Какие бывают типы солнечных батарей? - VITC33.RU

Какие бывают типы солнечных батарей?

Туристические солнечные батареи — какие они бывают: подборка с Aliexpress

При длительных путешествиях вдали от электрических розеток рано или поздно придётся решать вопрос: где взять энергию для подзарядки самого важного: навигаторов, смартфонов, фонариков и даже портативных колонок?
В лёгких случаях (примерно до 3-х дней пути без доступа к розеткам) можно взять с собой энергию в павербанках, благо ёмкие павербанки (от 20000 мАч) сейчас вполне доступны.
Но если путешествие обещает быть затяжным, то брать с собой целый мешок павербанков — не лучший выход.

Хороший вариант — взять с собой солнечную батарею и добывать энергию прямо на месте. Хотя и небольшой «страховой» павербанк тоже не помешает, поскольку солнечные батареи крайне зависимы от погодных условий.

Ещё один фактор, ограничивающий применение солнечных батарей, — зависимость от времени года и географической широты. Для средней полосы лучше не пытаться добывать солнечную энергию в холодную половину года. Причина — не в холоде, а в коротком световом дне и низкой высоте Солнца над горизонтом.
В тропиках такого ограничения не будет. :)

При выборе солнечной батареи необходимо учитывать многие факторы. В первую очередь, конечно — потребление устройств, которые Вы планируете запитать от солнечной батареи.

При этом мощность солнечных батарей должна иметь значительный запас над потреблением Ваших устройств, т.к. в случае неблагоприятных метеоусловий солнечные панели смогут отдавать лишь небольшую долю своей номинальной мощности.

Также надо учитывать, будет ли солнечная батарея заряжать только Ваши устройства, или же она должна будет обеспечивать электропитанием всю тургруппу.

И о габаритах и массе солнечных батарей тоже не надо забывать: что хорошо для велотуриста или байдарочника, может оказаться слишком тяжелым для пешего туриста.

Цены на солнечные батареи указаны в долларах на дату подборки, и в дальнейшем могут меняться в любую сторону.

На некоторые батареи действует «ускоренная доставка». В период летней распродажи 21-26 июня 2021 г. можно ожидать небольшого снижения цен на 2-5% (такие вот у них распродажи, если смотреть на вещи реально).

Простейшие солнечные панели на 5 и 7.5 Вт

Начнём с самых наипростейших солнечных батарей.

Эти батареи состоят из единственной солнечной панели с относительно крупными размерами: 145*235 мм для 5-ваттной батареи и 182*295 мм для 7.5-ваттной.

Кроме солнечной панели, в состав каждого устройства входит импульсный понижающий DC-DC преобразователь, формирующий напряжение 5 В.

Реально можно рассчитывать на отдачу максимум 3 Вт для 5-ваттной панели и 5 Вт — для 7.5-ваттной; да и то только в июньский полдень при абсолютно безоблачной погоде.

То есть, в хороший солнечный день пользоваться ими для зарядки мобильных устройств вполне возможно; а главный их недостаток состоит в другом: они не имеют механической защиты при транспортировке и легко могут получить повреждения. Владельцу придётся уделить пристальное внимание этому вопросу.

Цена — $9.9 за младшую батарею и $14.9 — за старшую.

Компактная складная солнечная батарея на 10 Вт (5 Вт реально)

Главный недостаток предыдущей панели (неудобство и примитивность конструкции) ликвидирован в этой туристической солнечной батарее (обзор).

Батарея имеет удобную складывающуюся конструкцию, причём в сложенном виде она занимает места лишь чуть больше, чем типовой смартфон.

Такая конструкция делает её очень удобной для переноски даже пешими туристами.

Правда, при заявленной мощности в 10 Ватт реально она может отдать только 5 Ватт. Иными словами, она пригодна только для индивидуального использования и группу туристов «накормить» электричеством не сможет.

Цена — $22.3 за версию из 5-ти панелей (рекомендуется) и $20.4 за версию из 4-х панелей.

Солнечная батарея Allpowers номинальной мощностью 21 Вт

Эта солнечная батарея мощнее рассмотренных ранее. Конечно, получить от неё номинальную мощность в 21 Вт не получится; но в хороший яркий день 10-15 Вт снять с неё шанс есть.

Батарея — складная в три сложения. Габариты в сложенном виде — 253*300*13 мм; а вес достигает 0.7 кг.

Такая батарея в ясный день позволит поддерживать работоспособность уже не одного, а пары мобильных устройств.

И, что немаловажно, даже в пасмурный день она сможет поддержать заряд хотя бы на одном устройстве.

Солнечная батарея номинальной мощностью 28 Вт

Эта солнечная батарея, как и все остальные, не сможет отдать в нагрузку номинальную мощность. Но на 15-18 Ватт при оптимальных условиях рассчитывать можно.

Батарея имеет складную конструкцию, и в сложенном виде её габариты довольно компактны: 290*172*35 мм; но вес, как и у предыдущей батареи, уже весьма ощутим: 0.7 кг.

Батарея имеет 3 выходных USB-порта, один из них — с поддержкой быстрой зарядки. Но для реальной работоспособности быстрой зарядки необходим и достаточный световой поток, поскольку, чтобы высокую мощность отдать, сначала надо её получить (от Солнца).

Солнечные батареи Allpowers номинальной мощностью 60 и 100 Вт

Теперь переходим к более серьёзным мощностям.

Эта туристическая батарея имеет необычную конструкцию: при разворачивании батареи её панели не вытягиваются в линеечку, а образуют двухмерную конструкцию 3х3 ячейки (для 60-ваттной батареи) или 3х5 ячеек (для 100-ваттной).

Такая конструкция удобна, если в пути будут склоны, обращенные в сторону Солнца; или же если один из боковых скатов палатки будет на солнечной стороне.

В иных случаях будет очень непросто обеспечить оптимальный угол наклона солнечной батареи.

Батарея имеет два выхода USB 5 Вольт и один выход 18 Вольт (подходит для многих ноутбуков).

Для транспортировки батарея складывается в удобную конструкцию в форме портфеля.

Габариты и вес батареи получаются уже весьма значительными.

Для батареи 100 Вт габариты 32*19*8 см, а вес — 2.15 кг.

И, конечно, не забываем, что реальная отдаваемая мощность будет составлять 50-70% от номинальной.

Солнечная батарея номинальной мощностью 120 Вт

И, наконец, самая мощная из этой подборки солнечная батарея: на 120 Вт!

Не забываем, что это — номинальная мощность; а реальная будет существенно меньше.

Эта батарея выполнена в классическом дизайне, когда в раскрытом виде панели вытягиваются в линеечку.

Для удобства установки с оптимальным углом наклона в батарее имеется пара встроенных «ножек».

Батарея имеет три выхода.

Выходы USB и USB Type-C поддерживают быструю зарядку, а третий выход (цилиндрический разъём) отдаёт напряжение 18 Вольт для зарядки ноутбуков, аккумуляторов и т.п.

Габариты, масса и цена устройства получаются очень большими.

Габариты в свёрнутом виде — 52*37*5 см, масса — 4.7 кг, цена — $285.

В дополнение надо отметить ещё три факта.

Первый: солнечные батареи не имеют встроенного аккумулятора, они предназначены для зарядки устройств напрямую. И это — «плюс», а не «минус», поскольку в цепи передачи энергии исключается лишний этап (передача энергии от аккумулятора в солнечной батарее к аккумулятору в заряжаемом устройстве). При необходимости можно иметь при себе и павербанк как отдельное устройство.

Второй: как правило, даже у защищённых батарей контроллер не имеет полной герметичности. Поэтому всё-таки избегайте попадания влаги на батарею вообще и её контроллер — в особенности.

Третий: недобросовестные продавцы могут завышать мощность солнечных батарей в 10 раз и даже более. Ориентируйтесь на размеры батарей: их реальная отдача при благоприятных условиях в средней полосе составляет примерно 1.1 — 1.4 Вт с квадратного дециметра.

Итак, в подборке были рассмотрены несколько вариантов солнечных батарей разной мощности для туристов, передвигающихся с помощью собственной мускульной силы.

Какой из вариантов подойдёт — зависит от численности тургруппы, длительности похода и т.п. условий.

В любом случае к их выбору нужно подходить, тщательно взвешивая все «за» и «против».

Особенно внимательно надо учитывать погодно-климатические условия, географическую широту и сезон года — от всех этих факторов крайне сильно зависит энергетическая эффективность солнечных панелей.

Для автотуристов, которые менее ограничены допустимым весом и габаритами солнечных батарей, существуют другие, гораздо более мощные решения:

Они могут достигать мощности в несколько сотен Ватт. Но это — уже совсем другая история.

Солнечная батарея (панель)

Солнечная батарея или солнечная панель – это самый доступный способ получать энергию от солнца.

Типы солнечных ячеек

В основном в солнечной промышленной энергетике выделяют два типа ячеек – это поликристаллические ячейки, а также монокристаллические ячейки.

Про плюсы и минусы моно- и поликристаллических панелей можете прочитать в этой статье. Одно скажу точно, солнечная батарея из монокристалла лучше по всем характеристикам, хотя и дороже по цене.

Что такое солнечная батарея

Солнечная батарея представляет из себя множество солнечных ячеек, которые соединены в определенной последовательности. Они могут быть соединены последовательно, параллельно, или даже последовательно-параллельно.

Вот так выглядит солнечная панель на 100 Вт

Вид панели с обратной стороны

Сзади на этикетке параметры этой панели:

Основные параметры солнечной батареи

Максимальная мощность (Maximum power)

Этот параметр солнечной панели показывает, какую максимальную мощность может выдать такая панель в солнечный день, при условии, что солнце будет в зените и панель будет полностью освещаться солнечными лучами.

Максимальное напряжение при нагрузке (Maximum power voltage)

Максимальное значение напряжение при условии, что панель выдает в нагрузку максимальную мощность. То есть этот параметр также учитывает, что панель должна быть под солнцем в зените в яркий солнечный день.

Читайте также  Как работать с газовой духовкой?

Максимальный ток, который может выдать солнечная панель в нагрузку (Maximum Power Current)

Этот параметр показывает, какой максимальную силу тока может выдать панель в нагрузку.

Напряжение в холостом режиме (Open Circuit Voltage)

Это напряжение на клеммах солнечной панели в яркий солнечный день, при условии, что к клеммах не подсоединяется никакая нагрузка.

Ток короткого замыкания ( Short Circuit Current)

Это сила тока, которая будет течь в цепи солнечной панели, если ее клеммы соединить между собой, при условии, что панель находится под солнцем.

Ну а далее различные массо-габаритные характеристики. Также в сопроводительном листе были указаны такие параметры, как КПД солнечного модуля = 15,2%, закаленное матовое стекло толщиной в 3,2 мм, а также рабочий диапазон температур от -40 и до +80 градусов по Цельсию. По заявлению производителя, такая панель выдерживает град размером в горох и срок ее службы составляет 15-20 лет. Ну что же, поживем увидим.

Солнечная батарея в ясный день

Итак, в нашей статье мы будем ставить опыты с солнечной панелью на 100 Вт и посмотрим, целесообразно ли ее было покупать. Так как я живу в Удмуртии, это получается 57 градусов северной широты. Лето теплое солнечное, зима умеренно-холодная.

Приятный солнечный денек 10 июня. На небе ни тучки, солнце в зените.

Направляю панель на солнышко и смотрю напряжение на клеммах в холостом режиме.

23,1 Вольта халявы)

А теперь смотрим ток короткого замыкания. Для этого ставим мультиметр в режим измерения силы тока и соединяем выводы солнечной панели.

Все прям почти как по описанию).

Берем галогенную автомобильную лампу и цепляем к панели

Горит так, что даже глаза слепит.

Давайте замеряем напряжение на клеммах панели с нагрузкой-лампочкой.

Смотрим силу тока, которую кушает наша автомобильная лампочка:

Давайте посчитаем, какую мощность кушает лампочка от панельки. Вспоминаем, что мощность – это произведение силы тока на напряжение. То есть получаем P=IU=5,45 x 16,2 = 88,3 Ватта. Как видите, панелька в легкую питает нагрузку, которая кушает 88,3 Ватта при напряжении в 16,2 Вольта. Честно говоря, более чем 14,4 Вольт подавать на лампочку не стоило бы, так как она автомобильная. Но вроде осталась жива.

Солнечная батарея в пасмурный день

Все бы хорошо, но сказка рано или поздно заканчивается. На следующий день солнышко зашло и на небе стали появляться грозовые тучки:

Замеряем напряжение на клеммах без нагрузки:

Напряжение вроде бы есть.

Замеряем силу тока короткого замыкания:

Даже меньше Ампера…. На то она и солнечная батарея).

Что внутри солнечной батареи

Распределительная коробка имеет уровень защиты IP67, что говорит о том, что она пыленепроницаемая и водонепроницаемая:

Внутри стоят два мощных диода, скорее всего диоды Шоттки

Они нужны для того, чтобы электрический ток шел только от солнечной панели к нагрузке.

Как сделать мини-электростанцию на солнечных батареях

Сейчас с Али мне идет солнечный контроллер

Будем делать миниэлектростанцию для своей лаборатории по классической схеме:

Синяя коробочка – это и есть контроллер. Черная коробочка под ним – это инвертор, который преобразует 12 Вольт постоянного тока от аккумулятора в 220 Вольт переменного тока (в напряжение в вашей домашней розетке). Остальные части схемы вам уже известны. Эта схема полностью автономная и требует минимального обслуживания.

Стоит ли брать солнечные батареи?

Давайте посчитаем вместе. Сама 100 Ваттная панель стоит 5000 руб. Хотя, на Алибабе (отец Алиэкпресса) оптом можно затариться дешевле, хотя и по доставке еще надо будет решать вопрос:

Моя панель выдает 0,1 Киловатт. Допустим у нас солнце светит в среднем в год по 8 часов в день. Получается, за день панель может производить энергию в количестве 0,1 х 8 = 0,8 Киловатт х часов. У нас в селе Киловатт в час стоит 2,5 рублей. Стоит ли игра свеч? Я думаю, что нет. По крайней мере у меня в Удмуртии. В южных странах, где солнце “поливает” по 12 часов в день – это будет лучшим решением.

Но теперь давайте рассмотрим другой случай.

Ваш маленький домик находится в глуши. Хватит ли одной такой панели, чтобы поддерживать маломальский комфорт, типа освещения, питания ноутбука, телефона и ловли интернета? Вполне. Думаю, будет даже выгоднее, чем дизель-генератор. Поэтому, в данном случае солнечные батареи будут наилучшим решением.

Как соединять солнечные батареи?

Солнечная панель – это простой источник питания, как аккумулятор или батарейка. Поэтому, для них действуют все те же законы, что и для источников питания. Солнечные панели можно соединять с друг другом последовательно, параллельно или даже последовательно-параллельно. Более подробно про виды соединений источников питания читайте в этой статье.

Последовательное соединение

Вот так выглядит параллельное соединение солнечный панелей. В этом случае суммируется выдаваемая сила тока, а напряжение остается таким же

параллельное соединение солнечных панелей

Параллельное соединение

Если же вы хотите увеличить напряжение, то следует соединять панели последовательно. В этом случае у вас напряжения, получаемые с каждой солнечной панели будут суммироваться.

последовательное соединение солнечных панелей

Последовательно-параллельное соединение

Если вы хотите увеличить и напряжение и выдаваемую силу тока, то в этом случае соединяют панели последовательно-параллельно

последовательно-параллельное соединение солнечных панелей

Заключение

Использование альтернативной энергии бывает иногда очень полезно в некоторых случаях, особенно для питания автономных устройств, типа уличного освещения, радиопередатчиков, питания различных GSM-сигнализаций в садоогороде и тд.

Ну а если кто-то сомневается в будущем солнечной энергетики, просто взгляните на эти солнечные батареи, которые вырабатывают Мегаватты энергии за день!

Виды солнечных батарей

В настоящее время большое внимание уделяется технологическим разработкам в области альтернативных источников электроэнергии. Среди них все более популярными становятся системы, использующие энергию солнца для генерации электрического тока. Они включают в себя набор компонентов, в том числе и различные виды солнечных батарей, отличающихся физическими свойствами и техническими характеристиками.

  1. Основные виды и классификация солнечных батарей
  2. Дополнительная классификация
  3. Солнечные панели на основе кремния
  4. Тонкопленочные технологии для солнечных панелей
  5. Конструкция тонкопленочных панелей

Основные виды и классификация солнечных батарей

Все солнечные батареи, известные в настоящее время, можно классифицировать следующим образом:

  • Устройства малой мощности, предназначенные для питания и зарядки небольших приборов – смартфонов, планшетов и т.д. Их можно применять вне стационарных сетей.
  • Универсальные батареи. Обеспечивают питание электронных устройств при отсутствии стационарной сети.
  • Солнечная батарея (панель). Состоят из набора фотоэлементов, закрепленных на подложке. Получили наиболее широкое распространение и в свою очередь разделяются на отдельные категории.


Классификация и типы солнечных батарей (модулей):

  • Фотоэлектрические преобразователи. Конструктивно являются полупроводниковыми устройствами для преобразования солнечной энергии напрямую в электрическую. Несколько элементов, соединенных между собой, становятся солнечной батареей, которая выглядит как панель. Принцип действия заключается в фотоэлектрическом эффекте, когда в неоднородных полупроводниковых структурах под действием солнечного света появляется электрический ток. Электрофизические характеристики полупроводников могут отличаться, что влияет и на эффективность самого преобразователя.
  • Гелиоэлектростанции. Представляют собой солнечные установки, работающие от концентрированной энергии солнца, приводящей в движение паровые, газотурбинные и другие агрегаты. Принцип работы основан на использовании обычных линз или вогнутых зеркал, собирающих и концентрирующих солнечные лучи. В фокусе размещается нагревательный элемент, температура которого постепенно увеличивается. Зеркала считаются более эффективными, поскольку дают возможность получить более мощное излучение.
  • Солнечные коллекторы. Относятся к низкотемпературным нагревательным установкам, обеспечивающим горячее водоснабжение в автономном режиме. Широко применяются и в других сферах. Мощность каждого устройства полностью зависит от его полезной площади. Они способны нагревать жидкости до температур в диапазоне 100-200 С.

Дополнительная классификация

Существует еще целый ряд признаков, позволяющих классифицировать солнечные батареи. Среди них большое значение имеет расположение атомов кремния в кристаллическом элементе.

В связи с этим, можно выделить следующие типы солнечных батарей:

  • Монокристаллические. Для их изготовления применяется кремний высокой чистоты, получаемый промышленным способом. КПД таких батарей составляет 14-17%.
  • Поликристаллические. Этот вид солнечных батарей изготавливается из кремниевого расплава, медленно охлаждаемого до нужного состояния. Данный способ значительно дешевле, а полученный кремний приобретает ярко синий цвет. КПД таких элементов ниже, в пределах 10-12%.
  • Панели на основе аморфного кремния. Они относятся к категории тонкопленочных, поскольку кремний наносится на основу как очень тонкая пленка и покрывается защитным материалом. Данный метод изготовления считается наиболее дешевым и простым, но эффективность таких изделий ниже, чем в любом кристаллическом варианте. Компоненты панелей постепенно теряют свои качества. КПД находится на уровне 5-6%.

Основные виды солнечных панелей следует рассмотреть более подробно. Зная их параметры и технические характеристики, гораздо легче сделать правильный выбор.

Солнечные панели на основе кремния

Наибольшей популярностью пользуются элементы, основой которых является моно-кристаллический кремний. Производство осуществляется методом литья, а новые технологии дают возможность получать совершенно чистые кристаллы кремния. Твердение расплава происходит во взаимодействии с кристаллической затравкой.

В процессе охлаждения и застывания образуются цилиндрические монокристаллы, диаметр которых составляет от 13 до 20 см, а длина – 2 м. Стержни разрезаются на отдельные части. Толщина каждого кружка выдерживается в пределах 0,2-0,4 мм. Из этих кружочков образуются ячейки. Для одной панели их оптимальное количество составляет 36 единиц.

Читайте также  Как правильно должен гореть газ?

Наиболее качественные кристаллы позволяют увеличить КПД до 19%. В таких монокристаллах атомы сориентированы таким образом, что подвижность электронов заметно возрастает. Весь кремний пронизан металлической сеткой, выполняющей функцию электродов. Для установки панели предусмотрена алюминиевая рамка, после чего модуль закрывается противоударным защитным стеклом. Полученная поверхность бывает черного или темно синего цвета.

Монокристаллические кремниевые солнечные батареи отличаются надежностью и долговечностью. Расчетный срок эксплуатации составляет 50 лет. Отсутствие движущихся деталей существенно упрощает монтаж. Они используются в районах с большим количеством солнечных дней, где обычное энергоснабжение работает с перебоями. Высокая эффективность панелей определяется их высокой стоимостью. В большинстве случаев их использование экономически выгодно и целесообразно.

В более дешевых батареях используется мультикристаллический кремний, в состав которого входят различные монокристаллические решетки, собранные в случайном порядке. Срок эксплуатации таких устройств планируется не более 25 лет, а их КПД и стоимость гораздо ниже, чем у классических панелей.

Существует еще один вариант солнечных батарей, в которых использовались элементы поликристаллического кремния. Он также отличается низкой стоимостью, а его кристаллы находятся в агрегатном состоянии, обладают различной формой и ориентацией. В отличие от монокристаллов, они окрашены в собственный ярко синий цвет. Производство таких компонентов постоянно совершенствуется и в настоящее время их параметры лишь незначительно отличаются от лидирующих конструкций.

Производство поликристаллов осуществляется путем медленного охлаждения кремниевой субстанции. Процесс изготовления быстрый и дешевый, однако КПД таких панелей получается достаточно низким. Причина заключается в образовании внутренних поликристаллов, снижающих эффективность батарей.

Тонкопленочные технологии для солнечных панелей

Изобретение технологии с использованием тонкой пленки дало возможность постепенно вытеснить кристаллические солнечные панели, приближаясь к ним по своим техническим характеристикам. Основные преимущества таких изделий заключаются в их невысокой себестоимости, которая становится определяющим фактором в конкурентной борьбе. Модули нового типа отличаются гибкостью, легкостью и эластичностью, что дает возможность устанавливать их практически на любые поверхности.

Основными компонентами пленочных систем являются алюминий, аморфный кремний, теллурид кадмия и другие виды полупроводников, из которых состоит вся конструкция. Все элементы закрепляются на полимерной пленке и составляют единое целое. Количество вырабатываемой электроэнергии напрямую зависит от площади изделия.

В самом начале в тонкопленочных элементах применялся аморфный кремний, наносимый на подложку. Такая конструкция, где используются эти компоненты служила совсем недолго, а КПД составлял всего лишь 4-5%. С улучшением технологии эти показатели возросли, в том числе и КПД, который достиг 8%. Тонкопленочные солнечные батареи третьего поколения увеличили этот показатель до 12% и стали вполне конкурентоспособными по отношению к кремниевым панелям. Таких показателей удалось достичь за счет селенида меди-индия и теллурида кадмия, нашедших свое применение еще в первых портативных зарядных устройствах.

Теллурид кадмия считается более перспективным для дальнейшего использования в солнечных батареях с тонкой пленкой. Некоторое время шли споры о его токсичности, но исследования показали, что вредные выбросы минимальны и не представляют опасности для окружающих. При этом, его КПД достиг 11%, а цена за 1 Вт на 30% ниже, по сравнению с кремниевыми аналогами.

Селенид меди-индия считается еще более эффективным. В настоящее время индий в большинстве случаев заменяется галлием, поскольку он практически весь используется в других производствах. Однако, даже в этом случае пленочные солнечные батареи нового поколения выдают КПД, равный 20%.

Конструкция тонкопленочных панелей

Характерной особенностью таких конструкций является их высокая производительность даже при воздействии рассеянного света. В течение года суммарная мощность этих устройств на 15% превышает кремниевые аналоги. В этом заключаются их явные преимущества.

На определенном этапе, в зависимости от площади, тонкопленочные солнечные батареи начинают преобладать над другими типами модулей. При пасмурной погоде они будут работать значительно эффективнее, так же как и при высокой температуре в жаркую погоду, как и планировал изобретатель. Благодаря физическим свойствам эти изделия часто применяются в декоративной отделке фасадов зданий и в других дизайнерских решениях. Специалисты прогнозируют, что это солнечные батареи будущего.

Важным конструктивным решением является нанесение тонкой пленки на цилиндрические поверхности. В качестве такого цилиндра используется стеклянная трубка, которая после нанесения фотоэлемента помещается внутрь другой трубки. Вторая трубка имеет больший диаметр и к ней подведены электрические контакты.

Благодаря цилиндрическому исполнению, пленочные солнечные батареи поглощают большее количество света, а 40 деталей свободно размещаются на площади 2 м 2 . Они устойчивы к сильным порывам ветра и могут свободно устанавливаться на крышах.

В настоящее время плёночные конструкции оснащаются различными типами каскадных элементов, обладающих многослойной структурой. Вместо одного, в них имеется несколько р-п переходов, что в значительной степени увеличивает эффективность таких модулей. В результате, электрическая энергия, генерируемая панелями, снижает свою себестоимость в два раза относительно кремниевых элементов. На всей площади плёнки с тремя переходами КПД составляет 31%, а при пяти переходах это значение может достичь 43%.

Благодаря постоянному развитию технологий, тонкопленочные солнечные батареи в ближайшее время станут доступными для большинства населения. Они будут не только дешевыми, но и эффективными.

3 основных типа солнечных панелей: что эффективнее и какой вариант подойдёт вам

Сейчас наиболее распространены такие типы солнечных панелей: монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные. Они имеют разный принцип производства, внешний вид, а самое главное — эффективность.

Основные типы солнечных панелей — сравнение

Рассмотрим преимущества и недостатки разных видов.

Разновидность Преимущества Недостатки
Монокристаллические • Высокая эффективность.
• Эстетичный внешний вид.
• Высокая стоимость.
Поликристаллические • Низкая стоимость. • Сравнительно невысокая эффективность.
Тонкопленочные • Портативность и гибкость.
• Малый вес.
• Эстетичный внешний вид.
• Сравнительно невысокая эффективность.

Ниже пройдёмся по эффективности и особенностям использования каждого типа.

Из чего сделаны разные солнечные панели

Основой производства фотоэлементов выступает полупроводниковый материал, благодаря которому происходит преобразование солнечной энергии в электрическую. В современных солнечных системах полупроводником чаще всего выступает кремний. Визуально типы солнечных панелей отличаются следующим образом:

  • Монокристаллические — ячейки чёрного цвета.
  • Поликристаллические — ячейки синего цвета.
  • Тонкоплёночные — имеют различный цвет в зависимости от используемого полупроводникового материала. Отличаются гибкими свойствами.

Монокристаллические и поликристаллические солнечные панели

В обоих случаях конструкция одинакова: кремниевые ячейки собираются в ряды, формируя прямоугольную конструкцию. Для защиты используется стеклянное покрытие и герметичная рамка.

И там, и там основным материалом является кремний, но качество самого кремния отличается. Монокристаллические элементы вырезаются из цельного кристалла кремния. Для поликристаллических используют небольшие фрагменты кремния, которые переплавляют и прессуют в форме ячеек.

Тонкопленочные солнечные панели

В этом случае основой для производства служит аморфный кремний (a-Si) — некристаллическая версия кремния. Его соединение особым образом «напыляется» на гибкую основу, которая собирается в гибкую панель.

Сейчас в производстве тонкоплёночных моделей чаще всего используется теллурид кадмия (CdTe). Это поколение гибких панелей существенно отличается по эффективности от аморфных кремниевых предшественников.

Панели из селенида меди, индия, галлия (CIGS) также являются представителями тонкоплёночных технологий, но встречаются не так часто.

Мощность и эффективность солнечных панелей

Качество материала и конструктивные особенности значительно влияют на производительность.

Эффективность монокристаллических и поликристаллических солнечных панелей

Из всех вариантов монокристаллические имеют самый высокий КПД и мощность. Их эффективность может превышать 20%, в то время как поликристаллические обычно имеют показатели 15-17%.

Большинство стандартных монокристаллических солнечных панелей достигают мощности более 300 Вт, а некоторые могут превышать 400 Вт. Поликристаллические в среднем производят 200 Вт, хотя дорогие модели могут превышать и 300 Вт.

Оба типа солнечных панелей поставляются с 60, 72 и 96 кремниевыми ячейками. Но при равном количестве ячеек монокристаллические системы способны производить больше электроэнергии.

Эффективность тонкоплёночных солнечных панелей

Гибкие полимерные устройства ощутимо уступают по мощности кристаллическим аналогам. С учётом использования передовых полупроводников КПД достигает 11%.

Тонкоплёночные панели не имеют стандартизированных размеров, но сравнивая мощность кристаллических и тонкоплёночных систем на 1м 2 , можно сказать, что первые всегда обеспечат большим количеством электроэнергии.

Как тип солнечной панели влияет на её стоимость

Цены различаются из-за материала, который используется для производства солнечных элементов, и способа его обработки.

Монокристаллические солнечные панели — самый дорогой вариант

Производство таких фотоэлементов предполагает выращивание цельных кристаллов кремния. Этот процесс, известный как метод Чохральского, достаточно энергоемкий и иногда проходит неудачно. Повреждённые заготовки могут быть использованы для поликристаллических элементов.

Поликристаллические солнечные панели — ощутимо дешевле

Здесь процесс создания фотоэлементов намного проще в технологическом плане. Не нужно тратится на обработку цельных кристаллов — мелкие фрагменты просто плавятся и прессуются в формы. Это дешевле для производителя, а следовательно и для потребителя.

Тонкопленочные солнечные панели — всё зависит от материала

Сколько вы заплатите за тонкопленочные элементы, во многом будет зависеть от материала, который был использован для их производства. Дешевле всего обойдутся панели из CdTe и аморфного кремния, в то время как вариант из CIGS будет ощутимо дороже.

Нужно учитывать, что общая стоимость установки гибких солнечных панелей может быть ниже, чем монтаж монокристаллических или поликристаллических систем. Они легче и практичнее, что упрощает монтажникам возможность доставлять панели на крышу и закреплять их на месте. Это позволяет снизить затраты на рабочую силу.

Так что же выбрать?

Монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные панели имеют свои преимущества и недостатки, и обычно решение о выборе того или иного варианта зависит от особенностей помещения и от уровня потребности домохозяйства в электроэнергии.

Владельцы недвижимости с большой площадью под солнечную электростанцию могут сэкономить, установив менее эффективные и недорогие поликристаллические панели. Если у вас ограниченное пространство, лучшим вариантом будет установка высокоэффективных монокристаллических модулей.

Тонкоплёночные панели обычно устанавливают на просторную крышу коммерческих/промышленных помещений, которые не могут выдержать дополнительный вес традиционного солнечного оборудования. Кроме того, тонкопленочные панели иногда могут быть идеальным решением для портативных солнечных систем, например, на жилых автофургонах или лодках.

Все типы солнечных панелей имеют свои особенности производства, что влияет на их итоговую эффективность. Лучший КПД у монокристаллических, но если у вас достаточно места под солнечную систему, можно установить поликристаллические и сэкономить на расходах. Тонкоплёночные имеют самую низкую производительность, но удобны при монтаже.

Солнечные панели: устройство, виды и эффективность

Сравнительно недавно появилась новая отрасль энергетики – гелиоэнергетика, занимающаяся преобразованием солнечного света в электрическую или тепловую энергию.

О солнечной энергии

Солнечные батареи, или солнечные панели превращают световую энергию солнца в электрическую. Используются они обычно в составе солнечных или ветросолнечных систем.

В настоящее время есть два способа вырабатывать электроэнергию из солнечных лучей. Первый заключается в получении электрической энергии с помощью фотоэлементов. При втором способе нагревается теплоноситель в трубах гелиоэлектростанций. Из солнечного излучения также можно добывать тепло, используя солнечные вакуумные панели.

Энергия, добытая этими способами, будет в 5-10 раз дешевле, чем при использовании традиционных источников, а вот цена самих преобразователей пока высока. Правильный выбор гелиосистем для каждого конкретного случая, позволит наиболее эффективно использовать энергию Солнца.

Виды солнечных батарей для выработки электроэнергии

На данный момент существуют кремниевые и пленочные солнечные батареи. Кремниевые по способу производства делятся также на два подвида: монокристаллические и поликристаллические.

Монокристаллические получают распилом целой пластины кремния на элементы толщиной 300 мкм. Для получения поликристаллических пластин используется медленно охлаждаемый расплавленный кремний. Первая технология дороже, но КПД готового изделия выше – 20 % против 18 %.

Менее дорогими являются пленочные солнечные батареи. Изготавливаются они на основе различных соединений кадмия – материала не самого безопасного по своему токсическому воздействию на живые организмы. КПД таких пластин всего 10 %, но и стоимость значительно ниже, чем у кремниевых.

Самым дешевым в производстве является еще один вид пленочных солнечных батарей – полимерные панели, которые изготавливают на основе соединений меди, их КПД, к сожалению, не превышает 5-6 %.

Эффективность солнечных батарей

Количество электроэнергии, которую может выработать солнечная батарея, зависит от площади её поверхности. Важным условием является то, под каким углом солнечные лучи попадают на поверхность устройства. Этот угол должен приближаться к значению в 90 градусов. Для отслеживания положения Солнца существуют механические устройства. Они обеспечивают коррекцию направления батарей в дневное время в зависимости от положения солнца над горизонтом.

Выбор оборудования и места размещения панелей

Также производительность выработки электроэнергии прямо пропорциональна интенсивности падающего солнечного света, которая зависит от географического расположения местности. Например, зимой за месяц 1 кв. м Земли получает от Солнца 20 кВт энергии. Летом же количество энергии достигает 140 Квт/месяц.

Ежедневные наблюдения за этим параметром светила ведут метеорологи, а среднестатистические годовые показатели для каждой местности можно найти в специальных таблицах метеорологических наблюдений.

Солнечные панели имеют КПД от 5 % до 20 %, поэтому с 1 квадратного метра их поверхности можно получать 100-150 Вт/час. Напряжение, непосредственно получаемое от солнечной батареи, чаще всего не превышает 12 Вольт. Использовать ток с такими параметрами в быту не представляется возможным, поэтому в состав солнечной электростанции должны входить и другие элементы: выпрямитель, инвертор, аккумуляторные батареи (электроэнергию надо сохранять для использования в ночное время).

Из всего вышесказанного видно, что выбор гелиоэлектростанции – процесс непростой. Без профессионалов здесь не обойтись, но и обращаться к ним без овладения общими представлениями о предмете тоже не стоит.

Устройства для отопления и нагрева воды

Для использования солнечной энергии в целях горячего водоснабжения и отопления разработаны два вида устройств: вакуумные солнечные коллекторы и плоские гелиопреобразователи.

Вакуумные солнечные коллекторы

Вакуумные солнечные коллекторы имеют сложное устройство и работают по принципу термоса. Внутри одной прозрачной трубки находится другая, покрытая поглощающим свет материалом, между ними – вакуум, для снижения потерь тепла. В полости внутренней трубки находится специальное вещество – адсорбер, который нагревается от солнечных лучей.

Адсорбер отдает тепло трубкам (чаще всего медным), в которых циркулирует теплоноситель. Нагретая вода поступает в систему горячего водоснабжения. В системах отопления, чтобы не допустить её размораживания, необходимо применять специальную незамерзающую жидкость. Вакуумные солнечные коллекторы сохраняют работоспособность при температуре воздуха минус 37 градусов Цельсия и при пасмурной погоде, так как используют и рассеянное излучение Солнца.

Плоские солнечные коллекторы

Устройство плоских солнечных коллекторов другое. Они состоят из корпуса, дно которого покрыто теплоизолирующим материалом. Всю внутреннюю поверхность корпуса занимает теплопоглощающая панель, в её углублениях проходят трубки с теплоносителем. Будучи нагретым, он используется в системе отопления. Поверхность короба покрыта защитным стеклом или поликарбонатом. Это предохраняет устройство от воздействия внешних неблагоприятных условий.

Сфера применения солнечных панелей

Солнечные батареи стали применятся относительно недавно в основном для обеспечения электроэнергией домов, коттеджей, дач, построек расположенных далеко от линий электропередач. Применяются солнечные панели как основной или альтернативный источник питания повсеместно, где есть возможность их смонтировать.

Свойства солнечных панелей

Подобная конструкция состоит из множества фотоэлектрических преобразователей, соединенных между собой в единое целое для превращения энергии отдаваемой солнцем в электричество. Существующие сейчас конструкции при определенных условиях способны достигать 45% эффективности.

Устанавливаются такие установки преимущественно в районах с преобладанием солнечных дней. Также учитывается и географическая широта месторасположения объекта, ввиду того что приближаясь к полюсам лучи солнца, теряют небольшое количество своей мощности. Несмотря на месторасположение вашего дома даже зимой использование солнечной панели поможет значительно уменьшить потребление электроэнергии.

Типы солнечных батарей

Данные конструкции делятся на три категории:

  1. Солнечные батареи тонкопленочные состоящие из натянутых тонких пленок, легко монтируемые практически, где удобно. Для их установки требуется значительная площадь, когда небо покрыто облаками их эффективность уменьшается до 25%. Эти солнечные батареи генерируют ток даже в самых неблагоприятных условиях, не боятся пыли и недорого стоят.
  2. Монокристаллические. Делают эти изделия в виде большого числа отдельных ячеек залитых силиконовым составом. Такая гидроизоляция обеспечивает высокую защиту от воды и позволяет их использовать на крышах, в судоходстве и других местах с повышенной степенью влажности. Имеют небольшие габариты, малый массу, повышенную гибкость, надежны и долговечны. Отличаются простотой монтажа, но имеют зависимость от прямых лучей солнца, даже небольшие облака на небе могут привести к прекращению работы.
  3. У поликристаллических изделий в ячейках располагаются кристаллы с направлением в разные стороны, что дает возможность улавливать рассеянные солнечные лучи и менее зависеть от прямого освещения. Это самые популярные модели широко используются во многих сферах для освещения, нагрева воды, изготовляют в виде панелей синей окраски, стоимость их меньше чем монокристаллических.

Достоинства солнечных батарей

  • Доступность — пока солнце светит, всегда можно получить электроэнергию, применяя солнечные панели.
  • Полная автономность, система освещения не зависит от центрального электроснабжения, постоянно повышающихся тарифов и дает возможность снизить затраты на содержание жилища.
  • Экологическая чистота конструкции, не используются ископаемые ресурсы, фотоэлементы не выбрасывают вредных веществ в атмосферу.
  • Не требуется лицензирования на получение электроэнергии. Можно устанавливать солнечные панели на крышах и фасадах домов, и даже на собственных балконах.

Советы по выбору панелей и оборудования

Солнечные панели выгодно применять не только в промышленных масштабах, но и в собственных жилищах. Отечественная промышленность наладила выпуск солнечных батарей на фотоэлементах, стоящих намного меньше зарубежных образцов с гарантией до 25 лет.

Прежде чем устанавливать на крыше своего дома солнечную батарею определитесь, для каких целей она вам требуется: для работы бытовых приборов, для нагрева воды или освещения.

Для нагрева воды вполне достаточно соорудить своими руками на территории солнечный коллектор, что обойдется значительно дешевле.

Для освещения и работы приборов совместно с солнечными батареями придется приобретать аккумуляторы энергии. В первую очередь фотоэлементы заряжают накопительные батареи, и после электроэнергия поступает для освещения.

Аккумуляторы от автомобилей по истечению срока службы придется менять, а особые специализированные накопители электроэнергии стоят дорого. Также в сильный мороз и жару многие модели электронных устройств отказываются работать.

Но, несмотря на все минусы солнечных панелей технологии, постоянно усовершенствуются, и все недостатки постепенно устраняются и за солнечной энергией наше будущее.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: