эту статью.

Как появились солнечные панели?

История изобретения солнечных панелей восходит к работам французского физика Александра Беккереля (1820-1891), открывшего в 1839 г. фотоэлектрический эффект.

Александр Эдмон Беккерель (1820-1891)

Этот термин на английском звучит, как photovoltaic, то есть, “фотовольтаический” (сокращенно PV), или “фотоэлектрический”. Отсюда современное название солнечных панелей в английском языке.

Описанный Беккерелем принцип был положен в основу изобретения итальянского физика и инженера Джакомо Чамичана. Именно ему приписывается изобретение в 1912 году солнечных панелей. Сам он был активным пропагандистом этого способа получения энергии Солнца.

Джакомо Чамичан (1857-1922)

Что же касается первого патента на солнечные панели, то первым его получил в 1941 году американский инженер и исследователь Рассел Ол. Затем в 1954 году компания “Bell Laboratories” объявила о создании солнечных батарей собственного производства. С этого момента можно отсчитывать историю эксплуатации нового изобретения: на космических аппаратах и на Земле в коммерческих проектах.

1955 год: электромонтер компании Southern Bell устанавливает солнечную панель
“Где же у него кнопка”, то есть, как они работают?

Знать теорию — это хорошо, но гораздо важнее, с умом использовать ее для вещей практического характера. Открытие Беккереля, как вы уже знаете, смогли с успехом использовать на практике. Но как все это заставили работать? Вот основной вопрос. Конечно, здесь никто не собирается погружать вас в дебри науки и инжиниринга, но дать общее представление о новой технологии было бы нелишним.

Устройство современных солнечных панелей не такое уж и сложное. Формально, они представляют собой пару кремниевых пластин со специальным покрытием (хотя структура представляет собой нечто более сложное, что видно на схеме ниже). Для покрытия используют бор и фосфор. Именно последний позволяет образоваться на пластине свободным электронам, которые двигаются от воздействия солнечного света. Так происходит образование электрического тока, или конвертация солнечного света в энергию. Генерация солнечной энергии происходит в результате поглощения фотонов — частиц солнечного света.

Схема устройства жестких солнечных панелей

Количество энергии, которую можно получить с помощью солнечной панели, зависит во многом от размера самой панели. То есть, чем она больше, тем больше энергии устройство может выработать (это, кстати, один из недостатков солнечных панелей, который инженеры пытаются преодолеть). Для сравнения, вспомним небольшие калькуляторы, которые могли работать от маленькой солнечной панельки в корпусе. Небольшие по размерам панели можно увидеть и сегодня: например, для питания уличных светофоров или небольших киосков. Большие солнечные панели и целые комплекты таких устройств используют для энергообеспечения целых домов и коммерческих зданий.

Какими бывают солнечные панели?

Ученые и инженеры продолжают развивать идеи по генерации энергии с помощью солнечных панелей. Современные панели далеко не идеальны по ряду параметров, включая их КПД, однако технологии постепенно совершенствуются и, возможно, буквально через год-два классификация ныне существующих устройств будет иной. Но сегодня они именно такая и определяется видом встроенных в панель ячеек и пленки в общей конструкции. Поэтому на данный момент в мировой практике вы можете встретить следующие виды солнечных панелей:

• Монокристаллические

Само название подсказывает, что в таких панелях используются ячейки, изготовленные из цельного кремниевого кристалла. Чуть ли не главной характеристикой, внешне сразу выделяющую монокристаллические солнечные панели, является их поверхность темно-синего цвета. Одним из преимуществ данной категории панелей является их сравнительная долговечность и большой срок эксплуатации. В портативных солнечных панелях компании EcoFlow также есть встроенные монокристаллические элементы. Они повышают прочность и долговечность изделий.

• Поликристаллические

Очевидно, что по сравнению с монокристаллическими панелями их поликристаллические аналоги изготовлены с применением более одного кристалла кремния. Технология производства предполагает заливку жидкого фрагментированного кремния в квадратную форму. В отличие от монокристаллических поликристаллические панели менее эффективны из-а того, что не могут выдерживать более высокую температуру нагрева. Но зато их стоимость гораздо ниже, что делает их более доступными обычным потребителям.

Панели данного типа, по сути, являются модификацией классических монокристаллических аналогов. Инженеры хотели таким образом улучшить качества предшественников и повысить КПД изделий. Задняя поверхность ячеек панели PERC оснащена пассивирующим слоем. Оснащение пассивирующим излучателем и отражающим слоем на задней стороне призвано повысить степень одномоментного поглощения панелью солнечной энергии. Логично, что модификация привела к повышению цены продукта, поэтому PERC-панели по стоимости гораздо дороже монокристаллических.

Еще один вид солнечных панелей предполагает использование в производстве изделия тончайшего слоя пленки. Это решение позволяет сделать солнечную панель легкой и гибкой. То есть, такие солнечные панели могут быть портативными. Их легко перевозить с собой. Для установки им не нужны специальные подложки. Максимум, чего вполне достаточно, это легкая складная подставка — кронштейн, хотя на практике можно обойтись и без нее. Эти солнечные панели дешевы и более доступны сегодня многим потребителям. Они лучше поддаются утилизации, то есть более экологичны, чем их “собратья”. Недостатком же гибких панелей является меньшая эффективность и не очень большое количество генерируемой электроэнергии.

Как выглядит система генерации и накопления солнечной энергии?

Современные системы генерации солнечной энергии уже не так просты по своей структуре и возможностям, как первые их поколения. Стоит ожидать, что в будущем солнечную генерацию ждет новый виток развития с учетом требований к экологичности производства и утилизации, КПД самих панелей, их конструкции и другим моментам.

Но уже сегодня эти системы способны если и не сделать ваш дом или офис полностью независимым от государственных и частных поставщиков электроэнергии, то как минимум обеспечить ею на несколько часов или создать резервный источник питания на случай чрезвычайных ситуаций. Ведь даже если при определенных обстоятельствах перестанет поступать электроэнергия из общей сети, то солнечная генерация может работать без особых проблем и поставлять ток на ваши приборы.

Автомобиль, оборудованный солнечными панелями

Если вы планируете установку солнечных панелей в здании, да и не только, то вам следует знать целый ряд моментов. Во-первых, стоит знать, что солнечные панели могут иногда собирать гораздо больше энергии, чем вам нужно. Вот почему, в ряде государств существует система выкупа электроэнергии у частных лиц, владеющих солнечными панелями или ветрогенерацией, в общую сеть.

Поэтому перед покупкой солнечных панелей надо разобраться в том, сколько энергии вы планируете потреблять, сколько энергии может вырабатывать солнечная панель или их комплект, какие дополнительные компоненты вам потребуются для создания эффективной системы обеспечения солнечной энергией. Современная система генерации, накопления и хранения солнечной энергии включает как минимум 4 важных компонента:

• Солнечные панели. Их задачей, как уже ясно, является преобразование солнечного света в электроэнергию и обеспечение дома или офиса электричеством (если солнечного света достаточно, что тоже следует принимать во внимание).
• Контроллеры заряда солнечных батарей. Задачей контроллеров является управление мощностью, которая идет от солнечных панелей к батареям (аккумуляторам, накопителям), а также предотвращение обратного тока, истощающего батареи, если нет солнца.
• Батареи. Их задачей является накопление и хранение энергии постоянного тока, поступающего от солнечных панелей, чтобы потом использовать его для потребностей дома или офиса.
• Инвертор. Это устройство призвано преобразовывать мощность постоянного тока, поступающего от панелей в мощность переменного тока для потребностей пользователя.

Схема системы солнечной генерации в доме
А есть ли преимущества при использовании солнечных панелей?

Ответ на этот вопрос не так прост, как кажется. Многое зависит от того, где, как и какие модели солнечных панелей вы планируете использовать. От ответов на эти вопросы зависит то, сколько вам потребуется дополнительного оборудования, сколько средств уйдет на приобретение самих панелей, а также то, потребуется ли вам помощь специалистов при монтаже оборудования.

Например, установка системы солнечной генерации и накопления энергии в доме или на коммерческом предприятии обойдется недешево. Вам потребуется комплекс специального оборудования, а во многих случаях консультация и помощь специалистов. Придется потратиться, хотя в большинстве случаев оно того стоит.

Какие очевидные плюсы вы получите? Во-первых, вы станете меньше тратить денег за электричество. В условиях постоянно растущих тарифов — это важное преимущество. Во-вторых, вы окажетесь в числе тех, кто стремится заботиться о нашей планете и использует экологически чистые источники энергии. Моральный аспект никто не отменял. Тем более, что это даже модно.

В-третьих, солнечную генерацию можно использовать почти при любом климате (за редким исключением). Например, в последние годы можно услышать новости о строительстве солнечных станций не только в Горном Алтае или на Северном Кавказе, но в Якутии и других холодных регионах России. Делается это не только из экологических соображений, но и в результате детальных расчетов.

В-четвертых, и это касается в особенности продукции EcoFlow, всю систему генерации солнечной энергии можно установить и настроить самостоятельно без расходов на привлечение сторонних специалистов.

Исчерпывающий гайд по выбору солнечных панелей

Частые отключения электричества, увеличение стоимости электроэнергии, желание улучшить комфорт и удобство на природе, растущая потребность в экологически чистой и возобновляемой энергии – несколько причин, которые подталкивают домовладельцев к переходу на солнечную электроэнергию.

Солнечные панели – отличный способ обеспечить свой дом альтернативным питанием, путешествовать на с привычным комфортом и экономить деньги. Но разнообразие солнечных панелей на рынке затрудняет выбор оптимального варианта. Из всех сегментов солнечных зарядных станций наиболее распространены устройства 3 типов: монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные. Обсудим подробно каждый из этих видов.

Что такое солнечная панель?

Солнечная панель – это автономное зарядное устройство, состоящее из фотоэлектрических элементов, поглощающих солнечные лучи с последующим преобразованием их в электрическую энергию. Типичная солнечная панель состоит из слоев кремния, бора и фосфора.

Бор обеспечивает положительный заряд, фосфор- отрицательный. Между бором и фосфором располагается кремниевый слой, который действует как полупроводник. Кремниевые элементы высвобождают электроны и создают электрический ток. Высвобожденная энергия накапливается и хранится в аккумуляторе для последующего использования различных гаджетов и приборов в поездках на природу или в качестве резервного источника питания на случай аварийного отключения электричества.

Принцип работы

Основным «топливом» для выработки энергии является солнечный свет. При падении солнечных лучей на панель, поверхность преобразует ультрафиолетовые лучи в электричество. Основной составляющей частью солнечных панелей являются ячейки, наполненные электронами. Сочетание отрицательного заряда бора и положительного заряда фосфора создают магнитное поле.

Как мы говорили ранее, движение высвобожденных, отрицательно заряженных электронов приводит к производству электричества. Однако этот электрический ток не подходит для питания бытовых приборов. На этом этапе в дело вступает солнечный инвертор. Солнечный инвертор преобразует вырабатываемую электроэнергию из постоянного тока в переменный, чтобы вы смогли безопасно и качественно зарядить любые электроприборы.

Солнечные панели максимально эффективно работают под прямыми солнечными лучами. Чем больше интенсивного солнечного света панель получает, тем выше КПД преобразования и тем больше электричества вырабатывает устройство. Поэтому солнечную панель наиболее эффективно использовать в солнечные дни, чем в пасмурные.

Типы и формы солнечных батарей: принцип работы

Существуют различные типы солнечных батарей. Отличаются они параметрами, размерами, технологией производства, сроком эксплуатации. Пожалуй, самые важные пункты, которые необходимо учитывать при выборе этого альтернативного источника энергии – КПД и цена.

Есть батареи, покрытие которых изготовлено из инновационных материалов, редкоземельных металлов, их КПД превышает КПД наиболее распространенных моделей. Однако высокая стоимость последних нивелирует данное преимущество и делает их бесполезными в плане краткосрочной или среднесрочной окупаемости. О том, какие существуют типы солнечных батарей и что подойдет лучше всего для бытового использования, вы узнаете из нашего материала.

Польза солнечных батарей

Важнейшим источником энергии для нашей планеты является Солнце. Всего за 40 минут оно способно обеспечить энергетические потребности населения Земли на целый год вперед. А с учетом того, что наше светило предоставляет фактически неисчерпаемые ресурсы, их использование становится весьма перспективным. К тому же, солнечная энергия считается наиболее безопасной и экологичной, а потому и все более востребованной в различных областях человеческой деятельности.

Извлекать конкретную пользу от энергии Солнца позволяют специальные устройства — солнечные батареи. Они представляют собой плоские панели, преобразующие солнечное излучение в электроэнергию. Популярность использования этих устройств с каждым годом растет.

Установка нескольких блоков таких панелей должна решать основную задачу — преобразование энергии Солнца в электрическую и обеспечение ею жилых и промышленных объектов без использования централизованной электросети. На данный момент использование солнечных батарей является наиболее эффективным и при этом экологически чистым способом превращения света в электроток. Все остальные альтернативные источники электроэнергии дают куда меньшую эффективность.

Каждая панель состоит из модулей с фотоэлементами, способными поглощать солнечное излучение и преобразовывать его в электрический ток с напряжением 220 В.

Существует несколько форм солнечных батарей. Чаще всего эти изделия имеют вид прямоугольников размером с лист шифера. Каждая такая панель вмещает 36 фотоэлементов, покрытых специальной пленкой или стеклом. Принцип действия устройства следующий. Солнечное излучение образует свободные электроны, которые проникают в панель через соединения и специальные туннели, накапливаясь внутри батареи в виде постоянного тока.

Как только этот ток достигает нужного значения, он преобразуется в переменный с напряжением в 220 В. Для этих целей используется инвертор. Чтобы обеспечить электрической энергией один дом хотя бы частично, требуется установка нескольких таких панелей.

История создания солнечных батарей

Сама идея использования бесплатной и безграничной солнечной энергии витала в умах человечества еще в давние времена. Впервые она была реализована в виде солнечных коллекторов (термальных электростанций), принцип работы которых существенно отличался от современных батарей. Вторая реализация уже представляла собой солнечные панели в нынешнем их виде. Эта попытка была достаточно удачной, давшей возможность массово обеспечивать электричеством самые разные объекты.

Несмотря на относительно короткий срок существования солнечной энергетики, она является следствием множества открытий и разработок. Но ключевым событием в области использования энергии Солнца послужило открытие явления фотоэлектрического элемента в середине позапрошлого века французским ученым Александром Эдмоном Беккерелем.

Позднее, в 1873 году, английским инженером Уиллоби Смитом был подмечен эффект фотопроводимости в селене. Наконец, спустя еще несколько лет был создан первый фотоэлемент. Американский изобретатель Чарльз Фриттс использовал для этого тонкий слой селена, расположив его между золотой и медной пластинами. КПД устройства, правда, составлял всего 1%.

Далее последовал целый ряд открытий. Так, в 1887 году Генрихом Герцем был открыт внешний фотоэффект, а двумя годами позже русский ученый Александр Столетов впервые описал закономерности, по которым этот фотоэффект происходит. Для этого изобретатель соорудил специальную установку, внутри которой из света удалось получить электрический ток. Альберт Эйнштейн также оставил свой след в этой области, объяснив в начале 20 века принцип фотоэлектрического эффекта с точки зрения квантовой механики, в связи с чем был удостоен Нобелевской премии.

Прототипы современных солнечных батарей появились благодаря разработкам итальянского ученого Джакомо Луиджи Чамичана. Последующие научные работы в области полупроводников послужили основой для синтеза кремниевых фотоэлементов в 1954 году, эффективность которых составила уже 4%. Позднее КПД был повышен до 15% компанией Bell Telephone, впервые разработавшей данные элементы.

После этого солнечные панели установили в некоторых городах и селах как автономный источник питания телефонной связи. Эта система успешно функционировала долгие годы. В космической отрасли также активно использовались фотоэлементы, которыми оснащались и продолжают оснащаться спутники, в том числе с использованием других полупроводников.

Принцип работы солнечных батарей

Работу солнечных панелей можно представить в виде следующих процессов:

• Поглощение кремниевой поверхностью батареи фотонов солнечного света.
• Взаимодействие фотонов с атомами кремния. При этом происходит отрыв электронов поверхности, что приводит к появлению напряжения. Свободные электроны под действием разницы потенциалов начинают двигаться, в итоге образуется электрический ток. Солнечная панель является полупроводником, поэтому она упорядочивает ток в одном направлении.
• Преобразование полученного электрического тока в постоянный. На этом этапе энергия аккумулируется в батарее и направляется к потребителю.

При изготовлении солнечных батарей используется кварцевый песок, содержащий в себе необходимую двуокись кремния. В процессе синтеза данное сырье плавят при высоких температурах с добавлением других химических элементов. Этим достигается очистка кремния до степени 99%, требуемой для работы батарей. Производство кремниевых панелей достаточно дорогостоящее, поэтому сегодня разрабатываются фотоэлементы на основе иных, полимерных материалов. КПД таких прототипов достигает 30%.

Солнечные панели отличаются друг от друга гибкостью и жесткостью в зависимости от состава рабочего слоя и конструктивных особенностей. Большую популярность сегодня набирают гибкие изделия, выгодно выделяющиеся простотой монтажа даже на вертикальных поверхностях. Это качество позволяет добавлять к архитектуре зданий черты практичного и инновационного хайтека.

По составу фотоэлектрического слоя различают:

• Полимерные панели (КПД 7%).
• Теллурий-кадмиевые панели на основе галлия, меди, селена и индия (КПД до 15%).
• Кремниевые панели (КПД 7% в аморфной, КПД 15% в монокристаллической, КПД 13% в поликристаллической модификациях).
• Панели с использованием арсенида галлия.
• Органические панели.
• Комбинированные панели.

Чаще всего покупают наиболее дешевые кристаллические батареи, несмотря на то, что они наименее эффективны.

Основные типы современных солнечных батарей

Итак, самыми популярными на сегодня являются моно- и поликристаллические, а также тонкопленочные изделия. Эти типы различаются между собой и технологией производства, и внешним видом, и КПД.

Следует рассмотреть плюсы и минусы всех разновидностей.

Далее разберем более подробно эффективность каждого вида солнечных батарей и особенности их использования.

Все фотоэлементы производятся на основе какого-либо полупроводника, ответственного за преобразование солнечного излучения в электроэнергию. В качестве такового обычно выступает кремний. Отличить различные типы панелей можно по цвету.

• Монокристаллические имеют черные ячейки.
• Поликристаллические отличаются ячейками синего цвета.
• Цвет элементов тонкопленочных панелей бывает разным в зависимости от материала полупроводника. Отличительным признаком этих изделий является их гибкость.

Моно- и поликристаллические панели

Оба варианта конструктивно идентичны. Из кремниевых фотоэлементов создаются ряды, а те в свою очередь формируют панели в виде прямоугольников. Изделия защищаются стеклянным покрытием и герметичной рамкой.

В обоих случаях используется кремний, но его качество и формы отличаются. Для монокристаллических панелей применяют цельный кремниевый кристалл. Поликристаллические же элементы собираются из небольших фрагментов кремния, переплавленных и спрессованных между собой.

Тонкопленочные панели

Здесь используется уже кремний в аморфной (некристаллической) форме. Этим материалом методом напыления покрывается гибкая основа, из которой в свою очередь формируется готовая панель.

В настоящее время производятся новые модели тонкопленочных батарей, в которых используют теллурид кадмия. Данный материал существенно эффективнее аморфного кремния.

Реже для производства тонкопленочных панелей применяют медь, индий и галлий.

Солнечные батареи из редких металлов

Существуют гораздо более дорогие модели солнечных батарей, обладающие достаточно высоким КПД. Их высокая стоимость обусловлена применением редких дорогостоящих металлов. Тем не менее, особенные характеристики данных изделий присутствуют на рынке в своей ценовой категории высокотехнологичных устройств.

Однако не все изделия, выполненные на основе редких металлов, обладают более высоким КПД по сравнению с классическими кремниевыми панелями. Этот класс устройств тем не менее отличается способностью функционировать в суровых условиях. Данное качество позволяет производить высококонкурентный продукт и проводить дальнейшие исследования в этой области.

В основном здесь используются теллурид кадмия, селенид сплава из индия, меди и галлия, а также селенид индиево-медного сплава.

Однако кадмий токсичен, а индий, теллур и галлий достаточно редкие, а потому очень дорогие. Этим объясняется практическая и даже теоретическая невозможность массового производства батарей на основе данных металлов.

Тем не менее, эти материалы дают высокий КПД на уровне 25-35%, иногда доходящий до 40%. Изначально они использовались преимущественно в космической отрасли.

Стабильность в работе фотоэлементов на основе редких металлов при температурах 130-150 градусов Цельсия позволяет внедрять их в солнечных тепловых электростанциях. В таких системах несколько десятков зеркал концентрируют лучи Солнца на небольшой панели. При этом помимо генерации электроэнергии обеспечивается теплопередача водяному теплообменнику.

Вода нагревается и испаряется. Полученный пар приводит в движение турбину и тем самым производит электрическую энергию. Таким образом, солнечное излучение преобразуется в электричество одновременно двумя независимыми путями с максимально возможным КПД.

Полимерные и органические солнечные батареи

Разработка первых органических и полимерных фотоэлементов началась лишь в последние 10 лет. Однако внушительные результаты ученые уже получили. Наибольших успехов достигла компания Heliatek, успев оснастить эффективно работающими солнечными батареями на органической основе несколько высотных домов.

Рулонная пленочная панель HeliaFilm, разработанная этой компанией, имеет толщину всего 1 мм. Производится это изделие из углеродных фуллеренов, фталоцианина меди, полифенилена и других органических соединений. Производителю удалось достигнуть КПД в районе 14-15%, при том что стоит такая продукция на несколько порядков ниже, чем кристаллические панели.

Однако у этих панелей не решен пока вопрос с вероятной деградацией органики. Подтвердить сохранение высокого КПД рабочего слоя после нескольких лет эксплуатации на данный момент нельзя.

В целом органические панели выгодно выделяются следующими качествами:

• Можно утилизировать без вреда для экологии.
• Недорогое производство.
• Гибкость конструкции.

Из существенных недостатков стоит отметить невысокий КПД и отсутствие реально подтвержденных сроков стабильной работы. Вероятно, через несколько лет эти минусы устранятся. И тогда органические фотоэлементы будут уже плотно конкурировать с кремниевыми панелями.

Какие солнечные батареи лучше

Наиболее оптимальный тип этих батарей следует определять в зависимости от назначения изделий и места их монтажа. Скажем, жилые здания со значительной площадью кровли хорошо подойдут для установки поликристаллических панелей. Они являются самыми доступными в этом случае и выдают хороший КПД.

Таким образом, кристаллические фотоэлементы являются оптимальным выбором для домов. Меньшей эффективностью обладают тонкопленочные панели, поэтому на больших зданиях их практически не монтируют. Они подойдут для коммерческих построек, не способных выдержать вес традиционных батарей.

Солнце помимо тепла и света дает нам энергию в неисчерпаемых количествах. В прежние времена ее использовали лишь в промышленности и космической отрасли. Сегодня же солнечное излучение все чаще применяется в быту в качестве альтернативного источника электроэнергии. В качестве примеров удачного бытового использования можно назвать водонагреватели на солнечных батареях, светильники на фотоэлементах, зарядные станции для мобильных устройств и т. д.

Раньше считалось, что энергия Солнца обладает лишь двумя весомыми преимуществами — экологичностью и неисчерпаемостью. Сегодня выявлено уже значительно больше объективных плюсов данной технологии.

Вся информация о ценах и партнерах актуальна на момент публикации статьи. Действующие магазины-партнеры Халвы.

Распределите финансовую нагрузку с картой «Халва»

Персональные тренировки — удовольствие не из дешёвых. Покупайте абонемент у наших партнёров и получайте беспроцентную рассрочку на несколько месяцев

Типы солнечных батарей: как устроены и как выбрать

Тем, кто хочет использовать технологии альтернативной электроэнергии, необходимо различать типы солнечных батарей. Эта сфера активно развивается, и на рынке представлены несколько разновидностей, но далеко не каждый тип подходит для использования в условиях климата России.

Ошибка в выборе обернется пустой тратой средств на батарею и ее монтаж, так как КПД будет нулевым. В нашей статье мы расскажем, какие бывают типы солнечных батарей, поговорим об их дополнительной классификации и разберем правила выбора и ухода за этим оборудованием.

Принцип работы солнечной батареи

Солнечная батарея – это экологически чистый источник энергии, используемый не только в промышленных масштабах, но и для локального домашнего пользования. Преобразуя солнечные лучи в постоянный ток, мы получаем возобновляемую энергию для обеспечения работы мелкой бытовой техники и даже подзарядки электромобилей, при этом не используя подключение приборов к электросети.

Солнечная батарея работает по принципу фотоэлектрического преобразователя. При помощи полупроводников радиация солнца концентрируется на панелях, и в результате мы получаем электроэнергию с напряжением 220 В.

Внешний вид стандартной солнечной панели представляет собой прямоугольник-пластину. Это ее самая узнаваемая форма. На ней размещается определенное количество кремниевых пластинок, покрытых закаленным стеклом. Благодаря системе проводников свободные потоки частиц накапливаются в аккумуляторе, и при помощи инвертора постоянный ток преобразуется в переменный с напряжением 220 – 230 В.

Для крупного объекта, например, дома или квартиры, одной такой панели будет недостаточно: понадобится несколько, в зависимости от количества необходимой энергии. Особое внимание во время установки обратите на крепление конструкции.

Преимущества использования солнечных батарей

Рассмотрим подробнее плюсы использования солнечных батарей:

• Автономность. Эксплуатация подобного рода источника альтернативной энергии не зависит от цен на коммунальные услуги или работы топливно-энергетического комплекса страны в целом. Если с задачей отопить дом полностью солнечная панель может не справиться, то на обеспечение энергией котла отопления ее мощности будет достаточно.
• Экономичность. Чтобы начать использовать панели как источник энергии, не обязательно обустраивать для этого специальное место. Значительно снижается стоимость услуг в период отопительного сезона. Мощности солнечной батареи хватит на обслуживание бытовых электроприборов. Кроме того, окупаемость установки наступает в течение 3 лет, а прослужит изделие в среднем 25 лет.
• Простота установки. Для монтажа солнечной батареи не требуется разрешение каких-либо государственных органов.
• Экологическая безопасность. Является экологически чистым источником альтернативной электроэнергии. Солнечные батареи безопасны для человека и природы.

Кроме достоинств использование солнечных батарей имеет и ряд недостатков. Главный из них – это зависимость от климатической зоны и погодных условий. В дождь, снег и пасмурную погоду работа панелей неэффективна. Кроме того, в масштабах одного дома/квартиры одной установки все равно не хватит, чтобы удовлетворить все запросы по его обеспечению электроэнергией.

Не стоит забывать и о том, что постройка крупных солнечных электростанций требует вложения больших средств. В идеале эксплуатация солнечной батареи по затратам должна выходить дешевле, чем использование классических газа и электричества.

Типы кремниевых солнечных батарей

Основной компонент состава, из которого изготавливаются солнечные батареи – это кремний. В России внушительное количество его залежей сосредоточено на Среднем Урале и в Западной Сибири, что в перспективе обеспечивает развитие использования альтернативных источников энергии. Кремний прост в добыче и отличается хорошими проводниковыми свойствами.

Монокристаллические батареи

Современные монокристаллические батареи изготавливаются из самого чистого кремния, без использования примесей. Для одной такой панели из цилиндрического бруска металла вырезают несколько слоев кремния. В готовом виде блоки имеют вид закругленного квадрата, проще – соты. В производстве используют только односторонне ориентированные кристаллы кремния.

После того как они затвердеют, их нарезают на тонкие пластины и соединяют электродной сеткой. Для работы готовой панели также требуется дополнительное оборудование, чтобы в течение дня разворачивать ее для захвата солнечных лучей. Значительные затраты на сложное производство несут в себе внушительную цену готового изделия. Однако высокий КПД (17-25%) такой солнечной батареи компенсирует все минусы.

Поликристаллические батареи

В отличие от первого типа, производство поликристаллических батарей значительно дешевле за счет того, что кремний используется не такой чистоты. Кроме того, на производстве опускается стадия вытягивания, а кремниевый состав получают путем постепенного охлаждения. Но вместе со снижением затрат на производство уменьшается и КПД такой панели – всего 18% и менее.

Аморфные батареи

Изготавливаются такие панели как при помощи кремния, так и с использованием пленочной технологии.

В качестве основы панели используют силан, иными словами, кремневодород, который наносят на подложку батареи. Несмотря на довольно низкий КПД устройства (до 5%), элементы из аморфного кремния способны более эффективно использовать рассеянный солнечный свет, а значит, имеют возможность осуществлять деятельность по производству тока даже в пасмурную погоду. Это, безусловно, их главное преимущество на рынке.

Типы безкремниевых солнечных батарей

Кроме кремния для изготовления солнечных батарей также используют и ряд других редких и дорогостоящих металлов. Они обладают высоким КПД (более 30%), но проигрывают своим кремниевым оппонентам в высокой цене.

Солнечные панели из редких металлов

Такой тип солнечных батарей активно используется в экстремальных погодных условиях, к примеру, его применяют для облицовки зданий в эквариториальной Африке, где днем поверхности могут нагреваться до 80 градусов. Для их изготовления обычно используют теллурид кадмия.

Среди других металлов для изготовления солнечных батарей широкую известность получили селенид индия-меди-галлия (CIGS) и селенид индия-меди (CIS).

Не стоит забывать о том, что кадмий – довольно токсичный металл, а галлий, индий и теллур настолько редки и отличаются крайне высокой ценой, что наладить массовое производство с использованием этих металлов практически невозможно.

Из-за высокого показателя КПД этот тип солнечных батарей активно использовался в космической отрасли.

Принцип работы небольшой панели заключается в том, что на ее поверхности лучи от сотен зеркал концентрируются и генерируют ток, одновременно передавая тепло водяному теплообменнику. На выходе пар, который образуется после нагрева воды, запускает вращение турбины, которая и генерирует электроэнергию. Таким образом, энергия солнца максимально эффективно двумя способами преобразуется в электрическую.

Полимерные и органические аналоги

Разработка этих типов солнечных батарей началась относительно недавно, всего десяток лет назад, но их создатели уже могут похвастаться значительными успехами проделанной работы. Первенство в этой гонке уверенно закреплено за европейской фирмой Heliatek, которая уже оснастила своими технологичными и безопасными солнечными панелями несколько зданий.

Толщина одной такой пленочной конструкции составляет всего 1 мм.

Полимерные панели, в свою очередь, изготавливаются при участии углеродных фуллеренов, фталоцианина меди, полифенилена и др. Недостаток этого типа – это нестабильная работа органических фотоэлементов и КПД. Поначалу он достигает 14-15%, но спустя несколько лет эксплуатации близится к 0.

Производство полимерной панели в разы дешевле ее кристаллических аналогов с использованием кремния

Из плюсов этой модели можно отметить:

• Экологически безопасную эксплуатацию и утилизацию.
• Дешевое производство.
• Гибкую конструкцию.

Если в будущем все недостатки будут устранены, полимерные панели могут оказать серьезную конкуренцию остальным типам солнечных батарей.

Дополнительная классификация солнечных батарей

Классификация и типы солнечных батарей (модулей):

• Фотоэлектрические преобразователи. Напрямую преобразуют солнечное излучение в электроэнергию. Конструкция представляет собой несколько элементов, соединенных в модуль. Из таких модулей впоследствии собираются батареи. Огромное преимущество фотоэлектрического преобразователя – это то, что он использует как прямое, так и рассеянное излучение, не требуя слежения за солнцем, а, значит, не нуждается в обслуживании.
• Гелиоэлектростанции. Их используют энергию солнца для приведения в движение различные технические устройства: от моторных лодок до дирижаблей. Технически принцип концентрации солнечных лучей можно привести в действие путем использования различных оптических зеркал, линз и т.д. Наиболее эффективным следует считать зеркала. Именно они позволяют получить более мощное излучение.
• Солнечные коллекторы. Это техническое устройство, которое позволяет преобразовать солнечную энергию в тепловую. Обычно их применяют в качестве нагревательных установок для обеспечения горячего водоснабжения в автономном режиме. Коллекторы имеют способность доводить жидкости до температуры 100-200 градусов цельсия, а их мощность будет варьироваться в зависимости от полезной площади устройства.

Критерии выбора подходящего типа солнечной батареи

Все вышеперечисленные типы солнечных батарей имеют свои достоинства и недостатки. Сделать правильный выбор в пользу одного из них можно, основываясь на ваших конкретных нуждах и потребностях, а также особенностях помещения, для которого они предназначены.

Если у вас большой дом и вполне достаточно места для установки солнечной электростанции, воспользуйтесь менее эффективными, но экономичными поликристаллическими панелями. Для небольших пространств наиболее подходящим вариантом станет установка монокристаллического модуля.

Тонкопленочные панели будут одинаково хороши как для установки на просторных крышах зданий, так и для небольших мобильных солнечных батарей, которые устанавливаются на дома на колесах или моторных лодках, к примеру.

Прежде чем ставить тот или иной тип солнечной батареи, рассчитайте уровень затрат и ее итоговую эффективность. Если устройство подходит вам по всем параметрам, смело устанавливайте и забудьте о классических источниках питания.

Правила обслуживания и ухода за солнечными батареями

Уход за любой солнечной батареей прост и понятен. Это традиционно сухая чистка от пыли, листьев, а также снега в зимнее время. В качестве инструмента можно взять обычную тряпку или воспользоваться шлангом, поливая модули небольшим напором воды.

Со снегом такая же ситуация. Аккуратно сметите снег щеткой или руками, предварительно надев варежки или перчатки.

Если солнечные панели занимают все покрытие крыши, необходимо воспользоваться удлиненной палкой с веником или щеткой.

Помимо ухода за поверхностью панелей, не стоит забывать и об их техническом обслуживании.

На что стоит обратить особое внимание:

• Крепление. Проверьте, насколько оно прочно и нет ли коррозии.
• Изолирующие трубки. Выполняют функцию защиты проводов. Вследствие их поломки возможно повреждение кабеля и вероятна перспектива дорогостоящего ремонта.
• Выполнить проверку инвертора на наличие перегрева или повреждений. Произвести чистку фильтров.
• Очистить поверхность панелей от видимых преград, которые могут мешать проникновению солнечного света.
• Контакт с землей. Исключить слабые контакты и плохое заземление.
• Кремниевые пластинки. В случае их неисправности возможно снижение уровня электроэнергии.

Популярные производители солнечных батарей

Сегодня на рынке довольно много производителей, которые предлагают свои товары в этом сегменте. Чтобы не ошибиться с выбором, обратите внимание на технические характеристики устройства. Не экономьте на качестве панелей, от этого зависит срок службы батареи.

Рассмотрим наиболее интересные варианты:

• LG Energy. Компания занимается производством панелей порядка 30 лет, из них в промышленных масштабах – 11. Устройства среднего и высокого ценового сегмента гарантируют работоспособность в течение 25 лет. Производство налажено на заводе в Южной Корее, и товар экспортируется в страны Северной Америки и Европы.
• SunPower. Американцы создают одни из самых долговечных и эффективных моделей солнечных батарей. КПД панелей за 25 лет снижается всего на 8%. Отличаются высокой стоимостью.
• REC Group. Норвежская компания производит свои панели в Сингапуре. Также знаменита высоким уровнем качества и гарантией 20-ти летнего срока службы. КПД снижается медленно, что продлевает возможность эксплуатации еще на несколько лет. Предлагает панели средней и высокой ценовой категории.
• Panasonic. Широко известный бренд. Гарантия качества и долговечные устройства. Панели имеют высокую эффективность 18-20%, особенно в условиях использования в средних широтах.
• Jinko Solar. Китайский производитель бюджетных и среднего сегмента панелей. Несмотря на относительно низкую стоимость, продукция отличается высоким качеством и имеет гарантию 25-30 лет.
• Trina Solar. Еще один «китаец», который производит панели с неплохими показателями работы. Отличается низкой ценой, однако и гарантия на устройство всего 10 лет. КПД при этом за время эксплуатации падает на 10%. По мнению специалистов панели этой фирмы – это отличное соотношение «цена–качество».
• Longi Solar. Компания-новичок из Китая. В производстве использует монокристаллы, которые обеспечивают бесперебойную работу даже при низких температурах и в условиях плохой освещенности. КПД от 18 до 20%.

Сегодня пальмой первенства среди солнечных панелей по праву обладают кристаллические кремниевые устройства. Они оптимально подходят для повседневных нужд, а также для обеспечения энергией небольших промышленных объектов. Однако новые разработки не заставляют себя долго ждать, возможно, в ближайшем будущем солнечное излучение станет еще более доступным источником энергии.

Вся информация о ценах и партнерах актуальна на момент публикации статьи. Действующие магазины-партнеры Халвы.

Распределите финансовую нагрузку с картой «Халва»

Персональные тренировки — удовольствие не из дешёвых. Покупайте абонемент у наших партнёров и получайте беспроцентную рассрочку на несколько месяцев