Солнечные батареи: классификация + обзор панелей отечественных производителей

Принцип работы преобразователей солнечной энергии

Явление сборщика иллюстрируется явно в опыте с транзистором без крышки (спиленной). Световые лучи попадают на р-n переход, после чего присоединенный вольтметр выказывает фиксацию незначительных показаний электрической энергии. Так, увеличив площадь самого р-n перехода, значение получаемого электрического тока будет вырастать.

Фактически все современные преобразователи с фотоэлектрическими элементами работают на основе рассмотренного выше принципа. Сравнительно большие площади специальных пластин с переходами р-n позволяют получить единовременно довольно большой объем электрической энергии. Для поднятия КПД типовых устройств, постоянно совершенствуется используемые в комплекте солнечных батарей конструкции и материалы. Благодаря этому и вырастает показатель фотоэлектрического преобразования энергии солнца в тепловую, то есть электрический ток. Как итог, величина выходного электрического тока и напряжения стоит в прямой зависимости от показателя наружной освещенности солнечного устройства.

Как повысить эффективность солнечных батарей?

Для достижения максимально эффективной электрификации помещений:

• Перед покупкой и установкой батарей следует со стороной куда будут устанавливаться панели. Желательно делать это на южное направление.
• Для оценки освещенности лучше всего будет воспользоваться люксметром либо пригласить специалиста, который составит вам предварительную смету и рассчитает рентабельность системы.
• Рассчитайте окупаемость системы – если вы живете в Центральной России или в северных регионах, то установка аккумуляторных батарей будет неоправданно высока.

Если в живете в южном регионе, то солнечные панели отлично вам подойдут. Однако для оптимальной работы необходим корректный расчет и правильная установка.

4 Overfly Solar Panel 5V/6V/12V

Самая популярная на АлиЭкспресс солнечная панель Цена на АлиЭкспресс: от 31,37 руб. Рейтинг (2018): 4.7

Самым большим спросом на АлиЭкспресс пользуются недорогие солнечные панели с высокой скоростью преобразования. Представленная модель входит в эту группу. Ее преимущество – качественное исполнение. Портативный модуль представлен у продавца в нескольких вариантах. Отличаются они мощностью и, соответственно, размерами.

Приходят панели из Китая без видимых дефектов эпоксидной заливки пластин. Ленты, соединяющие отдельные элементы, уложены ровно и аккуратно. За это покупатели в отзывах хвалят товар. Но иногда продавец присылает батарею не той мощности, которая указана в заказе, поэтому и получает меньше «звезд», чем ожидалось.

Коэффициент полезного действия

Этим параметром обозначают эффективность процесса фотоэлектрического преобразования. КПД кремниевых (Si) пластин составляет 18-25%. Лучшие показатели обеспечивают многослойные панели (GaInP, Ge, GaAs) — до 32%.

Пиковая нагрузка и среднесуточное потребление

Выбирают компоненты оборудования после оценки максимального потребления. Этот параметр зависит от вида нагрузки. Индуктивный характер сопротивления электромотора, например, увеличивает пусковой ток. Оптимизируют режим эксплуатации ограничением мощности. Исключают одновременное подключение к автономному источнику питания электрических плит и кондиционеров, другой техники с большим потреблением энергии. Чтобы вычислить емкость АКБ, рассматривают 24-часовой рабочий цикл оборудования.

Область применения солнечных панелей

Стационарные панели

Солнечные панели могут использоваться как в стационарных условиях, так и быть переносными.

Фиксированные модули применяются в следующих областях:

• на солнечных электростанциях;
• в автономных, резервных или гибридных электростанциях для дома или дачи;
• для обогрева помещений и нагрева воды (солнечный коллектор);
• в автономных системах освещения улиц;
• для питания рекламных щитов;
• в системах навигации и сигнализации;
• в насосных станциях и др.

Рассматривая стационарные солнечные электростанции, остановимся подробнее на тех, которые используются для электроснабжения дома. Чтобы обеспечить жилище электричеством с помощью энергии Солнца, понадобятся следующие комплектующие:

• солнечные модули;
• аккумулятор (для накопления неизрасходованной энергии);
• контроллер напряжения (увеличивает срок службы аккумулятора, но не обязателен для установки);
• инвертор (преобразует постоянный ток аккумулятора в необходимый переменный ток для электроприборов).

Домашние солнечные электростанции по отношению к централизованному электроснабжению могут быть:

автономные.

Автономные, т.е. независимые от других источников питания, солнечные электростанции используются там, где невозможно по определенным причинам (значительная удаленность от населенных пунктов) подключение к общей электросети. Их использование целесообразно в южных районах, где длиннее световой день и большое количество ясных дней. В любом случае ее желательно продублировать генератором на горючем топливе. Основные преимущества автономной станции – это ее экологичность, бесшумность, минимальное техническое обслуживание в течение эксплуатации. Минус – ночью или в пасмурные дни электроэнергия вырабатываться не будет. Кроме того для их работы необходимы выше названные комплектующие, которые делают автономную систему довольно дорогой.

резервные.

Резервные, или сетевые, электростанции устанавливаются там, где есть подключение к центральной электрической сети. Она используется, как дополнительный источник электроэнергии. Резервная солнечная электростанция начинает свою работу в случае перерыва подачи электроэнергии от сети. Преимущества – бесшумность, надежность, возможность монтажа на крышу или фасад здания. Также плюсом является отсутствие аккумулятора, контроллера и инвертора, что значительно удешевляет систему.

гибридные.

По сути, представляет собой автономную станцию, подключенную к электрической сети. Энергия, полученная от Солнца, используется в первую очередь, при ее нехватке подача электроэнергии идет уже от централизованного электроснабжения. Позволяет значительно экономить на платежах за потребленную электроэнергию.

Мобильные модули

Мобильные устройства по преобразованию энергии Солнца в электрический ток могут применяться:

• для зарядки мобильных телефонов и других мобильных устройств;
• для питания радиоприемников во время походов, рыбалки;
• для питания систем навигации во время экспедиций;
• для освещения в темное время суток во время походов.

Портативные батареи стали незаменимым аксессуаром у любителей загородных поездок и туристов, путешествующих по диким местам, в которых отсутствует электричество. Так как современная жизнь даже на необитаемом острове или в горах невозможна без различных гаджетов, их подзарядка производится от зарядных устройств, преобразующих солнечную энергию. Портативные солнечные батареи чаще всего выпускаются на основе монокристаллического кремния. Они различаются размерами, формой, мощностью. Компактные батареи с небольшой мощностью могут поместиться в кармане, а большие и мощные  могут быть установлены на крыше автомобиля. Кроме того они снабжены всевозможными переходниками для подключения различной техники.

Типы фотоэлектрических преобразователей

Классифицируют промышленные солнечные панели по их конструкционным особенностям и типу рабочего фотоэлектрического слоя. Различают такие виды батарей по типу устройства:

• гибкие;
• жесткие.

Гибкие тонкопленочные солнечные панели постепенно занимают всё большую нишу на рынке благодаря своей монтажной универсальности, ведь установить их можно на большинстве поверхностей с разнообразными архитектурными формами.

Реальные характеристики солнечных панелей обычно ниже, чем указанные в инструкции. Поэтому перед их установкой дома желательно самому увидеть похожий реализованный проект

По типу рабочего фотоэлектрического слоя солнечные батареи разделяются на такие разновидности:

1. Кремниевые:
   • монокристаллические;
   • поликристаллические;
   • аморфные.
2. Теллурий-кадмиевые.
3. На основе селенида индия- меди-галлия.
4. Полимерные.
5. Органические.
6. На основе арсенида галлия.
7. Комбинированные и многослойные.

Интерес для широкого потребителя представляют не все типы солнечных панелей, а только лишь первые два кристаллических подвида. Хотя некоторые другие типы панелей и имеют большие КПД, но из-за высокой стоимости они не получили широкого распространения.

Галерея изображений
Фото из
Монокристаллические панели легко угадать по белым квадратикам в уголках отдельных элементов

Поликристаллические панели рекомендуется ориентировать на восток и запад, а для южной стороны лучше приобрести монокристаллический модуль

Тонкопленочные солнечные панели популярны при изготовлении портативных туристических солнечных батарей

Солнечные панели с содержанием индия активно используются на космических спутниках

Мышьяк в солнечных батареях с арсенидом галлия становится токсичным только при прямом контакте с водой

Солнечные панели из редких металлов могут быть изготовлены любых размеров и формы

Органические солнечные панели пока что недоступны для массового потребителя из-за недостаточной испытанности технологии

Полимерные солнечные батареи имеют низкий КПД, поэтому распространения пока не получили

Массив монокристаллических солнечных фотоэлементов

Солнечная панель на основе поликристаллов кремния

Солнечная панель в виде пленки

Фотогальванические элементы из селенида индия-меди-галлия

Фотоэлемент на основе арсенида галлия

Солнечные панели со слоем теллурида кадмия

Производство органических солнечных панелей

Солнечная батарея из полиэфира

Кремниевые фотоэлектрические элементы довольно чувствительны к нагреву. Базовая температура для измерения электрогенерации составляет 25 °C. При её повышении на один градус эффективность панелей снижается на 0,45-0,5%.

Далее будут подробно рассмотрены солнечные панели, которые представляют наибольший потребительский интерес.

Стоимость комплекта, обзор технических характеристик

Комплект для солнечной батареи Цена устройства формируется с учетом комплектующих:

• модуль;
• аккумуляторная батарея;
• контроллер;
• инвертор;
• кабель;
• клеммы;
• стеллаж.

Цена солнечных батарей разная. В зависимости от комплектующих стоимость меняется в пределах диапазона: от 300 тыс. руб. до 2 млн руб. Малогабаритные изделия для локального применения можно приобрести и за 10 тыс. руб., однако их допустимо применять для простейших нужд (в качестве элемента питания и др.)

При выборе устройства обращают внимание на параметры:

• энергоэффективность;
• габариты панелей (могут составить несколько метров по одной стороне);
• мощность;
• температурный коэффициент (оказывает влияние на мощность и другие электрические параметры).

Несмотря на высокую стоимость, солнечные батареи приобретают достаточно часто. Это обусловлено сравнительно быстрой их окупаемостью. Срок возврата затраченных средств зависит от количества потребителей. Для сравнения, панели, обслуживающие дом, где проживает семья из 4 человек, окупятся уже через 4 года (средний показатель).

Для удовлетворения простых нужд может быть достаточно панелей «Хевел» сетевой солнечной электростанции мощностью не выше 5 кВт. Их допустимо устанавливать на крыше частного дома, объектах малого и среднего бизнеса (кафе, небольшие магазины, павильоны, гостевые дома). Такой способ позволяет снизить затраты на электроэнергию от основного источника.

Однако самостоятельно сложно понять, какой комплект следует приобрести. Не всегда просто рассчитать и достаточную мощность солнечных батарей. Если выбор пал на панели «Хевел», консультант поможет подобрать модель. От компании приходит специалист, ориентируется на месте: делает замеры, расчеты. Дома останется выполнить пусконаладочные работы. предоставляет гарантию (до 25 лет) на все комплектующие, а также модули.

Влияние факторов внешней среды на уровень производительности

Как уже упоминалось, вещество, из которого производятся все типы батарей — это кремний. Чем меньше в нем находится сторонних примесей, тем качественнее получается модуль. И тем выше становится его цена при поступлении в розничную продажу.

Поскольку все фотоэлементы должны быть размещены не внутри, а снаружи помещений, существует множество факторов, которые будут оказывать влияние на их производительность. Прежде всего, речь идет о температурном коэффициенте мощности.

Батарея находится под воздействием прямых солнечных лучей и очень сильно нагревается. Следовательно, некоторое количество мощности будет потеряно в результате нагрева. Поскольку именно мощность представляет из себя физическую величину, от которой напрямую зависит объем энергии, производимой солнечным аккумулятором, процент ее потери мгновенно оказывает влияние на его работу. Так, если на улице долго стоит сухая и очень жаркая погода, процент потери мощности может составлять до 25 — как у моно-, так и у поликристаллов.

Это интересно: Виды и рейтинг зарядных устройств для батареек

Установлено, что монокристаллы подвергаются деградации гораздо быстрее, нежели поликристаллы. В течение первого года непрерывной работы уровень мощности снижается до двух процентов у поликристаллических и до трех — у монокристаллических солнечных батарей. В дальнейшем, если качество фотоэлементов высокое, процент деградации значительно уменьшится (от 0,67 до 0,71% в год).

При выборе батареи не стоит «вестись» на чрезмерно низкую цену. Чаще всего она означает и соответствующий уровень качества. Ну и, конечно, если учитывать структуру поликристаллов, они физически будут занимать больше места, чем монокристаллические панели. При этом уровень мощности у последних будет таким же, а площадь — гораздо меньше.

Плюсы и минусы

• Возобновляемость. В отличие от газа или угля, энергия солнца почти бесконечна. По заверениям НАСА Солнце будет согревать Землю еще не менее 6.5 млрд лет.
• Доступность. Солнечные лучи освещают планету в должной мере почти везде (может быть кроме полюсов), продолжительности солнечного дня хватит для конвертации в электричество.
• Экологичность. Солнечная энергетика – наиболее перспективная отрасль добычи энергии под человеческие нужды с точки зрения борьбы с загрязнениями. В процессе добычи не выделяются вредные соединения, не портится ландшафт, не сбрасываются отходы.
• Бесшумность. Добыча электроэнергии из панелей не создает шума.
• Отсутствует необходимость в ежедневном обслуживании. При эксплуатации системы нет необходимости наблюдать за ней, достаточно раз в год очистить панели и раз в пять лет провести техническое обслуживание.

• Высокая стоимость. Оборудовать дом солярными панелями может вылиться в копеечку.
• Применение дорогостоящих и редких материалов. Вытекает из предыдущего пункта. Основной фактор высокой стоимости и редкости (особенно в наших широтах) применения.

Типовые ошибки при выборе солнечных батарей для дома

Собирая себе солнечную электростанцию самостоятельно, чаще всего допускаются ошибки связанные с подбором оборудования, отметим основные из них:

• Не правильно подобранное напряжение аккумуляторов и солнечных батарей, используемых в одной системе;
• Использование ШИМ контроллера с 60 ячейковой солнечной панелью;
• Не учтенный температурный коэффициент, связанный изменением напряжения, при изменении температуры;
• Использование разных аккумуляторов, при последовательном подключении;
• Неверно подобранное сечение перемычек между инвертором и АКБ; 
• Пренебрежение защитными устройствами.

После подбора оборудования ошибки дилетантов не заканчиваются, поскольку впереди монтаж. При установке солнечной электростанции своими руками ошибки чаще допускаются такие:

• Неправильная пространственная установка самих солнечных батарей;
• Падение тени на ячейки от деревьев и соседних построек;
• Неверное подключение оборудования. Если в системе даже всего два АКБ, последовательное соединение могут перепутать с параллельным. Не говоря уже о нескольких АКБ, когда требуется сделать последовательно – параллельное соединение. Это касается и подключения солнечных батарей;
• Плохой контакт в электрических соединениях. Касаемо изготовления перемычек кустарным способом, без применения специального инструмента. Применение скрутки, пайки коннекторов MC4 и другие ненадежные соединения.

Это только самые распространенные ошибки, но на практике их гораздо больше. Если вы решили собирать солнечную электростанцию самостоятельно, проконсультируетесь со специалистами, это поможет избежать ошибки, сэкономить деньги и да, консультацию у нас можно получить бесплатно.

Принцип работы солнечной батареи

Каким образом можно генерировать энергию через солнечные батареи? Солнечные панели состоят и пластин, которые покрыты бором и фосфором. Когда на них попадает солнечный свет, пластина накаливается и начинает вырабатывать ток. В этом случае с помощью брома создаются нулевые частицы, а с помощью фосфора – свободные электроны, под действием медных слоев они передвигаются и генерируют электричество, в первую очередь солнечное. Это основной принцип действия солнечных панелей.

Еще одной особенностью получения тока от солнечных батарей является выработка постоянного напряжения, которое недостаточно по своей мощности для обслуживания электроприборов в доме. Поэтому обязательным условием является установка и подключение инвертора, который перерабатывает солнечный ток в постоянный с мощностью 220 В. А если вы приобретете еще и генератор, то он способен накапливать в дневное время получаемую энергию от батарей и использовать ее ночью, когда нет солнечного света. Это позволяет осуществить бесперебойную работу.

Тип

Выбирают тип солнечной панели из условий инсоляции (количества солнечных дней, интенсивности излучения):

Так, монокристаллические кремниевые батареи вполне подойдут для установки в южных регионах.
В Средней полосе и на других российских территориях оптимальным вариантом будут поликристаллические панели, хорошо зарекомендовавшие себя в условиях рассеянного освещения.
В северных широтах следует обратить более пристальное внимание на аморфные модули, которые позволяют создать значительную площадь батареи без дополнительных монтажных работ.

Более низкие категории качества присваиваются продукции по итогам заводских испытаний, которые выявляют отклонение от номинальных параметров не более 5% (Grade B) и 30% (Grade C) в процессе эксплуатации.

Особенности конструкции солнечных панелей

Современные модели состоят из семи основных компонентов. Обычным потребителям эта информация не пригодится, поэтому нет смысла разбирать каждый элемент конструкции и принцип его работы

Стоит обратить внимание на качество этих элементов. Существует три категории надёжности солнечных панелей:

• Grade A – модели с этим качеством наиболее долговечны, со временем эксплуатации их производительность снижается всего на 5% или меньше. Визуальные признаки: незначительные отличия в оттенке или полное их отсутствие, нет видимых повреждений.
• Grade B – мощность уменьшается не более чем на 30%. Явное цветовое отличие частей панели, небольшие царапины на поверхности.
• Grade C – производительность снижается более чем на 30%. Модули немонотонны, имеются большие царапины, сколы.

На мощность панели влияет количество имеющихся в ней элементов. Производители в основном устанавливают 36 или 72 элемента, но некоторые модели на 72 элемента выдают эквивалентное напряжение 36-элементым вариантам. Это означает, что в производстве использовалось вторсырье. Стоит учитывать этот факт, выбирая наиболее мощную модель.

Высокомощные солнечные панели иногда имеют встроенные соединительные кабели и герметичные разъёмы. Их легче монтировать и не придётся закупать недостающие компоненты. Маломощные же лишены таких преимуществ.

Частые вопросы

Можно ли обойтись в автономной системе без аккумуляторов?

Поскольку генерация идет с перерывами, накопитель в системе обязателен. Можно использовать не электрохимические, а другие варианты, например, гидроаккумулятор. Но, как правило, его создание обойдется значительно дороже и связано с трудностями исполнения.

Можно ли увеличить отдачу панелей с использованием поворотных систем слежения за солнцем?

Конечно, но они существенно усложняют и удорожают систему.

Можно ли установить в систему автомобильные обслуживаемые аккумуляторы?

Можно, но с ними те же проблемы, что и с тяговыми – требуется отдельное помещение и соответствующие правилам безопасности условия. Кроме того, они плохо переносят разряд малыми токами, что существенно снижает ресурс.

Как часто нужно мыть поверхности панелей?

Как правило, производители не устанавливают частоту такого обслуживания, утверждают, что природных осадков достаточно для чистоты поверхностей. Но 2-4 раза в год полить панели водой из шланга не помешает.

Какую из схем использовать выгоднее?

Наиболее эффективной считается гибридная система, которая позволяет обеспечить бесперебойное электроснабжение при минимуме оплаты поставщикам электроэнергии.

Стоит ли использовать солнечные панели для частного дома в Средней полосе?

По показателям инсоляции можно сделать вывод, что и в такой местности солнечные электростанции себя вполне оправдывают. Естественно, в общем она обойдется несколько дороже, но окупает создание всего за 3-5 лет эксплуатации.

Как добиться максимальной эффективности

При покупке солнечных батарей для дома очень важно подобрать конструкцию, которая сможет обеспечить жилище электроэнергией достаточной мощности. Считается, что эффективность солнечных батарей в пасмурную погоду составляет приблизительно 40 Вт на 1 квадратный метр за час

В действительности, в облачную погоду мощность света на уровне земли составляет приблизительно 200 Вт на квадратный метр, но 40 % солнечного света – это инфракрасное излучение, к которому солнечные батареи не восприимчивы. Также стоит учитывать, что КПД батареи редко превышает 25 %.

Иногда энергия от интенсивного солнечного света может достигать 500 Вт на квадратный метр, но при расчетах стоит учитывать минимальные показатели, что позволит сделать систему автономного электроснабжения бесперебойной.

Каждый день солнце светит в среднем по 9 часов, если брать среднегодовой показатель. За один день квадратный метр поверхности преобразователя способен выработать 1 киловатт электроэнергии. Если за сутки жильцами дома израсходуется приблизительно 20 киловатт электроэнергии, то минимальная площадь солнечных панелей должна составлять приблизительно 40 квадратных метров.

Однако, такой показатель потребления электроэнергии на практике встречается редко. Как правило, жильцы израсходуют до 10 кВТ в сутки.

Если говорить о том, работают ли солнечные батареи зимой, то стоит помнить, что в данную пору года сильно снижается длительность светового дня, но, если обеспечить систему мощными аккумуляторами, то получаемой за день энергии должно быть достаточно с учетом наличия резервного аккумулятора.

При подборе солнечной батареи очень важно обращать внимание на емкость аккумуляторов. Если нужны солнечные батареи работающие ночью, то емкость резервного аккумулятора играет ключевую роль. Также устройство должно отличаться стойкостью к частой перезарядке

Также устройство должно отличаться стойкостью к частой перезарядке.

Несмотря на тот факт, что стоимость установки солнечных батарей может превысить 1 миллион рублей, затраты окупятся уже в течении нескольких лет, поскольку энергия солнца абсолютно бесплатна.

Краткое заключение по обзору

Небольшое количество крупных PV предприятий в России связано с двумя факторами – традиционным приоритетом углеводородного топлива и суровым климатом. По этой причине доля альтернативной энергетики в РФ по сей день составляет не более 1%. Как ни парадоксально, но максимальное количество автономных СЭС на российских просторах установлено в холодной Якутии. Объясняется это дороговизной доставки топлива в малодоступные регионы.

По мере дальнейшего падения цен на оборудование и появления более эффективных технологий популярность фотовольтаики с большой долей вероятности вырастет и в России.

Заключение

Солнце – это не только источник света и тепла, но и источник неисчерпаемой энергии. Если раньше альтернативная энергия Солнца использовалась больше всего в космической и промышленной отрасли, то сейчас она быстрыми темпами вошла в бытовую сферу. Водонагреватели на солнечных батареях, осветительные приборы с фотоэлементами, зарядные устройства для гаджетов, работающие на фотогальваническом эффекте – все это реальные примеры использования энергии Солнца в повседневной жизни.

Если изначально к плюсам использования солнечной энергии относили только ее экологичность и неиссякаемость, то сейчас список преимуществ расширился. Итак, достоинства солнечной энергии и ее использования:

• независимость от сторонних энергосистем;
• постоянство подачи электрического тока (нет скачков напряжения);
• длительный срок эксплуатации (20-30 лет в зависимости от качества);
• независимость от сезона года (поликристаллические панели улавливают рассеянное излучение даже в дождливую погоду);
• минимальное сервисное обслуживание (очистка от пыли лицевой части панели).

Такой пункт, как экономичность, сложно отнести конкретно к плюсам или минусам. Дело в том, что полноценное обеспечение загородного дома электроэнергией за счет установки солнечных панелей требует единоразового крупного вложения (это может в некотором смысле минус). Но в долгосрочной перспективе все затраты окупаются с лихвой (это плюс)

Важно все правильно заранее рассчитать и найти оптимальный вариант для конкретной ситуации

Единственный существенный недостаток солнечных энергосистем заключается в том, что они не работают ночью. Это требует установки накопителей энергии. Надеемся, что наши советы и рассмотренные лучшие солнечные панели помогут вам начать использование экологически чистой энергии Солнца.