Солнечные панели (батареи) для дома

Виды батарей

Существует несколько разновидностей панелей, работающих от солнца:

• Батареи на основе кремния. Они изготавливаются методом выращивания монокристаллов из чистых кремниевых частиц, в процессе которого расплав затвердевает, контактируя с кристаллической затравкой. Кремний, охлаждаясь, застывает в специальной форме диаметром от 12 до 20 сантиметров. Слиток, полученный таким способом, нарезается на пластины толщиной до 300 микрон. Эти элементы показывают высокий КПД – до 19 процентов, что достигается особой ориентацией частиц монокристалла, способствующей увеличению активности электронов. Внутри батареи пластины кремния пронизаны металлическими электродами, по которым движется ток.
• Тонкопленочные панели. Технологии производства тонкопленочных элементов позволяют получить панели, чья стоимость дешевле, по сравнению с приборами из кремния. Поэтому пленочные модули используются для сборки крупных солнечных электростанций, когда владелец оборудования имеет ограничения, связанные не только с площадью земли, но и с ценой установки. Такие батареи устанавливаются не только на крышу, но и на стены зданий.
• Панели на основе аморфного кремния – эти модули показывают низкий КПД, не превышающий 8%. Однако они позволяют получать самую доступную по стоимости электроэнергию, по сравнению с другими кремниевыми преобразователями.
• Панели из теллуида кадмия изготавливаются посредством пленочных методов. Слой полупроводника составляет 2–3 сотни микрон. Производительность кадмиевых батарей составляет 11%. Зато эти модули обеспечивают дом энергией по более низкой цене, в отличие от кремниевых устройств.
• Панели, созданные из многокомпонентных полупроводников CIGS. Эти элементы состоят из индия, галлия, меди, силена. Данная разновидность батарей также производится пленочным способом, но по сравнению с кадмиевыми панелями, в процессе использования показывает более высокую производительность – КПД достигает 15%.

Описание комплектации и функция каждого устройства

В стандартную комплектацию солнечной электростанции входят:

• собственно модули или панели (как правило, их несколько);
• обычная аккумуляторная батарея;
• инвертор;
• контроллер;
• клеммы;
• кабель;
• стеллаж для установки. 

Солнечные модули накапливают энергию, а затем преобразовывают ее в электрическую. Одна из функций контроллера — корректное распределение постоянного тока по находящимся в доме приборам, потребляющим электричество. Также он контролирует уровень температуры, режим зарядки и напряжения.

Инвертор — это преобразователь, который необходим для того, чтобы постоянный ток становился переменным, обеспечивая стабильное функционирование электропитания. Обычная аккумуляторная батарея (АКБ) нужна для накопления энергии, которая будет использована. Например, ночью или в пасмурные дни, когда солнце редко выходит из-за облаков или туч.

Солнечная батарея своими руками

Те, кто хочет сэкономить, задумываются, как сделать солнечную батарею в домашних условиях самостоятельно, чтобы она обладала необходимыми эксплуатационными параметрами и полностью обеспечивала энергетические потребности. Это особенно актуально для мест отдаленных от главных артерий цивилизации.

Солнечные батареи своими руками в домашних условиях изготавливаются из соответствующих элементов, которые можно купить в открытом доступе в специализированных компаниях или через интернет магазины. Если кремниевые пластины должны приобретаться у производителей, то остальные элементы, такие как лента, рамка, пленка, стекло, припой и прочее можно вполне обнаружить и дома в хозяйстве.

Производство солнечных батарей базируется на применении новейших технологий, которые постоянно развиваются, предлагая более усовершенствованные модели. В зависимости от размеров устройств, они могут использовать для различных целей в местах, где нет снабжения электроэнергией. Они встречаются на калькуляторах, часах, различных мобильных устройствах.

Так, например, рюкзак с солнечной батареей будет незаменимым помощником тех, кто любит путешествовать с комфортом. Он накопит достаточно энергии, чтобы зарядить фонарик для освещения туристической палатки или чтобы во время похода заряжать необходимые гаджеты. 

Современные устройства со встроенными солнечными модулями

Power bank с солнечной батареей – внешний накопитель с фотоэлементами для преобразования солнечных лучей в заряд аккумулятора. Он обладает несколькими портами и предназначен для зарядки смартфонов или планшетов. Это незаменимое устройство для тех кто, много времени тратят в дороге и пользуются гаджетами. Устройство может дополняться различными функциями, например, фонариком.

Робот конструктор – наборы с различными элементами, из которых можно собрать несколько конструкций, которые двигаются автономно. Это лучшая игрушка для любознательных детей. Робот конструктор на солнечной батарее купить интересно будет не только малышам, но и вполне взрослым дяденькам, поскольку захватывающим является не только движение робота, но и сам процесс сборки.

Уличные садовые светильники на солнечных батареях – идеальное решение для сада, огорода или приусадебного участка. Благодаря накопленному заряду они будут светиться всю ночь. Для этого не нужно прокладывать специальную проводку. Их можно брать с собой на рыбалку или семейный поход. Чрезвычайная мобильность, компактность и удобство делают фонари самыми востребованными изделиями на солнечных батареях.

Полимерные пленочные солнечные преобразователи

У этой альтернативы панелям из кремния есть все шансы занять лидирующее положение на рынке солнечных батарей. Они напоминают пленку, состоящую из нескольких слоев. Среди них можно выделить сетку алюминиевых проводников, полимерный слой активного вещества, подложка из органики и защитной пленки.

Такие фотоэлементы, объединенные друг с другом, образуют пленочную солнечную батарею рулонного типа. Эти панели легче и компактнее кремниевых. При их изготовлении не используется дорогостоящий кремний, и сам процесс производства не такой затратный. Это делает рулонную панель дешевле всех прочих.

Принцип работы солнечной батареи делает их КПД не слишком высоким.

Он достигает 7%.

Процесс изготовления панелей этого типа сводится к многослойному печатанию на пленку фотоэлемента. 

Рулонную батарею можно резать любой формы и размера.

Разновидности солнечных панелей

Существуют следующие разновидности модулей:

1. Монокристаллические. Их структура представлена силиконовыми ячейками, которые преобразуют энергию Солнца в электрическую. Несомненные плюсы — компактность и эффективность в плане производительности, среднее число которой составляет 22-25%. Монокристаллические модули и по сей день являются уверенными лидерами по показателям мощности, КПД и долговечности. Это отражается и на стоимости: цена их очень высока.
2. Поликристаллические. Производятся из кремния, имеющего поликристаллическую структуру. Стоят намного дешевле первого варианта. Но их технические характеристики, в том числе и производительность, уже ниже — 18-23%. Благодаря этому солнечные панели перестали быть чем-то недоступным для обычных людей. Человек со средним уровнем достатка вполне может воспользоваться именно этим предложением.
3. Аморфные. Их конструкция предусматривает наличие фотоэлементов, изготовленных из тонкой пленки. В отличие от поли- и монокристаллических модулей, они не могут выработать большого количества энергии. Но и стоимость у них гораздо меньше. При этом аморфные панели обладают очень ценным преимуществом: они могут полноценно работать в условиях не только рассеянного, но и совсем слабого освещения. Тонкопленочные панели являются экспериментальной разработкой. Поэтому в широкой продаже их встретить пока нереально.

Как правильно подключить электрическую часть

В зависимости от вашей взаимосвязи с местной энергоснабжающей организацией, существует три основных способа подключения солнечной электростанции:

• Автономный, когда к вашему дому невозможно (или просто нет желания) протянуть линию электропередач. В этом случае во время светового дня, солнечные панели накапливают энергию в аккумуляторах, а в темное время суток наступает пик потребления. Обязательно использование качественных и дорогих аккумуляторных батарей, и надежного зарядного устройства. Поскольку энергоснабжение вашего объекта напрямую зависит от количества «солнце-часов», не лишним будет подстраховаться ветровой электростанцией. Начальное вложение средств достаточно велико, зато вы навсегда забудете о счетах за электроэнергию.
• Резервный, когда вы одновременно пользуетесь и местной энергосистемой, и собственной солнечной электростанцией. Какой источник считать основным, а какой резервным — зависит от емкости аккумуляторов и мощности ваших солнечных панелей. Оптимальный алгоритм использования — днем 100 % загрузка солнечных панелей, потребление из сети стремится к нулю. Ночью, когда тариф ниже, можно подпитываться от городской энергосистемы. При таком подключении вы не зависите от капризов погоды и аварий в местной электросети. Есть возможность проводить обслуживание солнечной электростанции без перерыва в энергоснабжении дома. Неплохой вариант для дачи или СНТ, где качество снабжения электроэнергией ниже плинтуса.
• Комбинированное (последовательное) подключение. Такой способ предполагает не только два источника снабжения электричеством: собственная солнечная станция и местная энергосеть, но и возможность производить избыток электричества для продажи.В зависимости от местного законодательства, есть способы продажи избытков энергии снабжающим организациям. В этом случае устанавливается специальный счетчик энергии, и заключается соответствующий договор. При формировании избыточных мощностей, они перетекают в местную электросеть, возвращая вам затраты на электростанцию. Однако этот путь требует не только технического, но и грамотного юридического сопровождения.

Виды солнечных электростанций

В зависимости от потребностей объекта существуют различные типы солнечных электростанций (СЭС) и источников бесперебойного питания (ИБП). «Мосэнергосбыт» предлагает для установки следующие решения:

• сетевые СЭС;
• автономные СЭС;
• гибридные СЭС;
• системы резервного питания на базе АКБ с функцией ИБП (сетевые, без использования солнечной энергии).

Комплекты оборудования в каждом случае могут различаться и подбираются индивидуально в зависимости от потребностей заказчика. Наши специалисты обязательно проконсультируют вас перед покупкой и помогут подобрать наиболее выгодное предложение.

Виды кремниевых батарей

Наиболее популярными являются кремниевые батареи. Они отличаются долговечностью и качественной работой. Их различают два вида: монокристаллические и поликристаллические.

Виды пленочных батарей

Теперь рассмотрим виды солнечных батарей пленочного типа. Пленочная панель достаточно недавно появилась в сфере получения альтернативной солнечной энергии. На сегодняшний день они не пользуются большой популярностью, в том числе и из-за высокой стоимости, но имеют свои преимущества. Они бывают нескольких типов. Рассмотрим каждый из них: на основе теллурида кадмия и на основе Cigs.

Почему так важна эффективность

Большое значение эффективность приобретает при расчёте площади, которую вы можете использовать под систему солнечных батарей. При сопоставимых размерах описанных модулей от Amerisolar AS–6P30 280W (1.63 квадратных метра) и NeOn 340 W от LG (1.71 квадратных метра), разница в мощности на один квадратный метр на выходе будет составлять 15.6%. С одной стороны, это может показаться не очень эффективным, учитывая разницу в цене более чем в два раза, но в случае с ограниченным пространством или более агрессивной внешней средой, возможно, сдвинет ваш выбор в пользу этого известного производителя.

Увеличенный коэффициент полезного действия подчеркивает не только эффективность технологии изготовления, но и качественные материалы, используемые при изготовлении. Это сможет сказаться на сроках работы устройств, на устойчивость панелей к так называемой деградации. Не стоит забывать также и про гарантийные обязательства производителя. Имея представительства и гарантийные сервисы почти во всех уголках мира — LG сможет похвастаться более лояльным подходом к клиентам и выполнением своих обязательств.

Виды солнечных батарей

Устройства подразделяются на классы по степени мощности:

• маломощная;
• универсальная;
• панель солнечных элементов.

Кроме того, имеется три типа батарей с разным назначением:

1. Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП). Осуществляют превращение солнечной энергии в электрическую.
2. Гелиоэлектрические станции (ГЕЭС). Используются для обеспечения функционирования различных промышленных установок — турбин, паровых машин и т.д.
3. Солнечные коллекторы (СК). Служат для теплоснабжения помещений.

Выбор и расчет солнечных батарей для частного дома требует от владельца знания конструктивных особенностей оборудования. Существует разделение по физико-химическому состоянию материала батарей. Этот вопрос следует рассмотреть подробнее.

Кремниевые батареи

Элементы из кремния — наиболее распространенные виды фотоэлектрических преобразователей.

Причиной этого является распространенность и доступность этого материала. При этом технология производства весьма сложная, изготовление элементов обходится в значительные суммы, что вынуждает производителей искать варианты снижения себестоимости.

Пока это получается только за счет снижения эффективности, но разработчики непрерывно ищут пути повышения качества и производительности своей продукции. Рассмотрим виды кремниевых батарей.

Монокристаллические

Самые эффективные и дорогие элементы. Используется кремний высокой очистки, технология получения которого отработана при изготовлении полупроводников. Элементы представляют собой тонкие срезы (300 мкм) с одного монокристалла, выращенного специально под такую задачу. Кристаллическая структура имеет правильную форму, зерна направлены в одну сторону. Себестоимость материала высока, КПД составляет 18-22%. Срок службы очень велик, минимум 30 лет.

Поликристаллические

Эти элементы получают путем постепенного охлаждения расплавленного кремния, при котором образуются поликристаллы. Структура такого материала не имеет правильной формы, зерна не параллельны и направлены в разные стороны. Производство обходится намного дешевле, поскольку для такой технологии требуется меньше электроэнергии, но КПД продукта получается более низким – 12-18%.

Аморфные

Аморфные батареи производятся не из кристаллического кремния, а из кремневодорода (силана), который наносится тонким слоем на материал основы. КПД этих батарей невысок – всего 5–6 %, но и цена самая низкая. При этом, есть и свои плюсы – высокий коэффициент оптического поглощения, способность работать при пасмурной погоде, устойчивость к деформации панели.

Гибридные

Гибридные панели представляют собой сочетание фотоэлектрических элементов и солнечных коллекторов. Дело в том, что при выработке энергии панели нагреваются и теряют производительность.

Для снижения нагрева применили водяное охлаждение. Оказалось, что количество тепла, полученное водой от фотоэлементов, может использоваться для бытовых нужд или для отопления помещений.

Такие солнечные батареи хороши как для генерации энергии, так и для отопления дома. Производители утверждают, что КПД таких панелей чрезвычайно высок (некоторые заявляют 80%), но это обычный маркетинговый ход, учитывающий стабильность показателей как возрастание эффективности.

Это еще один вид фотоэлектрических преобразователей, которые изготовлены не на кремниевой основе, а из нескольких полимерных пленок, сложенных в плотную пачку и выполняющих разные функции. КПД таких батарей ниже, чем у кремниевых, примерно в четыре раза, однако они легки, относительно дешевы в производстве и, как следствие, дешевле в продаже. Считается, что полимерные устройства имеют высокий потенциал и будут активно развиваться, поскольку дешевизна и скорость производства являются важнейшими преимуществами материала.

Разновидности солнечных батарей

Существует несколько разновидностей фотоэлементов для солнечных батарей, которые отличаются между собой строением кристаллов кремния.

Выделяют три вида фотоэлементов:

• поликристаллические;
• монокристаллические;
• аморфные.

Первый вид панелей является более дешевым, но менее эффективным, поскольку, если кремний нанесен поликристаллическим способом, то электроны не могут двигаться прямолинейно.

Монокристаллические фотоэлементы отличаются максимальным КПД, который достигает 25 %. Стоимость таких батарей выше, но для получения 1 киловатта нужна существенно меньшая площадь фотоэлементов, чем при использовании поликристаллических панелей.

Из аморфного кремния изготавливают гибкие фотоэлементы, но их КПД самый низкий и составляет 4-6 %.

Выбор параметров солнечной батареи

При выборе солнечной батареи перед покупателем встает вопрос «Как выбрать подходящую солнечную батарею?» Существует несколько видов фотоэлементов, имеющих свои преимущества и недостатки:

1. Поликристаллические элементы, в которых полупроводник производится поликристаллическим способом, этот метод удешевляют солнечную батарею, но снижают эффективность её работы. КПД элементов составляет 17-19%.
2. Монокристаллические. Если элементы выращиваются монокристаллическим способом, то КПД фотоэлементов составляет 20-21%. Стоимость батарей при таком способе производства кремния увеличивается, но площадь фотоэлементов для получения энергии того же количества снижается. Готовые солнечные батареи, изготовленными поликристаллическим способом имеют КПД 13-17 %, а с фотоэлементами, изготовленными монокристаллическим способом – КПД 15-18,5%,
3. Аморфные. Самым низким КПД (4-6%) обладают солнечные батареи, в которых фотоэлементы изготавливают из аморфного кремния.
4. Арсенид галлиевые. Для изготовления высокоэффективных преобразователей в настоящее время широко используются GaAs – Арсенид галлия, имеющий гетероструктуру и более широкую запрещенную зону, это позволяет увеличить КПД солнечных батарей до 35-40%, правда такой тип элементов имеет очень высокую цену и используется только в космической отрасли.

Рис. 2 Типы солнечных элементов

Как собрать солнечную батарею своими руками

Сборка корпуса солнечной батареи

Сборка солнечных батарей, а именно, корпуса может выполняться в разных вариантах. В первом случае ее можно сделать из фанерных листов и деревянных реек, поэтому такой монтаж не представляет особой сложности. Конструкции выпиливаются по размерам, а затем соединяются между собой саморезами. Все стыки и швы предварительно промазываются герметиком. Все деревянные части покрываются краской или специальными защитными составами. Дальнейшие работы проводятся только после полного высыхания конструкции.

Немного сложнее изготовить солнечную батарею из алюминиевого уголка. В этом случае сборка каркаса происходит в следующем порядке:

• Сборка из уголка прямоугольного каркаса.
• В каждом углу конструкции сверлятся отверстия под крепления.
• Внутренняя часть профиля по всему периметру покрывается силиконовым герметиком.
• Внутрь каркаса на обработанные места укладывается текстолит или оргстекло, вырезанные по размеру. Их нужно как можно плотнее прижать к уголкам.
• Внутри корпуса лист прозрачного материала фиксируется крепежными уголками, установленными по углам.
• Дальнейшие работы проводятся после полного высыхания герметика. Предварительно, все внутренние поверхности протираются от пыли и загрязнений.

Пайка проводов и соединение фотоэлементов

Все элементы для солнечных батарей отличаются повышенной хрупкостью и требуют аккуратного обращения. Перед началом пайки они протираются, чтобы поверхность была идеально чистой. Элементы с припаянными проводниками все равно следует проверить и устранить обнаруженные недостатки.

На каждой фотопластинке имеются контакты с различной полярностью. Вначале проводники припаиваются к ним, а уже потом соединяются между собой.

При использовании шин вместо проводов, необходимо учитывать следующие особенности:

• Шины размечаются и разрезаются на требуемое количество полосок.
• Контакты пластин протираются спиртом, после чего на них наносится тонкий слой флюса, с одной стороны.
• Шина прикладывается по всей длине контакта, после чего по ней нужно провести разогретым паяльником.
• Пластина переворачивается, и такая же операция повторяется на другой стороне.

Паяльник во время монтажа нельзя сильно прижимать к пластине, иначе она может лопнуть. На лицевой стороне после пайки не должно оставаться неровностей. Если они остались, нужно еще раз пройти паяльником по шву.

Чтобы не ошибиться с размещением пластин, перед тем как их собирать, на поверхность листа рекомендуется нанести разметку с учетом всех размеров и зазоров. После этого фотоэлементы укладываются на свои места. Затем контакты панелей соединяются между собой с обязательным соблюдением полярности.

Нанесение герметизирующего слоя

Перед тем как самому герметизировать конструкцию, нужно выполнить тестирование и проверить солнечные батареи на работоспособность. Она выносится на солнце, после чего на выводах шин замеряется напряжение. Если оно в пределах нормы, можно приступать к нанесению герметика.

Один из наиболее подходящих вариантов предполагает следующие действия:

• Силиконовый герметик наносится на самодельные солнечные батареи капельками по краям корпуса и между пластинами. После этого края фотоэлементов аккуратно прижимаются к прозрачному основанию и должны прилегать к нему как можно плотнее.
• На каждый край пластинок укладывается небольшой груз, после чего герметик полностью высыхает, а фотоэлементы надежно фиксируются.
• В самом конце аккуратно промазываются края рамки и все стыки между пластинами. На данном этапе герметиком покрывается все, кроме самих пластинок, он не должен попасть на их оборотную сторону.

Окончательная сборка солнечной панели

После всех операций остается лишь полностью собрать солнечную батарею в домашних условиях.

В этом случае порядок действий будет следующий:

• В боковой части корпуса устанавливается соединительный разъем, к которому подключаются диоды Шоттки.
• С лицевой стороны вся сборка пластинок солнечной батареи закрывается прозрачным защитным экраном и герметизируется, чтобы исключить попадание влаги внутрь конструкции.
• Для обработки лицевой стороны рекомендуется использовать специальный лак, например, PLASTIK-71.
• После сборки выполняется окончательная проверка, после чего солнечная батарея из подручных средств сделанная своими руками может устанавливаться на свое место.

Как сделать солнечную батарею своими руками

Повер банк с солнечной батареей

Обзор солнечных батарей для туристов

Установка солнечных батарей

Солнечные батареи: альтернативная энергия

Производство солнечных батарей

Виды солнечных батарей и их предназначение

В настоящее время используется несколько разновидностей солнечных батарей. Все они отличаются длительным сроком эксплуатации, который зачастую превышает 30 лет. Это достигается за счет отсутствия в конструкции механических компонентов и расходных частей.

Наибольшее распространение сегодня получили три вида фотоэлементов:

1. Монокристаллические;
2. Поликристаллические;
3. Тонкопленочные;
4. Аморфные.

Самым распространенным видом являются поликристаллические панели, которые отличаются оптимальным соотношением цены и эффективности. В большинстве случаев их КПД достигает 12-13 %. Эти батареи отличаются кристаллической структурой и синим цветом. Монокристаллические солнечные панели являются более эффективными, так как их КПД достигает 15-16%. Однако, с учетом стоимости одного ватта мощности, их использовании обходиться дороже.

Монокристаллические и поликристаллические батареи имеют схожие функции:

• освещение жилых домов, хозяйств, тепличных комплексов;
• освещение садовой, парковой зоны, улиц;
• обеспечение электроэнергией медицинские и телекоммуникационные приборы;
• энергоснабжение систем подачи и очистки воды;
• подзарядка ноутбуков, мобильных телефонов.

Тонкопленочные обладают самым низким КПД, который не превышает 12%. В то же время, за счет низкой цены фотоэлементов, которые входят в конструкцию, один ватт мощности электроэнергии здесь обходиться дешевле, чем в остальных батареях. К тому же, тонкопленочные панели занимают в 2-3 раза большую площадь, чем моно- и поликристаллические. Поэтому, их лучше использовать для питания крупных систем мощностью более 10 кВт. Интересное: Солнечные батареи на 5 кВт.