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.
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.
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.
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.
Моно- и поликристаллические солнечные панели
Поликристаллические солнечные панели или монокристаллические — традиционно первый вопрос при выборе. Оценивают и сравнивают КПД, стоимость, требуемое количество модулей, стабильность работы. Окупаемость во многом зависит от условий использования. Правильная оценка параметров, возможностей фотоэлектрических батарей позволит не переплачивать и выбрать выгодный вариант.
Важность свойств и технологии материала солнечных панелей
Основными устройствами для использования солнечной энергии, преобразования ее в электричество являются панели из плиток, пластин из специальных материалов, объединяемых в модули, массивы. Устройства также называют батареями, фотоэлектрическими, фотогальваническими элементами, но не надо их путать с гелио коллекторами, это разные изделия: первые вырабатывают электричество, вторые — тепло.
Модули из фотоэлектрических пластин, расположенные в освещаемом солнечным (ультрафиолетовым) светом месте, например, размещённые солнечные панели на крыше, поглощают излучение, которое преобразуется инвертором в ток, поступающий через стабилизаторы, контроллеры, аккумуляторы в электрическую сеть обслуживаемого объекта или для продажи в магистраль энергетических компаний.
Материал, технология создания пластин напрямую влияют на КПД, производство кВт/час, так как разные структуры могут более эффективно поглощать излучение, передавать его для процесса выработки электричества.
Типы солнечных панелей, что такое моно и поликристалл
Типы солнечных батарей:
- кремниевые — из кристаллов Si, твердые с определенной хрупкостью плитки. Стандарт, традиционные изделия. Наиболее эффективное, а возможно, единственное высоко результативное решение, если требуется основательная система в классическом ее понимании с хорошей отдачей, окупаемостью. Чаще всего их подразумевают, используя термин «солнечные панели»;
- пленочные — КПД в 3 раза ниже, чем у кремниевых, это эластичная пленка, которую можно наклеивать. Основное преимущество в легкости использования, монтажа, возможности модификации форм. Пленочные солнечные батареи — это инновация, изделие имеет потенциал для совершенствования, но на данное время для серьезной системы их сложно рассматривать. Эластичные фотоэлектрические элементы дороже кремниевых, не окупятся за свой срок эксплуатации, который намного меньший (10–12 лет против 15–20 лет);
- арсенид-галиевые, из аморфного кремния — особо продвинутые технологии, самые производительные батареи, но чрезвычайно дорогие, на рынке встречаются редко, это не массовая продукция.
Кремниевые фотогальванические батареи разделяются на монокристаллические, поликристаллические. Плитки панелей создаются формированием массы вокруг затравки из Si — именно в этом процессе и есть различия для указанных двух вариантов. Финишные этапы одинаковые — делают p-, n-переходы, устанавливают электроконтакты, токоведущие линии, наносят антиотражающий слой.
Монокристаллические батареи
Именно с появления в 1950 годах технологии для создания монокристаллов кремния началась революция в солнечной энергетике. По сегодняшний день метод не просто эффективный и актуальный, но единственный для создания наиболее эффективных солнечных монопанелей как массового товара.
Монокристаллические солнечные батареи (mono — один), как видно из названия, состоят из одного, цельного кристалла кремния.
Технология изготовления моно- и поли- фотоэлектрических плиток отличается, отсюда разные их свойства. В первом случае используется метод Чохральского — кристалл выращивается постепенно из расплавленного Si. Вокруг затравки из частички указанного элемента разрастается готовый продукт. По мере остывания образуется окончательный кремниевый элемент с цилиндрической геометрией.
Характерный признак монокристаллических солнечных панелей — однородность оттенка и структуры, что также свидетельствует о кремнии высокочистого состава. Цена, КПД — основное, в чем отличаются поли и моно гелио панели, если характеризовать их в общем и поверхностно, но эти критерии, как правило, главные для среднестатистической процедуры выбора.
Плюсы и минусы монокристаллических гелио панелей
Монокристаллические солнечные панели обладают такими достоинствами:
- самый высокий КПД среди подобных изделий — 15–23 %;
- требуется меньше панелей для аналогичной производительности по сравнению с поликристаллами, что также экономит место, трудозатраты, дополнительные устройства материалы (контроллеры, стабилизаторы, крепления) при установке;
- долговечнее — обычно гарантия производителя около 25 лет;
- кремний в таком виде не «стареет», не утрачивает с течением времени свойства, хорошо сохраняет производительность. Изнашиваются покрытия, пленки, контакты, но не сама плитка. Монокристалл имеет стабильные качества на протяжении всего срока службы.
Недостаток у монокристаллов только один — высокая цена.
Преимуществ и недостатки мультикристаллических солнечных панелей
Панели из плиток, состоящих из множества кристаллов, именуются «поли» или «мульти». Для изготовления применяется не долговременное наращивание и создание условий для медленного разрастания, а окунание затравки в ванну со специальной смесью кремния. После медленного остывания формируется структура с множеством кристалликов, сориентированных разнонаправленно. Затем производится нарезка прямоугольников, а из них — пластин, плиток нужных параметров.
Поликристаллические солнечные батареи имеют такие преимущества:
- намного дешевле, так как процесс создания менее трудозатратный, проще и более быстрый;
- при нагреве модуля выходная мощность снижается менее значительно.
- чистота Si ниже, чем в монокристаллических фотоэлектрических солнечных элементах, соответственно, КПД также ниже — 12–17 %.
- для аналогичного результата генерации электричества потребуется больше площади, соответственно, и модулей, чем при использовании монокристалла.
Сравнение технических параметров
Для удобства сравнения уместно отобразить технические параметры поли и моно панелей таблицей:
| Характеристика | Монокристалл | Поликристалл |
|---|---|---|
| Структура | Зерна в одном направлении, параллельно. | Кристаллы разнонаправленные, не параллельные. |
| Технология | Цилиндрические образования из кристаллов нарезают на пластины, обрезают до квадратных форм. | Обрезаются изначально на прямоугольные заготовки. |
| t° изготовления | +1400 | +800… +900 |
| Форма | Прямоугольники, квадраты со скошенными углами (квази или псевдо прямоугольники). | Прямоугольники, квадраты, без срезанных углов. |
| Толщина | ≤300 μm | 300~500 μm |
| Стабильность | Высокая. | Изделие дорогое, но цена ниже, чем у монокристалла. |
| Стоимость | У монокристаллических панелей цена выше. | |
| Окупаемость | Около 2 лет. | 3–4 года. |
| КПД | 15–23 | 12–17 |
Монокристаллические панели чаще черного цвета, поли — темно-синие, но это не категорическая характеристика. Два варианта плитки могут иметь и разные оттенки в зависимости от просветляющего, антиотражающего покрытия. Надо отметить, что параметр по стоимости относительный: развитие методов удешевления производства сделало разрыв минимальным.
Какие фотоэлектрические элементы лучше: поли или моно
По вопросу, какие солнечные батареи лучше — моно или поликристаллические — есть большая доля неопределенности. Категорически сразу отдать предпочтения в рекомендациях и советовать только одни из вариантов неправильно — надо оценивать условия использования и расчеты.
Чем больше кристаллы Si, тем выше КПД, поэтому моноэлементы намного результативнее и КПД у них выше, примерно на 10–15 %, чем у поликристаллов. Последние часто преподносят как менее эффективные. Приведенные утверждения верны, но они подлежат коррекции, так как важен расчет, исходя из цены за Ватт мощности, а он показывает, что поликристаллы обойдутся дешевле на 10–20 %.
Есть мнение, что поли элементы лучше функционируют при низком уровне освещенности. В сети даже есть сравнительные тесты. Не следует им доверять, это отдельные случаи, когда рассматривают конкретных производителей, то есть результат у изделий иных компаний может быть прямо противоположным. Зависимость КПД при тусклом свете от типа кристалла ничтожная, больше значение имеет высокое качество изготовления.
Срок службы, стабильность работы
Плитки поликристаллических батарей деградируют быстрее, но стоимость на 15–20 % ниже и это обычно является решающим фактором на их пользу при выборе.
Касательно стабильности работы: моно фотоэлектрические элементы однозначно лучше, но данный фактор не настолько значим и существенный, чтобы быть главной определяющей по вопросу, чему отдать предпочтение.
Итог: что выбрать в разных ситуациях и условиях
Когда подойдет поликристаллическая фотоэлектрическая панель:
- для установки на относительно больших крышах, земле, когда отсутствует недостаток в площади. Иногда нет смысла переплачивать, если места хватает с избытком и поставленные цели по количеству электричества можно достичь, используя более дешевый тип панелей;
- для ограниченного бюджета.
Рекомендуем к прочтению: подробно рассказываем как сделать солнечную панель своими руками.
Монокристаллы лучшие, а порой незаменимые, когда площадь под установку ограниченная, например, маленькие крыши. Солнечные монобатареи производят больше энергии с единицы площади, но есть и минус: с повышением температуры (нагрева) выходная мощность (КПД) падает медленнее у поликристаллических элементов. Впрочем, по этому параметру (по температурному коэффициенту) часто все зависит от качества производства.
Особенности рынка
Основной объем на рынке принадлежит поликристаллическим солнечным панелям и причина этому — низкая цена. Однако тенденция меняется из-за удешевления производства и технологий, что позволяет применять новые решения (панели гетероструктурные, PERC и тому подобное) и устанавливать доступную цену. Рынок постепенно становится ориентированным не на стоимость, а на эффективность изделий и технологические нововведения. Данная тенденция усиливается, так как даже самые продвинутые технологии удешевляются из года в год.
Особые факторы, влияющие на эффективность
В большой мере на эффективность влияет технология. Например, модули n-типа имеют такие характеристики:
- меньшую деградацию от потенциала. Даже через 20 лет сохраняется прежняя производительность;
- более высокое КПД (кВт/час) на протяжении года;
- возможность создания двусторонних панелей (мощнее на 5–30 %).
В сети есть видео, где сравниваются разные поколения продукции, например, моно с двумя шинами и поли — с тремя. При увеличении количества этих элементов с двух до трех или применения уже становящихся стандартом четырех токосъемных шин эффективность фотоэлектрических панелей растет. Разница уже зависит от поколения. Не стоит игнорировать и качество исполнения. Последний фактор часто выступает причиной, почему у неизвестной торговой марки монокристаллическая солнечная батарея, которая должна быть лучше, показывает худшую работу, чем поли панель надежного бренда.
Какой информации не следует доверять
Много мифов касаются реакции солнечных фотогальванических элементов на излучение различных параметров. Одним из таких утверждений является то, что мультикристаллический модуль, лучше поглощает рассеянные и тусклые лучи, проникающее через облака, туман. Обосновывается это тем, что кристаллы размещаются хаотически, поэтому им доступен большой диапазон углов для восприятия ультрафиолета.
Приведенное выше утверждение является полностью ошибочным измышлением: на обработку и восприятие панелями рассеянных лучей света разнонаправленность кристаллов не оказывает никакого влияния. Тот, кто пропагандирует такое мнение, не имеет никакого представления как работает солнечная панель. Помимо этого, часто больше разницы можно наблюдать, когда применяются элементы p и n типа, нежели, когда оценивается работа поли и моно.
Отличия при разной освещенности могут быть, но обусловлены они только качеством изготовления, технологий, а не вариантом структуры кристалла. Поликристаллическое изделие надежного бренда может работать и даже быть долговечнее, чем монокристалл неизвестной компании.
Заключение
При объемном бюджете во всех случаях рекомендуется монокристалл, этот же тип панелей желателен, если есть ограничения по площади, если важен каждый десяток Ватт, максимально долгий срок службы изделия.
Если есть желание сэкономить на стоимости панелей, отсутствуют ограничения по площади, пользователь не гонится за максимальностью по производству кВт/ч — подойдут мультикристаллические панели. Меньшая производительность элементов не значит, что система будет менее эффективной и не окупится — все решают площадь установки и правильные расчеты. Такие фотоэлектрические панели устанавливают чаще в среднестатистических домохозяйствах.
Видео по теме
Из чего состоит и как работает солнечная батарея
Солнце – поистине неисчерпаемый источник энергии, которая давно и широко используется для получения электричества. И если еще совсем недавно солнечный электрогенератор был довольно дорогим удовольствием, то сегодня он доступен практически каждому. В этой статье мы разберемся с принципом работы солнечной батареи, а заодно выясним, как она устроена и каких видов бывает.
Из чего состоит
Солнечная панель представляет собой жесткое прямоугольное основание того или иного размера, на котором размещены отдельные ячейки – фотоэлементы. Для механической защиты и защиты от окружающей среды вся конструкция помещается в рамку и закрывается стеклом. Поскольку элементы очень хрупкие, с обеих сторон они дополнительно защищены полимерной подложкой, причем верхняя обязательно прозрачная.
Устройство солнечных панелей
На рисунке цифрами обозначены:
- 1 – жесткое основание;
- 2 – полимерная подложка;
- 3 – рама;
- 4 – защитное стекло;
- 5 – ячейки фотоэлементов.
Каждая из ячеек является маленьким генератором, преобразующим свет (необязательно солнечный) в электрическую энергию. Для получения нужных выходных напряжения и тока фотоэлектрические ячейки электрически соединяются между собой тем или иным способом.
Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Важно! Существуют и гибкие панели, которые можно буквально свернуть в трубочку. Такие панели имеют основание, на котором расположены элементы специальной конструкции (об этом ниже). Роль защитного стекла в них исполняют гибкие прозрачные полимеры.
Как подключаются элементы в батарее
Поскольку выходное напряжение отдельного элемента невелико (обычно 0.6 В), их соединяют в батареи, включая последовательно. Для увеличения выходного тока такие батареи, будем называть их модулями, соединяют параллельно. На рисунке ниже мы видим батарею, состоящую из двух модулей, включенных параллельно. Диоды служат для того, чтобы ток из модуля, имеющего большую ЭДС, не перетекал в соседнюю, и напряжение из АКБ не «сливалось» обратно в панель в ночное время.
Схема солнечной батареи, состоящей из двух модулей по 30 элементов в каждой
Нередко солнечными батареями называют электростанции, состоящие из панели (панелей), специального контроллера, аккумулятора и нередко преобразователя постоянного напряжения в переменное 220 В. Это не совсем верно, поскольку батареей, строго говоря, является именно панель или группа панелей, соединенных тем или иным образом.
Обходные диоды
Еще одним элементом, который очень желательно установить, но которым почему-то при конструировании солнечных генераторов все пренебрегают, – обходной или, как говорят, байпасный (англ. bypass — обход). Для чего он нужен? Взглянем на схему, приведенную выше. Нас интересует верхний по схеме модуль, состоящий из элементов SZ1-SZ30.
Пока все элементы освещены и исправны, батарея выдает заданные напряжение и ток. Закроем один элемент рукой. Оказавшись в тени, фотоэлемент начинает «буксовать» – вырабатываемое им напряжение падает, сопротивление возрастает в десятки раз. Результат – весь модуль практически перестает работать, поскольку все элементы в нем включены последовательно. То же самое произойдет, если какой-либо элемент будет разбит или выйдет из строя по любой другой причине. А теперь взглянем на схему ниже:
Пока все элементы работают, шунтирующие их диоды заперты обратным напряжением, вырабатываемым самими фотоэлементами. Как только элемент по каким-либо причинам перестанет работать, упадет вырабатываемое им напряжение. Диод откроется и пустит ток в обход неисправной ячейки. В результате весь модуль будет продолжать работать, а неисправность выльется лишь в небольшое падение напряжения, которое вырабатывала отказавшая ячейка.
Важно! В качестве байпасов желательно использовать диоды с барьером Шоттки, имеющие меньшее падение напряжения. Это, конечно, дороже, но оно того стоит.
Принцип работы солнечных панелей
С конструкцией разобрались, теперь посмотрим, как работают солнечные панели. Как мы выяснили, панель представляет собой набор фотоэлектрических элементов, соединенных в батареи. Поэтому для понимания процесса будет достаточно рассмотреть принцип работы одного фотоэлемента.
По сути, фотоэлемент – обычный полупроводниковый диод, имеющий n- и p-слои, открытые для доступа света. При этом в n-слое присутствует избыток электронов, в p-слое – их недостаток. Под воздействием потока солнечной энергии электроны n-слоя полупроводника устремляются к пустующим местам в p-слое через n-p переход. Попав в p-слой, они стремятся обратно в n-слой, но переход обратно невозможен – из-за разности потенциалов между слоями n-p переход превратился в барьер. Чтобы туда попасть, они должны пройти через нагрузку, что они и делают, создавая электрический ток.
На рисунке цифрами обозначены:
- 1 – внешний прозрачный электрод;
- 2 – n-слой;
- 3 – p-слой;
- 4 – внутренний электрод.
Отличие фотоэлемента от обычного диода состоит еще и в специальных присадках, увеличивающих чувствительность кристалла к свету.
Интересно! Если вскрыть корпус обычного полупроводникового диода или смыть с него краску (для стеклянных), то он превратится хоть и в маленький, малоэффективный, но самый настоящий фотоэлемент.
Виды солнечных батарей
В состав солнечных батарей входят фотоэлементы, изготовленные из разных материалов. Они могут строиться на основе:
- кремния;
- германия;
- арсенид-галлия;
- селена;
- сложных полимеров;
- органических соединений.
Наибольшую популярность получили элементы солнечных батарей, изготавливаемые на основе кремния. Панели из этого материала обладают самым высоким соотношением КПД/стоимость. В свою очередь, кремниевые фотоэлектрические преобразователи делятся на:
- монокристаллические;
- поликристаллические (мультикристаллические);
- аморфные.
Кратко рассмотрим каждый из этих видов.
Монокристаллические
Элемент этого типа, как несложно догадаться из названия, представляет собой тонкий срез одного, но очень большого кристалла кремния. Монокристаллические элементы отличаются довольно высоким (до 25%) КПД, но стоят относительно дорого – вырастить кристалл таких размеров и нужной чистоты, а потом и «распилить» его непросто. Монокристаллический модуль имеет равномерный серый или темно-синий цвет.
Поликристаллические
Элементы этого типа получают путем расплава и медленного охлаждения кремния. В результате образуется пластина, содержащая в себе огромное количество маленьких кристаллов. Мощность каждого из них невелика, но в пластине они работают в параллель и обеспечивают вполне приличные токи. Модули на основе поликристаллов стоят намного меньше монокристаллических, но имеют меньший КПД (обычно не более 18%). Модуль на основе поликристаллов имеет характерный синий или темно-синий цвет с явно выраженной зернистой структурой.
Тонкопленочные модули из аморфного кремния
Такие модули изготавливают путем напыления слоя полупроводника на стекло или полимерную подложку. При этом толщина напыления обычно составляет тысячные миллиметра. Благодаря малому расходу материалов и хорошей технологичности аморфные элементы намного дешевле даже поликристаллических. Кроме того, если в качестве подложки используется полимерная пленка, то такую батарею можно буквально свернуть в трубочку и легко уложить на неровную поверхность.
Платой же за все эти преимущества является низкий – всего 5-8% – КПД. Аморфный модуль имеет равномерный красно-коричневый или черный цвет. Ну а если он выполнен из пленки, то, конечно, легко гнется.
Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
На космических станциях и для питания спутников используются гибридные элементы, в которых применяются разные материалы, и выполнены они одновременно по нескольким технологиям. Это позволяет батарее «видеть» очень широкий спектр излучения и повышает КПД элементов до 40-50%.
Схема подключения батареи к контроллерам и аккумуляторам
Как устроены солнечные батареи и из чего они состоят, мы выяснили. Теперь поговорим о практическом использовании. Сама по себе солнечная панель малополезна. Она выдает не особо высокое напряжение, которое, кроме того, постоянно меняется. Пасмурно – напряжение одно, солнечно – другое. Набежала тучка – получили скачок.
Далее, солнечная панель выдает постоянный ток, в то время как большинство бытовых приборов работает на переменном. Ну и, конечно, солнечные батареи абсолютно бесполезны ночью. Чтобы получить от такого источника какую-то пользу, необходимо энергию запасти и преобразовать до нужных значений. То есть нужно построить солнечную электростанцию.
В качестве накопителя энергии очень удобно использовать обыкновенные автомобильные аккумуляторы. Они идеально подходят по напряжению и легко подбираются по емкости. Кроме того, что батарея будет запасать энергию, она дополнительно стабилизирует напряжение. Упало оно на панели – потребитель будет получать питание от аккумулятора. Поднялось – панель будет питать потребители и одновременно заряжать АКБ.
Преобразование постоянного напряжения батареи в переменное 220 В несложно сделать при помощи так называемого инвертора (преобразователя). Сегодня таких устройств самой разной мощности и стоимости полные прилавки.
Важно! Выбирая преобразователь, необходимо учитывать, что некоторым бытовым приборам, к примеру, холодильникам, необходима чистая синусоида. Большинство же недорогих устройств выдают не настоящую синусоиду, а так называемую аппроксимированную, состоящую из набора разнополярных прямоугольников.
Но нельзя просто взять и подключить панель к аккумулятору. Ведь заряжать АКБ нужно определенным током и нельзя допускать ее перезарядки. Поэтому нам понадобится еще один узел – контроллер заряда АКБ. Он самостоятельно будет выдерживать зарядный ток и отключит АКБ от панели, если она полностью заряжена или панель не в состоянии обеспечить необходимое напряжение.
Купить такой прибор тоже не проблема, причем есть совсем недорогие модели, хотя при желании можно взять устройство с целым набором дополнительных функций: вольтметром, таймером, собственным преобразователем и т. д. Ну и цена, конечно, будет соответствующей. Что касается схемы соединения всех узлов, то она довольно проста.
Особых пояснений она не требует. Напряжение с панели поступает на контроллер, который заряжает аккумулятор и питает низковольтную нагрузку (не все модели). Аккумулятор же, в свою очередь, питает преобразователь, если энергии солнечной панели для этих целей недостаточно.
Конечно, такая схема не является универсальной – все будет зависеть от используемого контроллера. В любом случае она окажется такой же простой и обязательно будет прилагаться в комплекте с прибором.
Как добиться максимальной эффективности
Для того чтобы работа солнечной электростанции была максимально эффективна, при ее постройке и монтаже необходимо учитывать некоторые особенности солнечных панелей. Особо следует обратить внимание на следующие моменты:
- Температура. Чем ниже температура окружающего воздуха и самой панели, тем она эффективнее. Поэтому не загораживаем солнечные элементы от ветра и тем более не помещаем в стеклянный аквариум для дополнительной защиты. О защите от окружающей среды уже побеспокоились производители.
- Тень. Устанавливаем батареи в месте, где в течение всего светового дня не будет тени. Стоит элементам попасть в тень, как эффективность их упадет на 50-60%.
- Угол наклона. Наиболее эффективно панель работает тогда, когда солнечные лучи на нее падают под прямым углом. Точно, конечно, его выдержать не удастся – солнце движется. Поэтому выставляем прямой угол в полдень в середине весны. Это будет оптимально.
- Пыль. Регулярно очищаем панель от пыли и прочего мусора. Даже слой пыли, малозаметный на глаз, задерживает до 40% солнечных лучей. Поэтому не ленимся, берем шланг и «купаем» наши батареи.
- Отражение. Если элементы закрыты обычным стеклом, то часть света от него просто отражается, не добравшись до фотоэлементов. Особенно этот эффект проявляется утром и вечером, когда угол падения лучей небольшой. Частично с этим можно бороться при помощи антибликового покрытия. Если есть такая возможность, стоит купить именно такие панели. Стоить это будет ненамного дороже, а эффект окажется весьма ощутимым.
- Контроллер. КПД солнечной электростанции сильно зависит от того, насколько эффективно используется вырабатываемая панелью энергия. Именно этим и занимается контроллер, который может быть двух типов: ШИМ и MPPT. Не вдаваясь в подробности, можно сказать, что второй тип намного предпочтительнее, поскольку он следит за точкой максимальной мощности, постоянно удерживая ток и напряжение на оптимальном для текущей освещенности значении. ШИМ же контроллер лишь регулирует величину напряжения, поступающего с панели, тем самым оптимизируя ток зарядки АКБ.
Преимущества и недостатки
К достоинствам можно отнести:
Экологичность. Никаких выхлопов, выбросов и копоти. Только чистая энергия и свежий воздух.
Удобство. Солнечная электростанция не тарахтит, как бензиновый движок, и не коптит прямо под окном. Она практически не требует обслуживания и расходных материалов. Кроме того, мы абсолютно не зависим от прихотей энергопоставляющих компаний и аварий на линии.
Длительный срок службы. Единственным слабым звеном у солнечной электростанции является аккумулятор, срок службы которого исчисляется несколькими годами. Сами солнечные панели могут работать десятилетиями. Конечно, и они со временем деградируют, но будучи изготовленными хорошим производителем, лет 15-20 особых проблем доставлять не будут.
Ну а теперь о недостатках:
Стоимость. Солнечные панели постоянно дешевеют, но все еще довольно дороги. К примеру, батарея из поликристаллов (не самый дорогой вариант) мощностью 300 Вт обойдется примерно в 7-8 тысяч рублей. Киловаттный инвертор, изображенный на фото выше, стоит примерно так же. Ну и плюс аккумулятор и контроллер.
Зависимость от погоды. Если непогода затянется, то мы можем оказаться без света. Перспектива не из приятных.
Климатический пояс. Этот пункт напрямую связан с предыдущим. Если в вашем регионе постоянные дожди и туманы, а солнышко показывается раз в неделю, то толку от солнечной электростанции будет немного.
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что пока рано говорить о «даровой» солнечной энергии. Тем не менее такой вариант будет отличным выходом из положения, когда других вариантов (простите за каламбур) нет. Неэлектрифицированные дачи, охотничьи домики, удаленные пасеки… да мало ли объектов, куда провести линию электропередач нет возможности. Тот же поход в Гималайские горы. Взял панель, свернутую в трубочку, и аккумулятор от мопеда. Контроллер в карман, инвертор не нужен. И свет, и музыка, и связь, и даже ноутбук.
Вот мы и выяснили, какими бывают солнечные батареи, из чего состоят, как работают и что умеют. Возможно, кто-то, прочтя эту статью, задумается о постройке солнечной электростанции.
Спасибо, помогло! 8
Сейчас читают:
Что такое литий-ионный аккумулятор и как он работает?
Какой КПД у солнечных панелей и от чего он зависит
Какую выбрать походную солнечную панель
Из чего состоит гальванический элемент и как он работает
Как пользоваться ареометром для аккумулятора
Источник https://nova-sun.ru/solnechnye-paneli/tipy-solnechnyh-panelej
Источник https://vashumnyidom.ru/elektropitanie/alternativnaya-energiya/polikristallicheskie-solnechnye-paneli.html
Источник https://acums.ru/alternativnye-istochniki/solnechnye-batarei/printsip-raboty
