Современные солнечные батареи нашли широкое применение в различных отраслях, таких как: космонавтика, авиастроение, электрообеспечение строений и наружного освещения, автомобилестроение, водный транспорт, детские игрушки и паркинги с электрозаправками. Давайте подробнее рассмотрим все эти сферы использования солнечных батарей.

Космонавтика

Космонавтика, именно в этой сфере солнечные батареи нашли свое главное применение. Эти устройства являются автономными источниками электричества, снабжающие электроэнергией все системы и установки жизнеобеспечения космических станций, а также обеспечивают бесперебойную и четкую работу всей аппаратуры. Батареи одновременно питают электричеством оборудование и заряжают аккумуляторы, которые будут снабжать электроэнергией космические устройства в теневых участках орбиты.

Самолетостроение

Использование солнечных батарей в самолетостроении стало наиважнейшим достижением в истории покорения неба. Благодаря светогенераторам могут находиться в небе достаточно продолжительное время, не использую при этом топлива. Двигатели самолетов, оснащенных солнечными установками, работают на сгенерированном электричестве. В полете в светлое время суток происходит заряд аккумуляторов самолета, которые в темноте будут отдавать свой заряд двигателям для продолжения полета. Такие самолеты необходимы для связи и разведки, а также для наблюдения в гражданских и научных целях.

Энергообеспечение зданий

Для резервного (в случаях аварийного отключения станций или подстанций, обрывов линий электропередач) или основного (в тех случаях, когда нет возможности подключения к централизованному источнику электроэнергии) энергообеспечения , а также систем уличного освещения солнечные батареи являются идеальным оборудованием. Учитывая, что при традиционной выработке электроэнергии, это касается ТЭЦ, происходит сжигание ископаемого топлива, в процессе чего выделяется огромная масса вредных газов, ведущих к мировому парниковому эффекту.

Даже Англиканская церковь стала призывать человечество к использованию солнечных батарей. Так в Великобритании церковь святого Михаила в городе Хардфордширд стала пионером в применении «зеленого электричества». На крыше этой церкви были установлены солнечные батареи.

Принц Чарльз, также озабочен проблемами экологической обстановки в мире. Он увлекся проектами альтернативной энергии и планирует оборудовать дворец Clarence House, которых находится в Лондоне солнечными батареями.

В планы Министерства обороны США входит сокращение вредных выбросов (углекислого газа) с территории военной базы Перл Харбор и сделать ее экономически независимой. Благодаря оборудованию солнечными батареями крыш, военная база сократит свою потребность в нефтепродуктах на 5 667 баррелей в год, а выброс углекислого газа на 3 118 тонн в год.

Солнечными генераторами оснащаются и другие строения, такие как маяки, расположенные вдали от централизованного электроснабжения. Также этими устройствами оборудуются надводные буи и указатели.

Автомобили и другие транспортные средства

В солнечные установки начинают становиться приоритетом в развитии этой отрасли. Экологически безопасный транспорт – это не просто дань моде, а жизненно необходимая мера. В «зеленых» автомобилях в светлое время суток двигатели приводятся в движение за счет электричества, выработанного солнечным генератором, а в темное время - за счет заряженных аккумуляторов. Такой автомобиль может развивать значительную скорость – 135 км/ч.

Водный транспорт постепенно тоже комплектуют солнцегенераторами. Это касается в основном туристический парк небольших судов. Так в Турции, а именно в городе Далян, известный как курортный город по многочисленным его каналам туристов развозят экологичные лодки, оборудованные солнечными батареями. Правда скорость таких эко – лодок невелика и составляет всего 10 км/ч. Но туристам эта скорость только во благо, они успевают рассмотреть все достопримечательности и пофотографировать.

Где еще используются солнечные батареи?

Самые маленькие пользователи электроэнергии тоже не остались в стороне от наступления «солнечного» электричества. Это связано с заменой обычных батареек на солнечные генераторы. Так любимые машинки, оснащенные солнечными батареями, стали экологически безопасными и практически вечными, если не были разобраны в первые дни игры. Касается это конечно не только машин. Существует большое количество занимательных и развивающих игрушек оснащенных солнечными батареями, благодаря внедрению технологии «солнечного» электричества нет необходимости покупать, а затем выбрасывать использованные гальванические элементы и пристально следить за тем, чтобы они не оказались во рту у малыша. А такая игрушка как макет эко – дома еще и поучительна. Она демонстрирует все возможности солнечных батарей, установленных на крыше частного дома.

Строительство «солнечных» парковок вырастает пропорционально производству гибридных автомобилей. Таким строительством занимаются развитые страны Евросоюза, США и Япония. На крышах этих «заправок» устанавливаются солнечные генераторы, которые заряжают не только припарковавшиеся автомобили, но и аккумуляторы большой мощности. Электрической энергии аккумуляторных батарей хватает только на собственные нужды самой заправки, что делает их энергетически независимыми. В темное время суток автомобили «заправляются» от стационарной сети.

Южнокорейские изобретатели предлагают свое новое изобретение, связанное с решением проблемы зарядки всевозможных устройств (мобильных телефонов, планшетов, ноутбуков и т.п.), в походных условиях. Это устройство, своего рода, солнцегенератор. Оно вырабатывает достаточно электроэнергии для зарядки аккумулятора практически любого гаджета.

Солнце – это неисчерпаемый источник энергии. Его можно использовать, сжигая деревья или нагревая воду в солнечных нагревателях, преобразуя полученное тепло в электроэнергию. Но есть устройства, превращающие солнечный свет в электричество напрямую. Это солнечные батареи.

Сфера применения

Есть три направления использования солнечной энергии:

• Экономия электроэнергии. Солнечные панели позволяют отказаться от централизованного электроснабжения или уменьшить его потребление, а также продавать излишки электричества электроснабжающей компании.
• Обеспечение электроэнергией объектов, подведение к которым линии электропередач невозможно или невыгодно экономически. Это может быть дача или охотничий домик, находящийся далеко от ЛЭП. Такие устройства используются также для питания светильников в отдаленных участках сада или автобусных остановках.
• Питание мобильных и переносных устройств. При походах, поездках на рыбалку и других подобных мероприятиях есть необходимость зарядки телефонов, фотоаппаратов и прочих гаджетов. Для этого также используются солнечные элементы.

Солнечные батареи удобно применять там, куда нельзя подвести электричество

Принцип работы

Элементы солнечных батарей представляют собой пластинки из кремния толщиной 0,3 мм. Со стороны, на которую попадает свет, в пластину добавлен бор. Это приводит к появлению избыточного количества свободных электронов. С обратной стороны добавлен фосфор, что приводит к образованию «дырок». Граница между ними называется p-n переход. При попадании света на пластину, он «выбивает» электроны на обратную сторону. Так появляется разность потенциалов. Вне зависимости от размера элемента, одна ячейка развивает напряжение 0,7 В. Для увеличения напряжения, их соединяют последовательно, а для повышения силы тока – параллельно.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

В некоторых конструкциях, для увеличения мощности, над элементами устанавливались линзы или использовалась система зеркал. С уменьшением стоимости батарей такие устройства стали неактуальными.

Максимальный КПД панели, а, следовательно, и мощность, достигается при падении света под углом 90 градусов. В некоторых стационарных устройствах батарея поворачивается вслед за солнцем, но это сильно удорожает и утяжеляет конструкцию.

Принцип работы солнечной батареи

Преимущества и недостатки применения батарей

У солнечных панелей, как и у любых устройств, есть достоинства и недостатки, связанные с принципом действия и особенностями конструкции.

Достоинства солнечных батарей:

• Автономность. Позволяют обеспечить электроэнергией удаленные здания или светильники и работу мобильных устройств в походных условиях.
• Экономичность. Для выработки электроэнергии используется свет солнца, за который не нужно платить. Поэтому ФЭС (фотоэлектрические системы) окупаются за 10 лет, что меньше срока службы, составляющего более 30. Причем 25–30 лет – это гарантийный срок, а фотоэлектростанция будет работать и после него, принося прибыль владельцу. Конечно, необходимо учесть периодическую замену инверторов и аккумуляторных батарей, но все равно, использование такой электростанции помогает экономить средства.
• Экологичность. При работе устройства не загрязняют окружающую среду и не шумят, в отличие от электростанций, работающих на других видах топлива.

Кроме достоинств, у ФЭС есть недостатки:

• Высокая цена. Такая система стоит довольно дорого, особенно с учетом цены на аккумуляторные батареи и инверторы.
• Большой срок окупаемости. Средства, вложенные в фотоэлектростанцию, окупятся только через 10 лет. Это больше, чем основная масса других вложений.
• Фотоэлектрические системы занимают много места – всю крышу и стены здания. Это нарушает дизайн сооружения. Кроме того, аккумуляторные батареи большой емкости занимают целую комнату.
• Неравномерность выработки электроэнергии. Мощность устройства зависит от погоды и времени суток. Это компенсируется установкой аккумуляторных батарей или подключением системы к сети. Это позволяет в хорошую погоду днем продавать излишки электроэнергии электрокомпании, а ночью наоборот подключать оборудование к централизованному электроснабжению.

Технические характеристики: на что обратить внимание

Главным параметром фотоэлементной системы является мощность. Напряжение такой установки достигает максимума при ярком свете и зависит от количества соединенных последовательно элементов, которое почти во всех конструкциях равно 36. Мощность зависит от площади одного элемента и количества цепочек по 36 штук, соединенных параллельно.

Кроме самих батарей, важно подобрать контроллер зарядки аккумуляторов и инвертор, преобразующий заряд аккумуляторных батарей в напряжение сети, а также сами панели.

В аккумуляторных батареях есть допустимый ток зарядки, который нельзя превышать, иначе система выйдет из строя. Зная напряжение аккумуляторов, легко определить мощность, необходимую для зарядки. Она должна быть больше мощности солнечной электростанции, иначе в солнечный день часть энергии окажется неиспользованной.

Контроллер обеспечивает заряд аккумуляторов и также должен иметь мощность, позволяющую полностью использовать энергию солнца.

К инвертору подключается оборудование, получающее энергию от ФЭС, поэтому его мощность должна соответствовать суммарной мощности электроприборов.

Виды солнечных батарей

Кроме размера и мощности, панели отличаются способом, которым изготавливаются из кремния отдельные элементы.

Внешний вид моно- и поликристаллических панелей

Элементы из монокристаллического кремния

Элементы солнечных батарей, изготовленные из монокристаллического кремния, имеют форму квадрата с закругленными углами. Это связано с технологией изготовления:

• из расплавленного кремния высокой степени очистки выращивается кристалл цилиндрической формы;
• после остывания у цилиндра обрезаются края, и основание из круга принимает форму квадрата с закругленными углами;
• получившийся брусок разрезается на пластины толщиной 0,3 мм;
• в пластины добавляются бор и фосфор и на них наклеиваются контактные полоски;
• из готовых элементов собирается ячейка батареи.

Готовая ячейка закрепляется на основании и закрывается стеклом, пропускающим ультрафиолетовые лучи или ламинируется.

Такие устройства отличаются самым высоким КПД и надежностью, поэтому устанавливаются в важных местах, например, в космических аппаратах.

Фотоэлементы из мульти-поликристаллического кремния

Кроме элементов из цельного кристалла, есть устройства, в которых фотоэлементы изготавливаются из поликристаллического кремния. Технология производства похожа. Основное отличие в том, что вместо кристалла круглой формы используется прямоугольный брусок, состоящий из большого количества мелких кристаллов различных форм и размеров. Поэтому элементы получаются прямоугольной или квадратной формы.

В качестве сырья берутся отходы производства микросхем и фотоэлементов. Это удешевляет готовое изделие, но ухудшает его качество. Такие устройства имеют меньший КПД – в среднем 18% против 20–22% у монокристаллических батарей. Однако вопрос выбора достаточно сложный. У разных производителей цена одного киловатт мощности монокристаллических и поликристаллических панелей может быть одинаковой или в пользу любого вида устройств.

Фотоэлементы из аморфного кремния

В последние годы распространение получили гибкие батареи, которые легче жестких. Технология их изготовления отличается от технологии изготовления моно- и поликристаллических панелей – на гибкую основу, обычно стальной лист, напыляются тонкие слои кремния с добавками до достижения необходимой толщины. После этого листы разрезаются, к ним приклеиваются токопроводящие полоски и вся конструкция ламинируется.

Солнечные батареи из аморфного кремния

КПД таких батарей примерно в 2 раза меньше, чем у жестких конструкций, однако, они легче и более прочные за счет того, что их можно сгибать.

Такие приборы дороже обычных, но им нет альтернативы в походных условиях, когда основное значение имеет легкость и надежность. Панели можно нашить на палатку или рюкзак, и заряжать аккумуляторы во время движения. В сложенном виде такие устройства похожи на книгу или свернутый в рулон чертеж, который можно поместить в футляр, напоминающий тубус.

Кроме зарядки мобильных устройств в походе, гибкие панели устанавливаются в электромобилях и электросамолетах. На крыше такие приборы повторяют изгибы черепицы, а если в качестве основы использовать стекло, то оно приобретает вид тонированного и его можно вставить в окно дома или теплицу.

Контроллер заряда для солнечных батарей

У прямого подключения панели к аккумулятору есть недостатки:

• Аккумулятор с номинальным напряжением 12 В будет заряжаться только при достижении напряжения на выходе фотоэлементов 14,4 В, что близко к максимальному. Это значит, что часть времени батареи заряжаться не будут.
• Максимальное напряжение фотоэлементов – 18 В. При таком напряжении ток заряда аккумуляторов будет слишком большим, и они быстро выйдут из строя.

Для того чтобы избежать этих проблем необходима установка контроллера заряда. Самыми распространенными конструкциями являются ШИМ и МРРТ.

ШИМ-контроллер заряда

Работа ШИМ-контроллера (широтно-импульсная модуляция – англ. pulse-width modulation — PWM) поддерживает постоянное напряжение на выходе. Это обеспечивает максимальную степень заряда аккумулятора и его защиту от перегрева при зарядке.

МРРТ-контроллер заряда

МРРТ-контроллер (Maximum power point tracker – слежение за точкой максимальной мощности) обеспечивает такое значение выходного напряжения и тока, которое позволяет максимально использовать потенциал солнечной батареи вне зависимости от яркости солнечного света. При пониженной яркости света он поднимает выходное напряжение до уровня, необходимого для зарядки аккумуляторов.

Такая система есть во всех современных инверторах и контроллерах зарядки

Виды аккумуляторов, используемых в батареях

Различные виды аккумуляторов, которые можно использовать для солнечной батареи

Аккумуляторы – важный элемент системы круглосуточного электроснабжения дома солнечной энергией.

В таких устройствах используются следующие виды аккумуляторов:

• стартерные;
• гелевые;
• AGM батареи;
• заливные (OPZS) и герметичные (OPZV) аккумуляторы.

Аккумуляторы других типов, например, щелочные или литиевые дорогие и используются очень редко.

Все эти виды устройств должны работать при температуре от +15 до +30 градусов.

Стартерные аккумуляторы

Самый распространенный тип аккумуляторов. Они дешевы, но обладают большим током саморазряда. Поэтому через несколько пасмурных дней батареи разрядятся даже при отсутствии нагрузки.

Недостатком таких устройств является то, что при работе происходит газовыделение. Поэтому их необходимо устанавливать в нежилом, хорошо проветриваемом помещении.

Кроме того, срок службы таких аккумуляторов до 1,5 лет, особенно при многократных циклах заряд-разряд. Поэтому в долгосрочной перспективе эти устройства окажутся самыми дорогими.

Гелевые аккумуляторы

Гелевые аккумуляторы –изделия, не требующие обслуживания. При работе отсутствует газовыделение, поэтому их можно устанавливать в жилой комнате и помещении без вентиляции.

Такие устройства обеспечивают большой выходной ток, имеют высокую емкость и низкий ток саморазряда.

Недостаток таких приборов в высокой цене и небольшом сроке службы.

AGM батареи

Эти батареи имеют небольшой срок службы, однако, у них есть много преимуществ:

• отсутствие газовыделения при работе;
• небольшими размерами;
• большим количеством (около 600) циклов заряда-разряда;
• быстрым (до 8 часов) зарядом;
• хорошей работой при неполном заряде.

AGM батарея изнутри

Заливные (OPZS) и герметичные (OPZV) аккумуляторы

Такие устройства являются самыми надежными и имеют наибольший срок службы. Они обладают низким током саморазряда и высокой энергоемкостью.

Эти качества делают такие приборы наиболее популярными для установки в фотоэлементных системах.

Как определить размер и количество фотоэлементов?

Необходимые размер и количество фотоэлементов зависит от напряжения, силы тока и мощности, которые нужно получить от батареи. Напряжение одного элемента в солнечный день равно 0,5 В. При облачности оно намного ниже. Поэтому для зарядки аккумуляторов 12 В, соединяются последовательно 36 фотоэлементов. Соответственно, для аккумуляторов 24 В необходимо 72 элемента и так далее. Общее их количество зависит от площади одного элемента и необходимой мощности.

Один квадратный метр площади батареи, с учетом КПД, может выдать приблизительно 150 Вт. Точнее можно определить по метеорологическим справочникам, показывающим количество солнечной радиации в месте установки гелиооэлектростанции или в интернете. КПД устройства указан в паспорте.

При изготовлении фотоэлектростации своими руками необходимое количество элементов определяется по мощности одного элемента в данном климате с учетом КПД.

Расчет количества солнечных батарей исходит из необходимого электричества

Эффективность солнечных батарей зимой

Несмотря на то что зимой солнце поднимается ниже, поток света уменьшается незначительно, особенно после выпадения снега.

Основных причин, по которым солнечные элементы зимой менее эффективны три:

• Меняется угол падения лучей. Для того чтобы сохранять мощность, угол наклона батареи необходимо менять хотя бы раз в сезон, а лучше каждый месяц.
• Снег, особенно влажный, налипает на поверхность устройства. Его необходимо убирать сразу после выпадения.
• Зимой меньше продолжительность светлого времени суток, а также больше пасмурных дней. Изменить это невозможно, поэтому приходится рассчитывать мощность батареи по зимнему минимуму.

Правила установки

Максимальная мощность панели достигается в положении, при котором солнечные лучи падают перпендикулярно. Это необходимо учитывать при установке. Важно также учесть, в какое время суток минимальная облачность. Если угол наклона крыши и ее положение не соответствуют требованиям, то оно исправляется регулировкой основания.

Между батареей и крышей должен быть воздушный зазор 15–20 сантиметров. Это необходимо для протекания дождя и предохранения от перегрева.

Фотоэлементы плохо работают в тени, поэтому следует избегать располагать их в тени от зданий и деревьев.

Электростанции из солнечных фотоэлементов – это перспективный экологически чистый источник энергии. Их широкое применение позволит решить проблемы с нехваткой энергии, загрязнением окружающей среды и парниковым эффектом.

ВВЕДЕНИЕ

Идея создания данного проекта пришла ко мне не случайно. Мой дядя недавно побывал в Израиле, где люди повсеместно используют солнечную энергию для бытовых нужд (освещение, обогрев домов, воды и т. д.). Эта тема меня очень заинтересовала, и я решил больше узнать об этом и попробовал создать макет дома, освещаемого с помощью солнечной батареи (или солнечного модуля).

Солнечная батарея - бытовой термин, используемый в разговорной речи или не научной прессе. Обычно под термином “солнечная батарея” подразумевается несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) - полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток.

История создания солнечной батареи

Еще в древности люди начали задумываться о возможностях применения солнечной энергии. Согласно легенде, великий греческий ученый Архимед сжег неприятельский флот, осадивший его родной город Сиракузы, с помощью системы зажигательных зеркал. Доподлинно известно, что около 3000 лет назад султанский дворец в Турции отапливался водой, нагретой солнечной энергией. Древние жители Африки, Азии и Средиземноморья получали поваренную соль, выпаривая морскую воду. Однако больше всего людей привлекали опыты с зеркалами и увеличительными стеклами. Настоящий “солнечный бум” начался в XVIII столетии, когда наука, освобожденная от пут религиозных суеверий, пошла вперед семимильными шагами. Первые солнечные нагреватели появились во Франции. Естествоиспытатель Ж. Бюффон создал большое вогнутое зеркало, которое фокусировало в одной точке отраженные солнечные лучи. Это зеркало было способно в ясный день быстро воспламенить сухое дерево на расстоянии 68 метров. Вскоре после этого шведский ученый Н. Соссюр построил первый водонагреватель. Это был всего лишь деревянный ящик со стеклянной крышкой, однако вода, налитая в немудреное приспособление, нагревалась солнцем до 88°С. В 1774 году великий французский ученый А. Лавуазье впервые применил линзы для концентрации тепловой энергии солнца. Вскоре в Англии отшлифовали большое двояковыпуклое стекло, расплавлявшее чугун за три секунды и гранит – за минуту.

Первые солнечные батареи, способные преобразовывать солнечную энергию в механическую, были построены опять–таки во Франции. В конце XIX века на Всемирной выставке в Париже изобретатель О. Мушо демонстрировал инсолятор – аппарат, который при помощи зеркала фокусировал лучи на паровом котле. Котел приводил в действие печатную машину, печатавшую по 500 оттисков газеты в час. Через несколько лет в США построили подобный аппарат мощностью в 15 лошадиных сил.

Преимущества солнечной батареи

Одно из главных достоинств солнечной энергии – ее экологическая чистота. Правда, соединения кремния могут наносить небольшой вред окружающей среде, однако по сравнению с последствиями сжигания природного топлива такой ущерб – капля в море.

Полупроводниковые солнечные батареи имеют очень важное достоинство – долговечность. Притом, что уход за ними не требует от персонала особенно больших знаний. Вследствие этого солнечные батареи становятся все более популярными в промышленности и быту.

Несколько квадратных метров солнечных батарей вполне могут решить все энергетические проблемы небольшой деревушки. В странах с большим количеством солнечных дней – южной части США, Испании, Индии, Саудовской Аравии и прочих – давно уже действуют солнечные электростанции. Некоторые из них достигают довольно внушительной мощности.

Сегодня уже разрабатываются проекты строительства солнечных электростанций за пределами атмосферы – там, где солнечные лучи не теряют своей энергии. Уловленное на земной орбите излучение предлагается переводить в другой тип энергии – микроволны – и затем уже отправлять на Землю. Все это заучит фантастично, однако современная технология позволяет осуществить такой проект в самом близком будущем.

Солнечная энергетика открыта уже довольно давно. Но ее долго не рассматривали в качестве крупного источника энергии из–за дороговизны производства. Время шло, и технологии развивались. Солнечные панели подешевели и стали серьезным источником энергии. В прошлом году во всем мире суммарная мощность солнечных электростанций превысила 20 гигаватт! И этот показатель с начала нынешнего века удваивается каждые три года. В стороне только Россия (а зря, ведь плата за электроэнергию в стране велика).

Недостатки солнечной батареи

Зависимость от погоды и времени суток.

Как следствие необходимость аккумуляции энергии.

Высокая стоимость конструкции.

Необходимость постоянной очистки отражающей поверхности от пыли.

Нагрев атмосферы над электростанцией.

Где производят солнечные панели?

В наше время тема развития альтернативных способов получения энергии как нельзя более актуальна. Традиционные источники стремительно иссякают и уже через каких–нибудь пятьдесят лет могут быть исчерпаны. И уже сейчас энергетические ресурсы довольно дороги и в значительной мере влияют на экономику многих государств.

Всё это заставляет жителей нашей планеты искать новые способы получения энергии. И одним из наиболее перспективных направлений является получение солнечной энергии. И это вполне естественно. Ведь именно Солнце даёт жизнь нашей планете и обеспечивает нас теплом и светом. Солнце обогревает все уголки Земли, управляет реками и ветром. Его лучи выращивают не менее одного квадриллиона тонн всевозможных растений, которые, в свою очередь, являются пищей для животных.

Производство солнечных панелей растет бешеными темпами, стараясь поспеть за стремительно растущим спросом. Причем одновременно растет спрос и для промышленных электростанций и для бытового потребления.

Лидером в производстве солнечных панелей является Китай. Здесь производят почти треть (29%) от общемировой продукции. При этом большая часть уходит на экспорт – в США и Европу. Примечательно, что американцы, являясь крупнейшим потребителем, производят лишь 6% от всех солнечных панелей, предпочитая инвестировать в перспективные крупные заводы в Китае.

Ненамного от Китая отстают Япония и Германия, которые производят соответственно 22% и 20% от общемировой продукции. Еще одним лидером является Тайвань – 11% рынка. Все остальные страны производят значительно меньшее количество солнечных панелей.

Создание дома

Идея использования солнечных батарей для нужд людей, так привлекла меня, что я решил смастерить макет дома из картона, освещаемого светодиодом, который питается от солнечной батареи. Для этого я собрал соответствующую схему электрической цепи. Для возможности использования освещения в пасмурную погоду и в ночное время, в цепь, возможно, подключить аккумуляторную батарею.

Альтернативные источники энергии активно захватывают потребительский рынок. Лет десять назад большинство людей не представляло себе возможность приобретения таких инженерных разработок, как ветряная электростанция или станция, работающая на солнечных батареях. Сейчас это становится возможным. Солнечные батареи для дома: стоимость комплекта, затраты на монтаж и техническое обслуживание – экономически выгодное решение сегодняшнего дня.

Если говорить о солнечных батареях в техническом плане, нужно понимать, что речь идет о фотоэлектрических системах электроснабжения (ФСЭ). Основная цель таких устройств – это преобразование энергии солнечного света в электрическую на основе физического закона фотоэффекта. Около двухсот лет продолжается процесс усовершенствования солнечных установок по выработке электроэнергии. В настоящее время инженерная мысль достигла значительных результатов в разработке фотоэлектрического оборудования, особенно в показателях полезного действия – от 1 до 46% (доля преобразованной солнечной энергии).

Преобразовывают энергию солнечного света в электрическую энергию

Современный рынок солнечных систем электроснабжения можно считать в достаточной мере сформированным, так как он позволяет делать выбор товара из немалого числа предложений, из очень большого рыночного сегмента. Чтобы ответить на самый часто задаваемый вопрос, сколько стоят солнечные батареи для частного дома, необходимо разобраться в технологических и конструктивных особенностях ФСЭ. Структуризация предлагаемого рынком оборудования предполагает три основные категории солнечных систем, основываясь на их функциональных, конструктивных и технических особенностях.

К первой категории ФСЭ относятся автономные системы, которые не подключены к основной сети электроснабжения. Такие системы работают в собственном контуре сети для прямого электропитания подключенного оборудования. Максимальная эффективность работы достигается наличием в комплекте аккумулирующего устройства (аккумуляторные батареи), которое позволяет использовать накопленную электроэнергию в случае падения интенсивности солнечного света (т.е. пониженная вырабатываемая мощность) и в случае моментов превышения потребляемой мощности над вырабатываемой.

Ко второй категории относятся открытые ФСЭ. В своей комплектации данные системы не имеют аккумуляторов и подсоединяются к основной сети электропитания через специальный инвертор. Если потребляемая мощность не превышает значение вырабатываемой, основная сеть отключена. В противном случае отключается ФСЭ и потребление производится из основной сети. Такие системы очень надежные, более дешевые, но если нет электропитания от основной сети, то и солнечная станция не работает.

Третью категорию представляют комбинированные ФСЭ. Они представляют собой объединенный формат первой и второй категории. Это позволяет иметь в своем функционале дополнительное качество – лишняя вырабатываемая или накопленная электроэнергия может передаваться в основную сеть и иметь коммерческую ценность.

Полезный совет! Для бесперебойного режима электроснабжения в случаях одновременного прекращения работы общей сети и воздействия негативных метеоусловий, необходимо иметь резервный источник электропитания. В качестве такого источника может быть небольшой (2-5 кВт) электрогенератор, работающий на бензине или дизельном топливе.

Цена солнечных батарей для дома: стоимость комплекта

Решать вопросы экономии затрат на электроэнергию за счет установки солнечных электростанций необходимо в условиях полного информирования о ценах на весь комплект и предстоящих затратах на их установку и эксплуатацию. Частый вопрос, сколько стоит солнечная батарея для дома, четкого ответа не имеет, так как очень много факторов влияет на ценообразование.

Устоявшаяся цена главного элемента ФСЭ (солнечной батареи) в среднем по минимуму (но также минимуму по качеству) порядка 50-60 руб. за вырабатываемый 1Вт мощности. Следовательно, цена солнечных батарей для частного дома мощностью 100 и 200 Вт будет находиться в размере 6000 и 12000 руб. соответственно.

Состав комплекта станции зависит от ее категории и мощности. В него могут входить контроллер зарядки, аккумуляторная станция, инвертор и соединительная аппаратура. При выборе, например, комплекта первой категории и номинальной мощности порядка 2 кВт (2000 Вт), цена комплекта солнечных батарей для дома составит от 120 тыс. руб. и выше.

А сравнивать весь затрачиваемый капитал необходимо с экономическим эффектом, получаемым от разницы в стоимости 1 кВт/час централизованной сети и стоимости, создаваемой ФСЭ.

Самая «свежая» статистика рынка солнечных батарей показывает, что отношение цен на единицу электроэнергии составляет 8,8 раза. Это значит, что электроэнергия, вырабатываемая солнечной станцией, в 8,8 раза дешевле предоставляемой электроэнергии через общую сеть, взятых в равном эквиваленте.

Важным критерием выбора в направлении использования ФСЭ служит также фактор возможности обеспечить бесперебойную работу автоматики в системах отопления, охранного слежения и пожарного оповещения. К перечню можно отнести компьютерную домашнюю сеть и группы электронных контрольно-измерительных датчиков.

Применение и цена солнечных батарей для дома

Большой выбор солнечных батарей предоставляет возможность использовать их в разнообразном качестве и применении, так как при желании купить солнечные батареи для дома, цена на сегодняшний день уже позволяет это сделать широким слоям населения. Зная их основные характеристики, такие как стандарт выходящего напряжения (12, 24В и выше), а также параметры вырабатываемой номинальной мощности, можно использовать их локально, не приобретая всего комплекта. На рынке средняя стоимость солнечных батарей для частного дома колеблется в пределах 60 руб. за вырабатываемый 1 кВт электрической мощности.

Если требуется использовать лампочку в темном помещении напряжением 12В и мощностью 25 Вт, то достаточно купить и подключить к ней напрямую солнечную батарею аналогичных параметров и это обойдется не более чем в 2000 руб. и тратить электричество на лампочку в 60-75 Вт в какой-нибудь коморке уже не придется. Можно подключить небольшой колодезный насос для дневного полива любой ландшафтной зоны мощностью 200 Вт и питанием в 24В. При затратах в 11000-12000 руб. можно в течение всего весенне-летнего периода и более 10 лет иметь независимую систему полива.

Необходимый комплект солнечных батарей для дачи

Если рассматривать вопрос о целесообразности применения солнечных систем для дачного участка, следует учитывать факторы стабильности подачи электроэнергии в поселок, уровень его инсоляции (время нахождения под прямыми солнечными лучами), требуемую мощность электрификации и фактор риска воровства в пустующее от хозяев время года. Лучший вариант – это стационарная установка ФСЭ первой категории.

Учитывая невысокую потребляемую мощность дачи, можно организовать 100% замену централизованного электроснабжения на автономное и дешевое. В другом случае, когда стационарная установка солнечной станции по каким-то критериям не оправдана, можно использовать переездной комплект быстрой сборки.

Обратите внимание! Эксперты в области использования ФСЭ провели расчет и выявили, что солнечные батареи стратегически и экономически целесообразны для применения в летнее время года в частных домах и дачных домиках площадью от 50 до 300 м², рассчитанных на семью до четырех человек.

Использование солнечной энергии для получения тепла

Наряду с использованием солнечной энергии для производства электрического тока существуют и не менее распространенные устройства по превращению энергии солнечного света в тепловую энергию. Такие установки называются солнечными коллекторами и служат элементами нагрева для систем отопления и получения горячей воды. Независимо от установленных котлов в отопительных системах и контурах горячего водоснабжения, их комбинация с высокоэффективными солнечными коллекторами позволяет экономить до 36% расходов на отопление и приготовление горячей воды.

В конструктивном исполнении солнечный коллектор из разряда ходового товара представляет собой прямоугольную панель с габаритами ориентировочно 1х2 м и с толщиной до 100 мм. Главным отличием коллекторов указанных типоразмеров является тепловой поток мощности, т.е. количество тепла, которое может передаться любому жидкому теплоносителю через контактную поверхность. По-другому этот параметр называют коэффициентом потери тепла и который имеет размерность Вт/м²×°К, т.е. передаваемое тепло через площадь для повышения температуры принимающей жидкости. Современные конструкции солнечных коллекторов имеют показатели (одна панель) по тепловой мощности от 1,2 до 5 Вт/м²×°К.

Цены солнечных коллекторов для отопления дома

Главным элементом системы (теплостанции) является панель солнечного коллектора. В зависимости от требуемой мощности ее можно приобрести на рынке по цене 18-20 тыс. руб. за 1 м² полезной площади и среднему коэффициенту потери тепла 2,5-2,7 Вт/м²×°К.

Например, панель европейского качества с габаритами 1,9х1,8 м (площадь 3,5 м²) и с коэффициентом 2,7 будет стоить около 70 тыс. руб.

С учетом конкуренции аналог китайского производства может быть дешевле на 30-55%, а отечественный прототип на 10-25%.

Если говорить о требуемом комплекте, в который входят: бак, аккумулятор, насос и автоматика, тогда среднерыночная цена такой станции составит 160-170 тыс. руб. Комплект отечественного производства с аналогичными параметрами обойдется в 100-120 тыс. руб.

Монтаж на крышу дома

Полезный совет! Совместное использование солнечных коллекторов с солнечными батареями при правильном выборе параметров позволяет снизить расходы тепловой энергии на получение горячей воды до 61%.

Обзор производителей. Солнечные батареи для дома: стоимость комплекта и одной панели

Солнечные технологии как альтернативные источники энергии уверенно заняли передовые позиции на рынке. Большое количество производителей активно конкурирует, предлагая все новые и новые инновации. Лидирующее место в объемах продаж ТОР-15 стран солнечных электростанций и их комплектующих занимает Китай, имея более 50%.

Наиболее популярными брендами являются Еxmork, RENE SOLA, LDK, Helios House, Suntech, JA Solar и др.

Европейских производителей с объемом рынка около 25% представляют такие компании, как германские AXITEC GmbH, Solarworld и Viessmann Group и норвежская Renewable Energy Corporation и др.

Японию, Корею и Тайвань (15%) представляют компании Kyocera, Sharp, Sanyo, Hanwha Solar One и Motech.

Отечественная продукция представлена такими компаниями, как Hevel Solar и ТСМ. Американский производитель – компания First Solar.

Купить солнечные батареи для дома можно относительно недорого. Если взять за потребительский образец солнечную панель мощностью 200 Вт, то ценовой ряд будет в пределах:

Страна-производитель	Цена солнечной панели 200 Вт, руб.	Цена комплекта солнечной станции 2 кВт, руб.
Китай	8000-16000	120000-160000
Европа	15000-17000	190000-250000
Азия	10000-15000	140000-190000
Россия	12000-20000	104000-240000
США	27000	380000

Чтобы увидеть разницу в ценовой политике, в основном зависящей от показателя мощности, возьмем для примера солнечную электростанцию для дома 5 кВт, цена которой в китайском исполнении составит:

• около 300 тыс. руб. (солнечная батарея);
• около 420 тыс. руб. (весь комплект).

Качество продаж и перспективы развития солнечных технологий

Современны рынок и его технологии продаж не оставляют у покупателя однозначной оценки. Особенно высокотехнологическое оборудование и устройства. Это касается и рынка по продаже солнечных систем электроснабжения. Так как технологии производства сами по себе очень энергоемкие, то при желании приобрести солнечные батареи или купить солнечную электростанцию для дома, цена в обоих случаях будет призывать к детальному анализу не только по техническим и технологическим особенностям, но и по экономическим обоснованиям.

В современном мире человек больше не может представить свою жизнь без использования электрической энергии. Помимо стандартных способов получения электрического питания, существуют и альтернативные. Применив солнечные батареи на даче, вы сможете обеспечить постоянное освещение, питание любых бытовых электрических приборов, некоторых видов садовой техники, и многое другое. Полученная энергия будет абсолютно бесплатной и практически бесперебойной.

Для правильного выбора солнечной батареи (СБ) необходимо знать, как она работает, ведь многие рядовые пользователи (без специального образования) считают, что солнечные батареи - это некий элемент, способный накапливать солнечную энергию.

Схема получения электричества с помощью солнца

На самом деле, преобразование солнечных лучей, попавших на поверхность батареи, в электрический ток — процесс достаточно сложный. Солнечный модуль – кристаллическая (кремневая или галлиевая) пластина, преобразующая энергию светового потока в электроток в силу физико-химических свойств и процессов.

С солнечного модуля электричество по проводам стекает в аккумуляторную батарею (АБ), подпитывая ее. Полный заряд АБ определяется контроллером. В рабочем режиме ток поступает с аккумулятора на инвертор, а с него на электроприборы и освещение. В этом процессе есть и режим ожидания, когда зарядка уже полностью завершилась, а инвертор еще не включен (например, люди спят или поехали в гости).

Основные элементы СБ:

• Солнечный модуль. В зависимости от исполнения выдает напряжение 6-40 вольт. В домашних условиях, обычно применяют модули на 12 или 18 вольт, реже на 24 или более.
• Регулятор уровня заряда (контроллер) – необходим для своевременного перехода устройства из режима зарядки в состояние ожидания или работы. Соблюдение этих режимов позволяет значительно увеличить срок службы аккумуляторных батарей.
• Аккумуляторы – накопительный элемент, который на протяжении некоторого времени способен сохранять энергию, полученную от солнечных модулей.
• Инвертор – устройство, преобразующее постоянный ток в переменный, который необходим для питания многих бытовых электроприборов.

Схема расположения солнечных панелей

Для надежной и бесперебойной работы, в схему, описанную выше, необходимо добавить дополнительные элементы, обеспечивающие безотказную работу солнечного модуля, аккумулятора и инвертора.

• Защитные устройства (прерыватели, реле) – необходимый элемент для безопасного использования батареи и ее составляющих.
• Автоматика – совокупность элементов системы, переключающих электросистему дома с СБ-питания на обычную (городскую) электросеть, при возникновении неисправностей, и обратно, при их устранении. Все элементы «солнечной» сети (в этом случае) переходят в режим ожидания.

Батареи, работающие от солнца, изготавливают из разных материалов и бывают они разных видов. Полная мощность одного модуля для бытовых нужд (в зависимости от размеров) составляет 10-350 ватт.

Для расчета необходимого количества элементов берут среднее значение, которое должна обеспечивать любая батарея в пасмурную погоду – 80-100 Вт/кв. м.

Если полностью покрыть дом с площадью крыши – 100 кв. м, то средняя мощность составит:

100*100=10000 Вт = 10 кВт,

что вполне хватит для работы всех электроприборов.

Солнечные батареи на крыше

Но в быту применяются кремниевые СБ всего трех типов:

1. Монокристаллические.
2. Поликристаллические.
3. Тонкопленочные.

Рассмотрим каждый из них.

Монокристаллические модули

Для изготовления используются однородные кристаллы кремния. Специальные условия, создаваемые при выращивании, определяют их высокое качество, а также надежность и эффективность самой СБ.

Монокристаллические модули

Цена на них высока (по сравнению с другими), а монтаж устройства и последующая эксплуатация иногда вызывает трудности. При чистке пластин необходимо действовать с осторожностью. Малейший нажим и они могут треснуть.

Такие СБ часто загрязняются и КПД их падает. Эффективное использование может быть организовано, если вы имеете достаточное количество средств на очистку или же используете такую систему в качестве временного резерва.

Кремниевые модули с использованием поликристаллов (поликристаллические)

Производительность модулей такого типа невелико из-за того, что для их создания используются материалы более низкого качества. В результате этого, поликристаллические модули имеют эффективность на 5-10% меньше монокристаллических.

Но чистку они выдерживают свободно. Из-за поликристаллической структуры повредить их достаточно сложно

Тонкопленочные модули

Их изготовление производится из кремния (аморфного) или же из других материалов, имеющих в своем составе, необходимые для процесса преобразования примеси.

Тонкопленочные модули

Покупка и эксплуатация модулей этого типа имеют свои позитивные и негативные стороны

• маленький вес;
• легкая транспортировка и установка;
• низкая стоимость;
• гибкость конструкции.

• малый КПД (10-12%);
• краткий срок использования.

Желательно, чтобы вы подыскали специалиста по монтажу СБ. Можно узнать о нем в магазине, где вы совершаете покупку или в глобальной сети. Если же установку производите вы сами, необходимо знать несколько особенностей работы такого оборудования.

Монтаж солнечных панелей

Смонтировать батареи на вашей даче лучше и легче всего на крыше дома. Это самая большая площадь, но тут есть несколько нюансов:

1. Монтаж лучше производить там, где лучи будут освещать батарею под углом 90 0 большую часть дня.

1. При самостоятельном монтаже СБ помните, что для наилучшего результата (максимального КПД), батареи летом располагают под 40-45 градусов к горизонту с направлением на юг

Правильное расположение батарей

При неточном размещении, лучи дневного светила попадают на поверхность модуля под неправильным углом, что значительно снижает их мощность.

1. Для поддержания постоянного КПД батареи должны устанавливаться на специальные поворотные кронштейны.

Это необходимо чтобы в разные сезоны можно было сменить угол наклона. Ведь зимой солнце располагается намного ниже, чем в остальное время года.

В идеале, желательно, чтобы даже в течение дня, батареи были повернуты к светилу под углом 90 0 . Ведь при стационарном положении СБ будут отдавать полную мощность, когда солнце расположится в зените. А при восходе или заходе светила КПД будет низким.

Крепления для солнечных батарей

Для устранения этого недостатка необходим специальный сервомеханизм с фотоэлементами и автоматикой (можно купить или выписать через глобальную сеть). Это система, фактически, будет «следить» за солнцем и поворачивать СБ на нужный угол.

Она работает так.

К электромоторам, которые перемещают СБ, подключена схема с фотоэлементом, настроенная на определенный уровень освещения. Как только количество света изменится (солнце «ушло», облако), устройство дает команду моторам, и они вращаются, пока уровень освещения фотоэлемента не достигнет нужного значения.

Такое устройство можно сделать своими руками. Один из вариантов можно увидеть на видео:

В данной конструкции угол наклона батарей (зависит от высоты солнца над землей) меняется с помощью насоса и поршней, а слежение за перемещением солнца в течение дня, осуществляется отдельным (для каждого модуля) мотором.

Отопление дома (если у вас нет подвода газопровода) можно полностью сделать электрическим. Это возможно осуществить с помощью солнечных модулей, если они покрывают большую площадь.

Причем существует два варианта такого обогрева:

1. Непосредственное. К источнику тока прямо подключаются нагревательные приборы (плитка, калорифер и прочее).
2. Косвенного нагрева, например, водное. В электрокотле закипает жидкость, которая, проходя по трубам, разогревает их и разносит тепло (при помощи насоса) по всем помещениям.

Первый вариант считается эффективным. Его достоинства в заключаются в отсутствии труб, экономичности и простоте эксплуатации.

Отопление частного дома солнечными батареями

Из недостатков выделяют быстрое остывание и большое потребление энергии, ведь приборы должны быть все время включены на полную мощность (1-3 кВт в каждой комнате).

Второй вариант намного дороже, но имеет много положительных качеств:

1. Малое потребление электричества. Подача основного количества энергии нужна только в самом начале – при разогреве жидкости.
2. Большую часть времени работает только один маленький насос мощностью 0,3-1 кВт.
3. Большая теплоемкость.

Из недостатков:

• затраты на котел, трубы, соединительные элементы;
• оплата монтажных сантехнических работ;
• трудности в установке и подключении.

Схема отопления при участии солнечных батарей и газового котла

Из вышеописанного можно выяснить, что СБ площадью менее 70 кв. м не смогут обогреть все комнаты в полной мере, если у вас установлены приборы непосредственного обогрева – просто не хватит энергии. Но ее вполне может хватить на второй (водный) вариант.

К позитивным свойствам относятся:

• Бесплатная электрическая энергия (без учета стартовых вложений) и возможность полной автономии.
• Бесконечный источник энергии.
• Абсолютно тихий процесс получения энергии.
• При выборе качественного оборудования – долгие года эксплуатации (без дорогого обслуживания).
• Отсутствие каких-либо документов на разрешение установки или использование.
• Возможна установка своими руками.

Зимой батареи работают менее эфективно из-за сокращения времени светового дня

К негативным свойствам относятся:

• Высокая стоимость оборудования.
• В областях и регионах, где солнце светит редко, а пасмурных дней много, оборудование будет работать неэффективно.
• Производительность (в процентном соотношении) каждый год снижается на 1-2%.

Целесообразность установки солнечных батарей

Для того, чтобы эффективно и выгодно вложить собственные средства, необходимо заранее определиться, какие цели вы преследуете.

Если в вашем регионе происходят частые, но кратковременные отключения электроэнергии, и вы хотите обзавестись резервом – это не лучший выход.

Установка солнечной батареи достаточно дорога, поэтому, ее приобретение стоит осуществлять только при долговременных отключениях электричества или при полном его отсутствии.

Факторы, которые могут повлиять на покупку солнечных батарей

• Необходимость автономии или желание использовать экологически чистую добычу энергии.
• Потребность в резервном источнике при частых отключениях или полном отсутствии электроэнергии
• Желание снизить расходы на оплату коммунальных услуг.

Если вы все-таки хотите устанавливать батареи, то вам необходимо привлечь специалистов-энергетиков, чтобы рассчитать ваше среднесуточное и среднемесячное потребление электричества. И только после этого, учитывая ваши потребности, решите – тратить вам деньги на приобретение СБ или нет.