Солнечные батареи – автономный источник электроэнергии

Солнечные батареи – эффективный способ преобразования светового потока от солнца в электричество, который стремительно набирает популярность в качестве альтернативного способа получения электроэнергии. Срок службы различных панелей может составлять от 5 до 30 лет. Использование такого типа энергии позволяет всегда иметь автономный источник электричества под рукой. Насколько выгодно использовать их в частном доме или на даче подробнее в статье.

Сфера применения электроэнергии от Солнца.

Солнечная энергия может использоваться в различных отраслях промышленности:

• космос и авиация;
• сельское хозяйство;
• обеспечение энергией спортивных и медицинских объектов;
• освещение участков частных домов или городских улиц;
• бытовое использование;
• электрификация экспедиций, передвижных исследовательских или военных пунктов и т.д.

Также в последние годы часто используются мощные электростанции преобразования солнечной энергии. Ими оборудованы Испания, США, ЮАР и другие страны, и не смотря, не то что такие энергетические комплексы не могут полностью заменить гидро-электростанции, отмечаются многообещающие перспективы их развития.

Принцип работы солнечных батарей.

В составе элементов солнечной батареи входят две кремниевые пластины, которые покрыты разными веществами – бором и фосфором. Под воздействием солнечного света  в пластине, которая покрыта фосфором, появляются свободные электроны, а в пластинах, покрытых бором происходит образование недостающих частиц (дыры), таким образом возникает перемещение избыточных электронов в дыры (электрический ток), в момент воздействия потока света от солнца.

Отвод электрического тока производиться благодаря тонким медным жилам, которыми покрыта каждая батарея. С помощью одной такой пластины можно обеспечить электрической энергией небольшую лампочку. Следовательно, для обеспечения электричеством в достаточном количестве площадь покрытия должна быть значительной.

Устройство солнечной электростанции

Система, которая преобразует свет солнца в электричество, а также поддерживает режим электропитания содержит следующие комплектующие:

1. Солнечный элемент:
   1. Материал-полупроводник. Плотно совмещённые два слоя материалов с разной проводимостью. Ключевым моментом здесь служит возникновение нужных для фотоэффекта свойств.
   2. Тончайший (промежуточный) слой элемента, противостоящего переходу электронов, который размещается между этими слоями.
   3. Контактная группа. Если контакт подключить к противостоящему слою, электроны смогут легко преодолевать эту запорную зону. Так возникнет электрический ток.
   4. Защитное стекло. Для предотвращения повреждения полупроводниковых материалов.
   5. Рама. Фиксирует элементы относительно друг друга, поддерживает защитное стекло и позволяет крепление на поверхности.
2. Стабилизатор напряжения. Предназначен для создания напряжения нужного диапазона в системе солнечной батареи.
3. Контроллер заряда.
4. Аккумулятор. Предназначен для накопления и сохранения электроэнергии).
5. Инвертор-преобразователь. Преобразовывает получаемую от солнечной батареи или аккумулятора постоянный электрический ток в переменный.

   

Виды солнечных панелей.

Наиболее широко используются три типа солнечных батарей:

• С поликристаллическим модулем. Их характеризуют стабильные показатели генерации, которые не зависят от силы солнечного света. Поликристаллический кремний в основе обещает небольшой КПД – от 9% до 18%, это зависит от производителя. Со временем КПД не понижается. Среди минусов таких элементов можно выделить малый срок эксплуатации – около 10 лет.
• С монокристаллическим модулем, которые генерируют электроэнергию неравномерно в солнечную и пасмурную погоду. Со временем происходит потеря энергии. Однако КПД таких модулей выше, чем у поликристаллических – от 12% до 25%. Срок эксплуатации около 25 лет.
• Аморфные кристаллы, используемые в гибких пластинах, имеют очень низкий КПД – около 6%. Максимальная производительность, заявленная производителем, со временем понижается и может упасть на 20-40%. Срок службы тоже достаточно низкий – около пяти лет. Однако пластины второго поколения способны прослужить дольше.

Варианты исполнения и размещения солнечных батарей.

Чаще всего для установки солнечных панелей используются:

• Крыши зданий: размещение солнечных панелей в данных конструкциях зависит от угла наклона. Наиболее подходящим считается 0° до 40°.

  

• Отдельно стоящие опоры: подходят для дома с областью, в которой есть место для дополнительной инфраструктуры, позволяет применять возможностью изменения направление рабочей поверхности и увеличения КПД.

  

• Стены: в таком случае панель крепится к наклонной раме и применимо в районах с низким углом наклона солнца.

  

• Лоджия или балкон: для размещения подходят и стены, и потолок.
• Окна: установка в жалюзи.

Определяясь с местом размещения, учитывайте, что выбранная конструкция должна быть приспособлена к тяжести солнечной батареи. Это является определяющим фактором, например, для строящихся зданий – следите, чтобы крыша не падала под весом различного оборудования кровли.

Разместить батарею логичнее со стороны юга. Если вы расположите её на Земле, она будет возвышаться над её поверхностью не менее чем на пол метра.

Загрязнение солнечного модуля уменьшает срок эксплуатации и понижает КПД панели. Поэтому место установки должно предоставлять возможность периодического технического обслуживания.

Срок службы солнечных панелей.

Солнечные батареи прошли многолетние тесты на множестве установок. Практика показала, что срок эксплуатации солнечных батарей более тридцати лет. Аналогичный опыт применения СЭС в Европе и США позволяет судить о снижении КПД модулей примерно на 10%.

• Монокристаллические модули могут служить 20-30 лет.
• Поликристаллические – до 20 лет.
• Модули из аморфного кремния (гибкие пластины) служат от 6 до 20 лет (если вы используете новейшие модели).

Возможные неисправности в системе

Если в солнечных панелях присутствуют неполадки, их производительность понижается. Следует знать, какие факторы могут влиять на снижение КПД, чтобы препятствовать их возникновению.

1. Микротрещины и горячие точки, разбитое стекло.
2. Сильный ветер способен повредить монтажную раму.
3. Загрязнение панелей может привести к поломке.
4. Потенциальная деградация солнечных панелей, так называемый эффект PID, который часто возникает вследствие колебаний напряжения, возникающих между напряжением, генерируемым панелью, и заземлением солнечной панели.
5. Слабая проводка.
6. Выход из строя инвертора. Инвертор может быть установлен неправильно изначально или потерять эффективность из-за истекшего срока службы.
7. Повреждение внутреннего модуля (если это случилось, лучше вызвать специалиста для устранения поломки).
8. Повреждения модуля, вызванные внешними факторами. Различные погодные условия, птицы, трава, песок и др. могут стать причиной механических повреждений.

Обслуживание солнечных батарей

Осмотр и ремонт технических неисправностей должен осуществляться исключительно специалистом.

Во время технического обслуживания и тестирования оборудования он, как правило, осуществляет проверку работоспособности системы в так называемом «форсированном» режиме, то есть на максимальных нагрузках. При этом проверяются емкость аккумуляторной батареи, качество контактных групп аккумуляторов, сопротивление проводки, целостность изоляции, работа системы при максимальной нагрузке (включены все электроприборы). Ликвидируется пыль и грязь, которые могут привести к выходу из строя контроллера, инвертора, других компонентов электростанции.

Расчет необходимой мощности солнечных батарей

Расчёт количества солнечных батарей может происходить следующим образом.

• Исходить от того, что в летнее время работа батарей составляет 7 – 8 часов с максимальной мощностью.
• Произвести расчёт потребления электроэнергии в сутки.
• Разделить данный показатель на 7 – 8, чтобы получить необходимую мощность массива солнечных батарей.
• Прибавить 40% на потери в АКБ и инверторе.
• Прибавить ещё 20%, если у вас будет PWM контроллер, если MPPT, это не требуется.

В качестве примера:

Допустим, потребление электроэнергии в частном доме составляет 300 кВт в месяц.

Поделим принятое количество на 30 дней и получим 10 кВт в сутки.

С учетом продолжительности максимальной производительности солнечных панелей, разделим 10 кВт на 7 часов и получим 1,42 кВт в час необходимой электроэнергии.

Добавим к этой цифре 40% потерь на АКБ и в инверторе. Выходит, что для обеспечения частного дома летом нужен массив ≈ 2 кВт.

Для того, чтобы даже весной и осенью получать необходимое количество энергии, лучше увеличить число на 15%, прибавив тем самым порядка 500 Вт.

Производить расчёты с большей точностью можно, исходя из региональных особенностей погоды и индивидуальной необходимости в потреблении электроэнергии.

Таким образом, при использовании солнечных батарей стоит учитывать их длительную окупаемость и специфику работы. Выбирайте большую площадь покрытия, чтобы не остаться без энергии в пасмурный период, и тщательно производите расчёты. При должном уходе и установке солнечные батареи прослужат вам долго.