Солнечная батарея

Изготовление коллектора своими руками

При приобретении готового комплекта схема подключения солнечных батарей обычно указывается в прилагающейся документации. Но некоторые жильцы предпочитают собрать самодельный коллектор в домашних условиях. Простой агрегат делается из подручных материалов с использованием в качестве основы змеевидной конструкции, изъятой из устаревшего или сломавшегося холодильника.

Чтобы смастерить коллектор, потребуется приготовить:

  • фольгу и стеклянный лист;
  • змеевик от холодильника (с него же можно демонтировать связывающие хомуты и задействовать их в новом агрегате);
  • реечные элементы для создания каркаса;
  • ленту скотча;
  • крепежные элементы – шурупы и винты;
  • коврик из резины;
  • бак для жидкости;
  • подающие и сливные трубы.

Змеевик сначала отмывают от грязи, пыли и следов фреона, а затем вытирают насухо. Рейки обтесывают под габариты змеевидной конструкции из такого расчета, чтобы она помещалась в смонтированный из них каркас. Затем требуется соединить рейки друг с другом. Ковер из резины должен соответствовать размерам каркаса. При необходимости лишнее обрезают. В процессе соединения реек нужно сделать в стенках маленькие отверстия, чтобы туда проходили змеевиковые трубки, если их требуется вывести.

Коврик сверху застилают слоем фольги. Если приходится использовать для покрытия малогабаритные нарезки, их соединяют скотчем. Затем укладывают реечную конструкцию, а после – змеевик, который фиксируется хомутами. Последние надлежит закрепить с противоположной стороны с помощью винтиков. С нее же производится прибивание реек, чтобы конфигурация стала жестче.

Если между рейками и фольгой обнаружились щели, их полагается заклеить скотчем. Это обеспечит сведение потерь тепла к минимуму и увеличит КПД готовой установки. Когда агрегат будет готов, на него помещают стеклянное покрытие. Затем производится проклейка скотчем по всему периметру изделия.

Сколько нужно ↑


Определимся с мощностью модуля. Для начала любым доступным способом необходимо посчитать, сколько электроэнергии в среднем потребляется в вашем доме. Для этих целей вполне подойдут счета за электроэнергию. Далее, нужно определить, какую часть этого количества вы собираетесь скомпенсировать за счет альтернативного источника энергии.

Пример расчета
Предположим среднемесячный расход составляет 300 киловатт-час, это 10 киловатт-час в день или 3600 – в час. В ясный летний день батарея способна вырабатывать номинальную мощность в течение шести часов в сутки: если это модуль в 250 Вт, то его суточная мощность составляет 1500 ватт-час, конечно, при условии солнечной погоды. Тогда при установке 3 кВт модулей, то есть 12 штук по 250 ватт, можно полностью компенсировать расход.

Автономное электроснабжение частного дома на батареях зависит от ряда факторов. Помимо их количества на производимую мощность существенное влияние оказывает интенсивность солнечных лучей и угол их падения. Иначе говоря, производительность панели определяется местом ее расположения, географической широтой, временем года и суток.

Отзывы домовладельцев в регионах, где много солнца даже зимой, подтверждают, что благодаря альтернативному источнику, они значительно меньше потребляют энергию из городской электросети.

Схема работы солнечного электроснабжения

Когда проводишь взглядом по загадочно звучащим названиям узлов, входящих в состав системы питания солнечным светом, приходит мысль о супертехнической сложности устройства. На микроуровне жизни фотона это так. А наглядно общая схема электрической цепи и принцип ее действия выглядят очень даже просто. От светила небесного до «лампочки Ильича» всего четыре шага.

Солнечные модули – первая составляющая электростанции. Это тонкие прямоугольные панели, собранные из определенного числа стандартных пластин-фотоэлементов. Производители делают фотопанели различными по электрической мощности и напряжению, кратному 12 вольтам.

Галерея изображений
Фото из
Солнечные батареи используются в регионах с низким количеством пасмурных дней, эксплуатируют их в качестве основного или дополнительного поставщика энергии

Есть смысл в сооружении системы солнечных батарей в районах с малоразвитой инфраструктурой, которые еще не подключены к централизованным электросетям

В летнее время на дачном участке солнечные приборы смогут обеспечить энергией электроприборы и систему отопления

Аппаратура для контроля работы и регулировки солнечных панелей не занимает много места, обычно включает инвертор, контроллер и АКБ

Если на участке есть свободная, хорошо освещенная площадка, солнечную электростанцию можно расположить на ней

При хорошей защите от атмосферного негатива устройства управления и контроля работы солнечной батареи можно располагать на улице

Солнечную электростанцию для частного дома можно собрать из батарей заводского производства

Значительно более дешевой и практически равной по производительности будет солнечная батарея, собранная своими руками из кремниевых пластин

Установка солнечных панелей на скатах крыши

Монтаж на террасах, верандах, балконах мансард

Гелиосистема на покатой крыше пристройки

Внутренний блок солнечной мини электростанции

Расположение на свободной площадке участка

Сооруженный на улице блок аппаратуры для батареи

Сборка солнечной панели из готовых батарей

Изготовление солнечной батареи своими руками

Устройства плоской формы удобно располагаются на открытых для прямых лучей поверхностях. Модульные блоки объединяются при помощи взаимных подключений в гелиобатарею. Задача батареи преобразовывать получаемую энергию солнца, выдавая постоянный ток заданной величины.

Аккумуляторы – известные всем устройства накопления электрического заряда. Их роль внутри системы энергоснабжения от солнца традиционна. Когда домашние потребители подключены к централизованной сети, энергонакопители запасаются электричеством. Они также аккумулируют его излишки, если для обеспечения расходуемой электроприборами мощности достаточно тока солнечного модуля.

Аккумуляторный блок отдает цепи требуемое количество энергии и поддерживает стабильное напряжение, как только потребление в ней возрастает до повышенного значения. То же происходит, например, ночью при неработающих фотопанелях или во время малосолнечной погоды.

Схема энергообеспечения дома с помощью солнечных батарей отличается от вариантов с коллекторами возможностью накапливать энергию в аккумуляторе (+)

Контроллер – электронный посредник между солнечным модулем и аккумуляторами. Его роль регулировать уровень заряда аккумуляторных батарей. Прибор не допускает их закипания от перезарядки или падения электрического потенциала ниже определенной нормы, необходимой для устойчивой работы всей гелиосистемы.

Инвертор – переворачивающий, так дословно объясняется звучание этого слова. Да, ведь на самом деле, этот узел выполняет функцию, когда-то казавшуюся электротехникам фантастикой. Он преобразует постоянный ток солнечного модуля и аккумуляторов в переменный с разностью потенциалов 220 вольт. Именно такое напряжение является рабочим для подавляющей массы бытовых электроустройств.

Поток солнечной энергии пропорционален положению светила: устанавливая модули, хорошо бы предусмотреть регулировку угла наклона в зависимости от времени года

Как выбрать?

Установка гелиосистемы на собственном участке обойдется в приличную сумму. Перед тем как приступать к установке солнечной батареи, необходимо определиться с требующейся мощностью для всех приборов. И в первую очередь необходимо вычислить оптимальную пиковую нагрузку в киловаттах и рациональное условно среднее потребление энергии в киловатт/часах для обеспечения нужд дома или участка.

Для рационального использования солнечного электричества необходимо определить:

  • пиковую нагрузку – для ее определения необходимо сложить мощность всех приборов, включенных одновременно;
  • максимум потребляемой мощности – параметр, необходимый для определения категории приборов, которые должны работать в одно время;
  • суточное потребление – определяется умножением индивидуальной мощности отдельно взятого прибора на время, в течение которого он работал;
  • среднесуточное потребление – определяется путем сложения расхода энергии всех электроприборов за одни сутки.

Все эти данные необходимы для комплектации и стабильной последующей работы солнечной батареи. Полученная информация позволит подобрать более подходящие параметры аккумуляторного блока – дорогостоящего элемента солнечной системы.

Для проведения всех расчетов понадобится лист в клетку или, если вы предпочитаете работать на компьютере, то удобнее всего будет использовать файл Excel. Подготовьте шаблон таблицы с 29-ю колонками.

Укажите названия граф по порядку.

  • Название электроприбора, бытовой техники или инструмента – специалисты рекомендуют начинать описывать энергопотребителей с прихожей, а затем двигаться вкруговую по часовой или против часовой стрелки. Если дом имеет более одного этажа, то отправной точкой всех последующих уровней служит лестница. А также укажите уличные электроприборы.
  • Индивидуальная потребляемая мощность.
  • Время суток начиная от 00 и до 23 часов, то есть для этого вам понадобится 24 колонки. В колонках со временем необходимо будет указать два числа в виде дроби: продолжительность работы в течение конкретного часа/ индивидуальную потребляемую мощность.
  • В 27 колонке укажите суммарное время работы электроприбора за сутки.
  • Для 28 колонки необходимо помножить между собой данные из 27 колонки на индивидуально потребляемую мощность.
  • После заполнения таблицы вычисляется итоговая нагрузка каждого прибора на протяжении каждого часа – полученные данные вводятся в 29 колонку.
Популярные статьи  Технология сварки полипропиленовых труб

После заполнения последней колонки определяется среднесуточное потребления. Для этого все данные в последней колонке суммируют. Но в данном расчете не учитывается потребление всей системы гелиоколлектора. Для вычисления этих данных необходимо учитывать вспомогательный коэффициент при итоговых расчетах.

Такой тщательный и кропотливый подсчет позволит получить развернутую спецификацию энергопотребителей с учетом часовых нагрузок. Поскольку солнечная энергия очень дорогая, ее расход необходимо минимизировать и рационально использовать для питания всех приборов. К примеру, если гелиоколлектор будет использоваться в качестве резервного питания дома, то полученные данные позволят исключить энергоемкие приборы от сети до окончательного восстановления основного электроснабжения.

Для постоянного снабжения дома энергией от солнечной батареи при расчетах часовые нагрузки выдвигаются вперед. Потребление электроэнергии необходимо настроить таким образом, чтобы исключить аварийные ситуации при работе системы и выровнять максимальные нагрузки.

На данном графике наглядно показано, как рационально использовать энергию солнца в доме. Первоначальный график показывает, что нагрузка распределялась в течение суток хаотично: среднесуточная почасовая составляла 750 Вт, а показатель потребления – 18 кВт в час. После точных расчетов и грамотного планирования удалось снизить показатель суточного потребления до 12 кВт/час, а среднесуточную почасовую нагрузку до 500 Вт. Данный вариант распределения энергии также подходит и для резервного питания.

Изготовление в домашних условиях

Комплексная гелиосистема потребует немалого вложения средств. Но все потраченные деньги вернутся в будущем. Срок окупаемости в зависимости от количества модулей и способов использования солнечной энергии будет разниться. Но все же можно уменьшить первоначальные расходы не за счет потери качества, а за счет разумного подхода к выбору компонентов солнечной батареи.

Если вы неограничены в площади установки солнечных модулей, и в вашем распоряжении есть приличное пространство, то на 100 кв. м вы можете установить поликристаллические солнечные батареи. Это позволит сэкономить немалую сумму в семейном бюджете.

Не старайтесь покрыть полностью крышу солнечными батареями. Для начала установите пару модулей и подключите к ним ту технику, которая работает от постоянного напряжения. Нарастить мощность и увеличить количество модулей можно всегда со временем.

Если вы ограничены в бюджете, то можете отказаться от установки контроллера – это вспомогательный элемент, который необходим для отслеживания уровня заряда батареи. Вместо него, можно дополнительно подсоединить к системе еще один аккумулятор – это позволит избежать перезаряда и увеличит емкость системы. А для контроля заряда можно использовать обычные автомобильные часы, которыми можно измерять напряжение, да и стоят они в разы дешевле.

Все дело в кремнии

Солнечные батареи состоят из ячеек меньшего размера – фотоэлементов, которые сделаны из кремния.


Солнечная панель состоит из нескольких фотоэлементов.

Важно. Кремний – наиболее распространенный полупроводник на Земле (около 30% всей земной коры). Кремний располагается между двумя токопроводящими слоями

Кремний располагается между двумя токопроводящими слоями.


«Сэндвич» из кремния и токопроводящих слоев

Каждый атом кремния соединен с соседними четырьмя сильными связями, которые удерживают электроны на месте, поэтому так ток течь не может.


Структура атомов кремния

Для того, чтобы получить ток используют два различных слоя кремния:

  • Кремний N-типа имеет избыток электронов
  • Кремний Р-типа – дополнительные места для электронов (дырки)


Кремний Р и N типа

Там, где соединяются два типа кремния, электроны могут перемещаться через Р-N переход, оставляя положительный заряд на одной стороне и отрицательный на другой.

Чтобы это было легче представить, лучше думать о свете, как о потоке частиц (фотонов), которые ударяются о нашу ячейку настолько сильно, что выбивает электрон из его связи, оставляя дырку. Отрицательно заряженный электрон и место положительно заряженной дырки теперь могут свободно перемещаться, но т.к. мы имеем электрическое поле на Р-N переходе, они движутся только в одном направлении. Электрон – в сторону N-проводника, дырка стремится на Р — сторону пластины.


После «освобождения» электрон стремится к проводнику

Все электроны собираются металлическими проводниками вверху ячейки и уходят во внешнюю сеть, питая токоприемники, аккумуляторы для солнечных батарей или электрический стул для хомяка


Работа фотоэлемента

Стандартная пластина, 150х150 мм номинально вырабатывает только 0,5 вольта, но если объединить их в одну большую панель, то можно получить бо́льшую мощность и вольтаж. Для зарядки мобильника нужно объединить 12 таких пластин. Для питания дома нужно затратить гораздо больше пластин и панелей.

Благодаря тому, что в фотоэлементах единственной подвижной частью являются электроны, солнечные панели не нуждаются в обслуживании и могут служить 20-25 лет не изнашиваясь и не ломаясь.

Исходные данные для расчетов

Теперь рассмотрим как рассчитать солнечные батареи? Основной цифрой, необходимой для расчетов, является общее энергопотребление за определенный период. Если панели устанавливаются в электрифицированном загородном доме, то расход электроэнергии можно определить по счетчику. Однако, если электроснабжение подключается впервые, необходимо составить список всех имеющихся потребителей с указанием мощности каждого из них.

Например, холодильник потребляет 350 Вт/ч. В сутки он потребит около 1 кВт/ч, а в течение месяца – около 30 кВт/ч. Точно так же нужно подсчитать расход электроэнергии у осветительных и других приборов.

Полученные цифры складываются и вначале определяется общее суточное энергопотребление. Далее результат умножается на количество дней в месяце, что даст предварительное значение. К примеру, расход электроэнергии составляет 100 кВт/ч. Эта цифра будет относительной, поскольку к ней следует добавить еще 40% на потери в аккумуляторе и при работе инвертора.

Таким образом, общий расход электроэнергии в месяц составит 140 кВт/ч. В сутки получается 140:30:7 = 0,67 кВт/ч. Следовательно, необходимы панели с минимальной мощностью 0,7 кВт. Однако их будет достаточно лишь при хорошей погоде в летнее время и частично весной и осенью. Необходимо учесть и пасмурные дни, которые нередко наблюдаются и в летние месяцы. В связи с этим, требуется увеличить количество панелей не менее чем в два раза, в противном случае электроэнергия будет поступать с перебоями.

Максимальный эффект от солнечной системы получается лишь при условии согласованной работы всех составляющих частей и компонентов. В первую очередь нужно правильно рассчитать батареи на основе исходных данных, потому что именно от этих расчетов будет зависеть эффективность работы всей энергетической установки.

Как выгодно применять

Учитывая свойство панелей работать лишь в солнечную погоду, необходимо детально изучить рынок солнечных батарей, а именно материал из которого их изготавливают. Поликристаллические панели способны прекрасно генерировать не только прямой солнечный свет, но и рассеянные лучи. А требуемые для действия установок, солнечного излучения облака уже не являются преградой. С целью получения большей эффективности, даже в пасмурную погоду следует выбирать поликристаллические кремниевые батареи.

Популярные статьи  Крышка для унитаза: разновидности, советы по выбору, инструкция по установке

Выпадение осадков, в частности снега, в определенном смысле, вовсе не минус. Когда падает снег, объемы отраженных лучей увеличиваются. И если в панелях присутствуют кремниевые фотоэлементы, возрастает количество накопленной энергии. При установке панелей следует иметь в виду и снежный вопрос, возникает потребность частого очищения панелей от снега.

Однако время и прогресс не стоят на месте и возможно в ближайшем будущем силой мысли будут разработаны батареи, без всяческих недостатков и минусов. И человечество уверенными шагами пойдет в направлении сохранения природы, атмосферы и планеты.

Гибкие пленочные фотоэлементы на основе аморфного кремния имеют ряд преимуществ и значительно удобнее в работе

  • Элементы первого поколения являются однопереходными. Они имеют низкий КПД — всего 5% и относительно небольшой срок эксплуатации — не более 10 лет.
  • Пленка второго поколения тоже однопереходного типа, но уровень КПД у нее повышен до 8%, увеличен и срок эксплуатации.
  • Тонкопленочные батареи третьего поколения обладают КПД до 12%, и обладают длительным сроком службы, составляя конкуренцию кристаллическим вариантам.

Сравнение солнечных фотоэлементов

Если сравнивать кристаллические и пленочные батареи, то у последних существует ряд существенных преимуществ, благодаря которым часто предпочтение отдается именно им:

  • Аморфные пленочные элементы лучше реагируют на изменение температуры, в частности, на ее повышение. В солнечные месяцы года этот тип батарей способен произвести большее количество энергии по сравнению с кристаллическими аналогами — те при нагреве способны потерять до 20% мощности.
  • Пленочные батареи продолжают выработку энергии даже при рассеянном солнечном свете, в отличие от кристаллов, которые не генерируют энергию в пасмурную погоду. При слабом или рассеянном свете аморфная пленка способна вырабатывать до 20% энергии от своих номинальных показатели. Не слишком много, но лучше, чем ничего.
  • Стоимость кристаллических панелей гораздо выше, чем пленочных. Причем цена на последние продолжает снижаться из-за активного наращивания объемов их производства.
  • Пленочные солнечные батареи имеют меньшее количество дефектов и уязвимых мест. Дело в том, что жёсткие пластины при формировании панели спаиваются между собой, а пленка устанавливается в корпус конструкции в целом виде.

Если подвести итоги и вывести их в таблицу, то сравнительные характеристики пленочных аморфных и жестких кристаллических солнечных фотоэлементов будут выглядеть следующим образом:

Параметры Кристаллические панели Аморфные тонкопленочные батареи
КПД изделий 9÷20% 6÷12%
Выходное напряжение одного фотоэлемента Около 0,5 В Около 1,7 В
Световой спектр максимальной чувствительности Ближе к красному цвету, то есть для эффективной работы необходимо яркое солнце. Ближе к ультрафиолету, то есть восприимчивы и к рассеянному освещению.
Гибкость Хрупкие и ломкие, требуют обязательной жесткой основы и надежной защиты от механического воздействия. Гибкие, легко гнутся, не заламываются.
Надежность при эксплуатации в экстремальных условиях Требуют жесткой основы и надежной защиты от механического воздействия. Более устойчивы к механическим воздействиям, хотя тоже требуют защиты.
Долговечность При должной защите, эксплуатируются длительное время, но с годами постепенно снижается эффективность работы изделий. Качественные изделия, выполненные с соблюдением технологии, выгорают на солнце на 4% за первые 4÷5 лет эксплуатации. Дешевые китайские аналоги могут подвести через 2÷3 года.
Вес Тяжелые. Легкие.

Необходимо уточнить, что производятся и комбинированные варианты солнечных батарей, то есть состоящие из кристаллических и аморфных элементов. То есть используются по максимуму все преимущества обоих типов. Однако, стоимость подобных изделий весьма высока, поэтому они не настолько популярны, как упомянутые выше батареи.

Что влияет на эффективность солнечных батарей?

Чтобы не удивляться тому, что солнечные батареи работают с разной эффективностью в различные периоды, необходимо выделить факторы, которые влияют на КПД системы. Причем названные ниже моменты действуют на солнечные батареи всех типов, но с различной интенсивностью.

  • При повышении температуры производительность любых фотоэлементов панелей снижается.
  • При частичном затемнении, например, если солнце попадает только на часть панели, а какое-то количество элементов остается неосвещенным, выходное напряжение падает за счет потерь неосвещенных пластин.
  • Панели, оснащенные линзами для концентрирования излучения, становятся совершенно неэффективными в облачную погоду, так как пропадает эффект фокусирования потока света.
  • Для достижения высокой эффективности работы солнечной батареи необходим правильный подбор сопротивления нагрузки. Поэтому панели подключаются не напрямую к приборам или аккумулятору, а через управляющий системой контролер, который обеспечит оптимальный режим функционирования батареи.

Недостатки солнечных батарей

У солнечных батарей существует ряд недостатков, узнав о которых многие хозяева жилья сразу отказываются от затеи их приобретения и установки.

Критерии выбора оборудования

Основное требование при покупке гелиосистем – правильный расчет мощности.

Сначала определяют, будет система круглогодичной или сезонной:

  • Коллекторы сезонного типа состоят из бака накопителя и коллектора. Теплоносителем служит вода. Она замерзает при отрицательных температурах, поэтому использование ее в холодную часть года невозможно.
  • Круглогодичные системы могут эффективно использоваться вне зависимости от температуры окружающей среды. В конструкции используется незамерзайка, которая обеспечивает высокий КПД даже в холодные дни.

Мнение эксперта
Торсунов Павел Максимович

Главные критерии подбора мощности оборудования – площадь дома и его географическое расположение. В первую очередь надо знать тепловые потери с квадратного метра, площадь дома, объем теплоносителя в системе отопления. Как правило, системы, рассчитанные на применение для отопления, должны быть специально спроектированы под конкретное здание, поэтому без помощи специалистов в этом вопросе не обойтись.

Для прикидочного расчета можно воспользоваться следующей информацией:

  1. Для отопления понадобится бойлер объемом равным 3-х кратному объему теплоносителя в системе отопления.
  2. Количество трубок подбирают в зависимости от индивидуальных особенностей строения.

Увеличивать мощность более, чем в два раза не рекомендуется. Это повлечет проблемы с утилизацией тепла летом. Иначе существует опасность развития стагнации системы – одной из проблем гелиоколлекторов. Если из контура забирается недостаточно тепла, происходит перегрев теплоносителя.

Он может закипеть, а это приведет к прекращению циркуляции по контуру. После остывания теплоносителя, работа системы возобновится. Но не все теплоносители переносят переход из жидкого состояния в газообразное. Некоторые превращаются в желе, что делает невозможной последующую эксплуатацию контура.

Какой солнечный коллектор установили бы Вы?

ПлоскийВакуумный

Избежать стагнации поможет стабильный отвод тепла:

  1. Установка резервной емкости для накопления горячей воды.
  2. Подогрев воды в бассейне.
  3. Слив горячей воды.
  4. Внешний теплообменник с вентилятором.
  5. Сброс тепла в грунт.
  6. Изоляция коллектора от солнечных лучей. К примеру, автоматическими рольставнями.

Специалисты советуют переходить на альтернативные источники энергии поэтапно. Это позволит избежать чрезмерных затрат на приобретение и монтаж оборудования, но и предоставит возможность опытным путем проверить их эффективность.

Эффективность работы зимой

Для гелиосистемы морозная погода не играет роли. Главным здесь является количество ясных световых дней. И, к примеру, если использовать солнечную батарею для горячего водоснабжения, даже в зимний период тридцатиградусных морозов можно стабильно иметь в баке воду температурой 40°C – 50°C.

В регионах с резко континентальным климатом и суровой зимой отказаться от центрального отопления не получится. Но можно дополнить систему баками косвенного нагрева, которые позволяют совмещать различные источники тепла с возможностью включения в работу энергии солнца автоматически и по мере необходимости.

А также можно использовать гелиосистему для поддержки отопления в системе «теплый пол». При этом для 100 квадратных метров пола необходимо примерно 8 коллекторов. Но в летнее время такая большая система будет избыточной, разве что можно использовать ее для поддержания температуры в бассейне или сауне.

Его роль в системе вполне понятна – аккумулятор позволит запастись электричеством солнечного модуля. И тогда можно будет использовать солнечную энергию в качестве электричества.

Популярные статьи  Раковина кувшинка: выбираем и размещаем над стиральной машиной

Плюсы

Рассматривая излучения от солнца, как источник энергии, необходимо отметить, что эта энергия бесконечна. Это представляет собой большой плюс, потому, что все доселе известные доселе источники энергетики, являются ущербными для нашей планеты. По некоторым данным Национальной американской исследовательской академии, «Звезда по имени Солнце» будет способна согревать Землю еще примерно еще 6,5 миллиардов лет, до тех пор, пока не взорвется.

  • Повсеместность. Запас солнечной энергетики, весьма огромен. Каждый день наша планета облучается около 120 тысячами тераваттами света самой большой звезды. А это, на секундочку, в 20 тысяч раз больше энергии, чем весь мир способен потреблять ежедневно.
  • Стабильность. Энергетику солнца нельзя перерасходовать, она стабильна во все времена. И сейчас и для будущих поколений Солнце будет светить.
  • Доступность. Энергию из солнечных лучей можно собирать и использовать каждый летний (и даже зимний ) день, по всей поверхности Земли. Например, Германия, на сегодняшний день, является наиболее использующей солнечную энергию страной в мире, и имеет прекрасный запас именно солнечной энергетики.
  • Безопасность для окружающей среды. Экологическая чистота, принципиальный фактор в добывании энергии для человеческих нужд. Сравнивая затраты и воздействия на природу традиционных способов получения энергии, с получением энергии от Солнца, можно убедиться в небольшом воздействии на природу и атмосферу от производств, перевозки и установки солнечных батарей. Это бесспорно важнейшее мероприятие в  направлении борьбы с глобальным потеплением.
  • Отсутствие шумов. Из — за отсутствия движущихся узлов на самом ресурсе, выработка энергии происходит тихо.
  • Выгода. Применение отдельного источника электроэнергии в частном доме, весьма экономично. Принципиально, что обслуживание панелей сводится к минимальным затратам, в году несколько раз следует очищать панели от загрязнений. Гарантия от производителя растягивается на 20 — 25 лет.

Сферы деятельности

Применение солнечной энергетики охватывает многие отрасли. При достаточной удаленности от централизованной электростанции потребность в автономных  установках очень велика.

Солнечные батареи используют для опреснения воды в Африке, также для поставки электроэнергии на спутниковые станции. Не случайно солнечную энергетику окрестили «народной» она легко вошла процесс электроснабжения дома. Такая электроэнергия потребляет в сырье, как и фотоэлементы луча, так и его теплопроводность.

Новые технологии

Каждый год технически усовершенствуется процесс изготовления электрических батарей.  На стадии постройки сооружения, в строительные материалы внедряются инновационные тонкопленочные панели. Японские производители Sharp, являясь несомненным лидером в изготовлении солнечных панелей, не так давно выпустили в широкое потребление прозрачные накопители с фотоэлементами для остекления оконных проемов. Результаты нынешних  исследований в квантовой физике и инновациях подразумевают усовершенствование продуктивности солнечных панелей  в три раза.

Виды панелей

Под солнечными накопителями следует понимать полупроводниковые элементы, содержащие кремний.

Их действие построено на основе принципа работы фотоэлемента, когда на полупроводник воздействует световой поток, приводящий к освобождению свободных электронов и создающий из них ток.

Принцип работы солнечной батареи. (Для увеличения нажмите)Вот из множества таких вот фотоэлементов состоит одна солнечная батарея. Передача электрической энергии производится так, как показано на рисунке.

Параметры солнечного накопителя во многом зависят от характеристик кремния, то есть, какой формой состава данного химического элемента он наполнен.

Производителями выпускаются следующие типы модулей:

  1. Тонкопленочные накопители. Изготавливаются в виде пленки, изготовленной из аморфного кремния. Они просты в монтаже, не боятся аномальных погодных явлений. Недостатком их является значительное снижение КПД в пасмурную погоду и требуемая большая площадь для установки. Положительная сторона – это не высокая стоимость.
  2. Монокристаллический тип. Устройства, сложенные из множества ячеек, напоминающие пчелиные соты. Широко применяются такие накопители в судоходстве, так как за счет силиконовой защиты не поддаются воздействию влаги. Данная техническая возможность позволяет их монтировать поверх кровли. Они просты в установке за счет компактных размеров и не большого веса. Недостаток – это снижение КПД при рассеянном свете.
  3. Поликристаллические модификации. Их слои состоят из разнонаправленных кремниевых кристаллов. Производители изготавливают такие модульные устройства синим цветом. За счет разнонаправленности они не зависят от направления светового потока.

Возьмите на заметку: монокристаллический тип можно просто различить, так как его структура изготовлена в виде нескольких квадратов темного цвета.

Пример расчета необходимой мощности

При расчете необходимой мощности солнечного коллектора очень часто ошибочно производят вычисления, исходя из поступающей солнечной энергии в самые холодные месяцы года.

Дело в том, что в остальные месяцы года вся система будет постоянно перегреваться. Температура теплоносителя летом на выходе из солнечного коллектора может достигать 200°С при нагреве пара или газа, 120°С антифриза, 150°С воды. Если теплоноситель закипит, он частично испариться. В результате его придется заменить.

Компании производители рекомендуют исходить из таких цифр:

  • обеспечение горячего водоснабжения не более 70%;
  • обеспечение отопительной системы не более 30%.

Остальное необходимое тепло должно вырабатывать стандартное отопительное оборудование. Тем не менее при таких показателях в год экономится в среднем около 40% на отоплении и горячем водоснабжении.

Мощность вырабатываемая одной трубкой вакуумной системы зависит от географического местоположения. Показатель солнечной энергии падающей в год на 1 м2 земли называется инсоляцией.

Зная длину и диаметр трубки, можно высчитать апертуру – эффективную площадь поглощения. Остается применить коэффициенты абсорбции и эмиссии для вычисления мощности одной трубки в год.

Пример расчета:

Стандартная длина трубки составляет 1800 мм, эффективная – 1600 мм. Диаметр 58 мм. Апертура – затененный участок создаваемый трубкой. Таким образом площадь прямоугольника тени составит:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928м2

КПД средней трубки составляет 80%, солнечная инсоляция для Москвы составляет около 1170 кВт*ч/м2 в год. Таким образом одна трубка выработает в год:

W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86кВт*ч

Необходимо отметить, что это очень приблизительный расчет. Количество вырабатываемой энергии зависит от ориентирования установки, угла, среднегодовой температуры и т.д.

С всеми видами альтернативных источников энергии и способами их использования вы сможете ознакомиться в представленной статье.

ВОПРОС УТИЛИЗАЦИИ

‒ Солнечные батареи ‒ это хороший способ организовать работу уличных фонарей или подсветки, однако большой экономической выгоды от них ждать не стоит, ‒ считает технический директор электротехнической компании «Технокомплект» в ОЭЗ «Дубна» Константин Плотников. ‒ Количество вырабатываемой энергии нестабильно и сильно зависит от погоды.

Кстати! Альтернативная («зеленая») энергетика предполагает использование возобновляемых источников, например, ветра, солнечного излучения, приливов, тепла Земли.

В нашей полосе солнечная электростанция может успешно работать «на подхвате» у основной для того, чтобы вырабатывать больше электричества в дневные часы и помогать обеспечивать, например, нужды промышленных предприятий. Однако это должен быть достаточно масштабный объект, которому к тому же потребуется большая площадь для размещения.

Казалось бы, все эти проблемы можно преодолеть ради спасения окружающей среды. Но тут не все так однозначно.

‒ Использование солнечных батарей действительно позволяет сократить выбросы в окружающую среду, ‒ говорит Константин Плотников. ‒ Но в процессе производства панелей используются тяжелые металлы и различные химические соединения, которые не так просто потом утилизировать.

Алла Полякова, председатель Комитета Мособлдумы по экологии и природопользованию:

‒ Альтернативные способы получения энергии в Подмосковье пока не сильно развиты. Пасмурных дней в году у нас больше половины. Ветра для полноценной работы ветрогенераторов не всегда бывает достаточно. Однако это не должно стать препятствием на пути научных исследований в этой области. Не исключено, что в будущем технологии станут более дешевыми, и Россия займет достойное место на мировом рынке новой энергетики.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

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