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.

Расчет необходимой мощности солнечных панелей

Сохранить Solarsysteme Sachsen GmbH Solarsysteme Sachsen GmbH

Расчет необходимой мощности солнечных панелей

Чтобы определиться с мощностью солнечных панелей, нужно определить среднее потребление энергии в вашем доме (например, по счетам за электроэнергию), а потом решить, какой процент от этого количества вы хотите компенсировать при помощи альтернативных источников энергии.

Допустим, в месяц вы потребляете 300 кВт*ч электроэнергии. Можно считать, что солнечные батареи, мощностью 1 кВт вырабатывают в среднем 1300 кВт*ч в год. (около 110 кВт*ч в месяц). Если делается расчет для лета, считается, что панель отдает свою номинальную мощность 6 часов в день (солнечная батарея на 250 Вт выработает 250-6 = 1500 Вт*ч в сутки, при условии, что стоит солнечная погода).

Тогда, для полной компенсации вам необходимо установить 3 кВт панелей (12 панелей по 250 Вт, 1,65 каждая).

Если установить сразу 12 панелей нет возможности, можно поставить половину, а потом добавить. Оборудование при этом менять не нужно.

Преимущества и особенности реального использования

Никто не даст лучшей оценки, чем те, кто попробовал технологию на себе. Остались ли довольны решением пользователи солнечных батарей? Узнаем, что об этом рассказывают пользователи сети.

Грид-инверторы, используемые для работы батарей, не требуют аккумуляторов, которые являются слабым звеном в альтернативном электроснабжении. Электроэнергия вырабатывается в режиме реального времени сразу же попадает в сеть. Теоретические расчеты полностью соответствуют действительности, что проверено на практике. Это позволяет планировать расходы на приобретение батарей

Однако важно делать поправку на облачность.

Целесообразность использования

Солнечная батарея и сопутствующие ей элементы гелиосистемы не являются новейшим изобретением. Использование энергии нашего светила практикуется уже длительное время. Новаторами в этой области стали южные континенты (например, Америка или Австралия), а также некоторые европейские страны.

Что же касается северных регионов, по причине меньшего количества света эффективность работы гелиоустановок там значительно ниже. Поэтому их целесообразнее будет применять в качестве альтернативного варианта.

Целесообразность использования

Независимо от того, в каких целях используются солнечные панели, принцип работы у них один и тот же. Солнечные батареи для отопления дома будут функционировать в качестве накопителей энергии (или коллекторов), в состав которых входят светособирающие фотоэлементы. Отопление дома обычно обустраивается с помощью применения специальных коробов с надежной теплоизоляцией. Внутри них имеется носитель тепла, а сами они прикреплены на щиты, приподнятые над поверхностью и обращенные к Солнцу.

Чтобы обогрев был более стабильным, и тепло в дом поступало с минимальными перебоями, такие системы часто оборудуют специальными трекерами — устройствами слежения за Солнцем. Благодаря специальным датчикам, установленным в сервоприводы, трекер поворачивает панели вслед за движением светила. Далее энергия преобразуется с помощью трубок, которые обустроены в коробах.

Случае следует делать различие между понятием солнечной панели и гелиосистемы в целом. Гелиосистемы обеспечивают нагрев любого теплоносителя, а собственно панели с фотоэлементами предназначены для накопления солнечной энергии. При проживании в тех регионах, где количество ясных дней на протяжении года менее 200, придется обзавестись именно гелиосистемой. Только тогда отопление на солнечных батареях сможет себя оправдать.

Целесообразность использования

Что такое солнечная батарея? и с чем ее едят.

Солнечная батарея, это контейнер, состоящий из солнечных элементов.

Солнечные элементы, делают всю работу по преобразованию солнечной энергии в электричество. К сожалению, для получения мощности, достаточной для практического применения, солнечных элементов надо довольно много.

Кроме того, солнечные элементы очень хрупкие. Поэтому их и объединяют в Солнечную батарею.

Солнечная батарея содержит достаточное количество солнечных элементов для получения высокой мощности и защищает элементы от повреждения.

Трудности, возникающие при самостоятельном изготовлении солнечной батареи

  • Главное препятствие в изготовлении солнечной батареи — это покупку солнечных элементов за разумную цену.
  • Новые солнечные элементы очень дороги и их сложно найти в нормальном количестве за любые деньги.
  • Дефектные и поврежденные солнечные элементы есть в наличии на интернет аукционе eBay и других местах гораздо дешевле.
  • Солнечные элементы «второго сорта» возможно, могут быть использованы для изготовления солнечной батареи.

Система солнечного отопления

В простейшем случае солнечная система отопления состоит из одного или нескольких солнечных коллекторов, соединенных в замкнутый контур с арматурой отопления – батареями или трубами, уложенными в полу. При этом батареи или трубы пола должны находиться выше коллекторов.

Читайте также:  Дымоходы для газового котла в частном доме: как выбрать и установить?

Тогда вода, нагреваемая в коллекторах, по законам конвекции будет подниматься в отопительные секции, а холодная вода будет опускаться к коллекторам. Батареи или трубы, упрятанные в пол, нагреваются и таким образом без каких-либо дополнительных устройств происходит обогрев помещения.

Простейшая схема солнечного отопления

Энергия солнца, дающая нам свет, электричество, тепло, быстрыми темпами завоевывает все новые и новые рубежи. Уже никого не удивить различными приборами и устройствами на солнечных батареях, домашними гелиевыми электростанциями, различными светильниками, уличными гирляндами, светофорами, работающими от энергии солнечного света.

Система солнечного отопления

И конечно же, логичным направлением применения энергии солнца стало использование ее для отопления, нагрева воды не только в отдельно взятом частном доме, но и в больших домах, в общественных зданиях.

Конечно, солнечные системы не в состоянии обеспечить круглосуточный режим работы для нагрева воды. Но заменить в световой день традиционные ископаемые источники энергии – нефть, газ, уголь – они в состоянии. Поскольку солнечное отопление не требует потребления сырья, то отсутствуют вредные выбросы в атмосферу, нет загрязнения окружающей среды.

  • Как сделать солнечный коллектор для отопления своими руками?

Поэтому использование энергии солнца для отопления жилых домов, горячего водоснабжения с каждым годом будет приобретать все большее значение на фоне ожидаемого роста цен на нефть, газ, уголь.

Виды солнечных батарей и особенности их комплектации

На сегодняшний день существует два вида солнечных панелей, их технические свойства свободно можно использовать для снабжения жилплощади электроэнергией.

К первой группе относятся малые фотоэлектрические системы, вырабатывающие напряжение от 12 до 24 вольт – этого достаточно, чтобы дом полноценно освещался и круглосуточно работал телевизор.

Ко второй группе относятся большие фотоэлектрические установки, которые при грамотном монтаже обеспечивают отопление и освещение среднего по размеру дома.

Батареи при монтаже комплектуются следующими вспомогательными элементами:

  • вакуумный солнечный коллектор;
  • прибор контроля или контроллер – следит за функционированием системы;
  • насос – обеспечивает подачу теплоносителя к резервуару от коллектора;
  • емкость под горячую воду, ее объем от 500 до 1000 л;
  • электрический тэн.

Водоснабжение дома теплой водой, отопительная система «теплый пол» – все эти удовольствия можно получить с помощью природного явления бесплатно, при условии установки мощного оборудования.

Виды солнечных батарей и особенности их комплектации

Чтобы рассчитать нужную мощность установки, учитывают количество членов семьи, размер жилплощади и стандартный объем употребляемой энергии.

На бытовые нужды семьи, состоящей из трех человек, может понадобиться от 200 до 500 кВт/месяц.

Так как зимой эффективность работы батарей снижается, после обустройства фотоэлектрических панелей своими руками не стоит полностью отказываться от привычного отопления с целью перестраховки.

Срок эксплуатации солнечных батарей превышает 25 лет, проблемы с их ремонтом и техническим обслуживанием на протяжении указанных лет – редкость.

Единственное, что в обязательном порядке придется делать, это очищать их от оседающей пыли и, время от времени, менять внешние аккумуляторы, как только их мощности перестает хватать на удержание полной емкости.

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:

Схема модуля с обходными диодами

Обходные диоды

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.

Классификация фотоэлектрических модулей

Сегодня производство солнечных батарей идёт двумя параллельными путями. С одной стороны на рынке присутствуют фотоэлектрические модули, созданные на основе кремния, а с другой — плёночные, созданные с использованием редкоземельных элементов, современных полимеров и органических полупроводников.

Популярные сегодня кремниевые фотоэлементы подразделяются на несколько типов:

  • монокристаллические;
  • поликристаллические;
  • аморфные.

Для использования в самодельных солнечных батареях лучше всего использовать модули из поликристаллического кремния. Хоть КПД последних и ниже, чем у монокристаллических элементов, но зато на их работоспособность не так сильно влияет загрязнённость поверхности, низкая облачность или угол падения солнечных лучей.

Читайте также:  Автоматические твердотопливные котлы: лучшие производители и цены

Отличить поликристаллические кремниевые модули от монокристаллических несложно — первые имеют более светлый синий оттенок с выраженными «морозными» узорами на поверхности. Кроме того, тип фотоэлектрических пластин можно определить по их форме — монокристалл имеет скруглённые края, тогда как его ближайший конкурент (поликристалл) представляет собой выраженный прямоугольник.

Что же касается батарей из аморфного кремния, то они ещё менее зависимы от погодных условий и за счёт своей гибкости практически не подвержены риску повреждений при сборке. Тем не менее использование их в собственных целях ограничивается как достаточно низкой удельной мощностью на 1 квадратный метр поверхности, так и по причине высокой стоимости.

Кремниевые солнечные элементы представляют собой самый распространённый класс электрических фотопластин, поэтому они чаще всего используются для изготовления самодельных устройств

Появление плёночных фотоэлектрических модулей обусловлено как необходимостью в снижении стоимости солнечных батарей, так и потребностью получить более производительные и долговечные системы. Сегодня промышленность осваивает выпуск тонких гелиоэлектрических модулей на основе:

  • теллурида кадмия с КПД до 12% и стоимостью 1 Вт на 20–30% ниже, чем у монокристаллов;
  • селенида меди и индия — КПД 15–20%;
  • полимерных соединений — толщина до 100 нм, с КПД — до 6%.

О возможности использования плёночных модулей для постройки электрической солнечной станции своими руками говорить пока ещё рано. Несмотря на доступную стоимость, изготовлением теллуридо-кадмиевых, полимерных и меде-индиевых фотоэлементов занимаются лишь отдельные компании.

Такие достоинства плёночных фотоэлементов, как высокий КПД и механическая прочность позволяют с полной уверенностью говорить, что за ними — будущее солнечной энергетики

Хоть в продаже и можно найти батареи, созданные по плёночной технологии, в большинстве своём они представлены в виде готовых изделий. Нам же интересны отдельные модули, из которых можно построить недорогую самодельную солнечную панель — на рынке они пока ещё в дефиците.

Сводные данные по КПД солнечных элементов, которые выпускаются промышленностью, представлены в таблице.

Таблица: КПД современных солнечных батарей

Тип фотоэлемента Коэффициент полезного действия, %
Монокристаллический кремний от 17 до 22
Поликристаллический кремний от 12 до 18
Аморфный кремний от 5 до 6
Теллуридо-кадмиевые от 10 до 12
На основе селенида меди-индия от 15 до 20
Полимерный от 5 до 6

Условия монтажа обогревателей

При использовании энергии солнца следует учитывать следующее:

  • угол ската крыши, где будет монтироваться контсрукция должен быть не менее 30 градусов;
  • скат выбирается с самой солнечной стороны; площадь крыши должна быть от 40 м 2, только так можно будет получать достаточный объем энергии на всю семью;
  • стропильная система крыши обязана иметь определенный резерв прочности – сами батареи весят немало, да еще зимой будет накапливаться снег;
  • необходимо избавиться поблизости от высоких деревьев, которые могут загородить свет;
  • батареи требуют ухода – раз в квартал им придется проводить тщательную очистку от пыли и грязи, иначе их эффективность резко понизится;
  • на выработку в месяц до 500 кВт, и чтобы батареи просто функционировали полноценно, нужно в месяце от 20 солнечных дней;
  • не забывайте, активность солнца зимой может существенно снизиться – поэтому не стоит совсем отказываться от иных источников тепла.

Эффективней всего создать для дома комбинированную систему отопления, где второй источник всегда подстрахует в моменты недостаточности выработки энергии солнечными батареями.

И конечно главный недостаток – высокая стоимость за покупку и монтаж всей системы. Однако как показывает практика, окупаются они уже через несколько лет эксплуатации. А прослужить смогут до четверти века, снабжая ваш дом бесплатной энергией солнца.

И преимуществ и недостатков у обоих вариантов достаточно. Использовать или нет такую энергетику для автономного отопления собственного дома, решать каждому домовладельцу придется самостоятельно. С одной стороны независимость от организаций теплоснабжения и большие сроки службы, с другой немалая стоимость и отсутствие достаточной гарантированности в безоблачных днях.

Выводы

На практике, использование солнечных батарей и коллекторов для отопления дома вполне оправдывает себя, позволяя существенно понизить общие затраты на обогрев жилища. Но лучше всего задумываться о применении отопительных систем на солнечной энергии еще на стадии проектирования дома. Тогда удастся оптимально сориентировать поверхность крыши, дабы получить от солнца по максимуму. Тем самым сэкономить на обустройстве дома и гарантировать себе максимальное отопление.

Выбор и установка

хотите вы Если долговечную и работоспособную отопительную систему, тщательно очень подойдите к ее выбору. Обязательно просчитайте мощность необходимую и, соответственно площадь системы.

Выберите для место ее установки, желательно все эти проделывать действия с помощью специалистов. Ведь солнечные стоят батареи недешево, а приобретаются надолго. К примеру, срок средний службы грамотно установленной системы – от 25 выше и лет. Окупятся они через 2-3 года, будете вы зато абсолютно независимы от коммунальных служб, отключений частых воды и электричества, как в случае с электроконвекторами настенными отопления .

Читайте также:  Солнечные батареи для отопления дома электричеством – хорошая идея?

Коллектор устанавливают на максимально солнцем освещенной территории. Угол отклонения от юга пределах в допустим 30?навостокилизапад. Возможны варианты установки соседнем на коллектора здании, если основное не подходит по показателям многим.

Накопитель допустимо разместить в подвале, нет если других вариантов. Его можно виде в доставить деталей, и собрать уже на месте Нередко. установки собирают систему из нескольких накопителей размера небольшого.

Гелиосистема будет эффективнее тем, чем ниже температура отопления.

отопление Панельное в этом случае можно назвать этом.

В оптимальным случае удачным решением будет отопление стеновое в совокупности с надежным утеплением здания.

выбрали вы Если для себя отопление дома батареями солнечными, ваш выбор можно назвать удачным и разумным. Энергия солнца бесконечна и бесплатна. вложений Немного в оборудование, и гарантированная независимость от многих вам факторов надолго обеспечена.

Типы и комплектации

Подробно стоит рассмотреть два основных вида систем солнечных батарей для отопления дома: большие фотоэлектрические системы и малые. Чем же они отличаются кроме своего размера? К категории больших фотоэлектрических систем можно отнести панели, работающие от аккумулятора с напряжением от 12 до 24 В. Такие системы способны обеспечить электроэнергией, достаточной для работы, например, телевизора и нескольких осветительных приборов.

Разновидности солнечных батарей

Что касается отопления, то такая система в состоянии обеспечить весь дом достаточным количеством тепла. Большие фотоэлектрические системы способны не только обеспечить весь дом энергией, но и сыграть важную роль в организации отопительной сети. Но не стоит забывать, что даже большая отопительная система не сможет обеспечить достаточным количеством тепла очень большой дом с несколькими этажами.

Существует несколько вариантов и комплектаций солнечных батарей. Базовый комплект представляет собой вакуумный солнечный коллектор, контроллер, следящий за эффективностью работы системы, насос, подающий теплоноситель от распределительного коллектора в топливный бак, сосуд для горящей воды на 500-1000 мл и тепловой насос. Помимо отопления, дом можно обеспечить горячей водой, а также существует система теплого пола, которая может оказаться очень полезной.

Самой эффективной отопительной системой на солнечных батареях будет является комбинированная. Суть этой системы в том, что она более безопасна, а это является дополнительной страховкой и гарантией. Но установка комбинированной системы очень сложна, поэтому доверить это ответственное дело лучше специалистам, так как малейшая ошибка в расчетах и установке может привести к неприятным для вас последствиям.

Типы и комплектации

Но если такая система установлена правильно, то стабильно проработает не менее 25 лет. Высокая стоимость покупки комбинированной системы не станет убыточной, так как все это окупится уже в первые 3-4 года пользования. Не обязательно ставить коллектор на крышу здания, если не позволяет, например, геометрия или качество крыши. Удобство такой системы как раз в этом: коллектор можно установить на любую конструкцию, которая будет соответствовать параметрам, изложенным выше.

В заключение можно сказать, что люди, которые выбрали солнечные батареи для отопления дома поступили правильно и целесообразно. Кроме колоссальных преимуществ перед традиционными отопительными системами, у вас не будет необходимости подстраиваться под дорогостоящие услуги коммунальных контор и урезать свой бюджет.

Поделитесь статьей в социальных сетях Ваши контакты в этой статье от 500 рублей в месяц. Возможны другие взаимовыгодные варианты сотрудничества. Напишите нам на [email protected] Не получили ответ на свой вопрос? Спросите нашего эксперта: Спросить

Подготовка инструментов и выбор материалов

Помимо преобразователей, для сборки полноценной солнечной панели вам понадобятся такие материалы:

  • Припой – для солнечной батареи необходимы легкоплавкие оловянные сплавы.
  • Соединительные провода – подбираются однопроволочные медные марки. Для соединения монокристаллических и поликристаллических пластин применяются голые проводники, а для отвода электроэнергии изолированные.
  • Рамка – создает основной каркас, в котором располагается вся солнечная батарея. Состоит из основания – ДСП, USB, фанеры и прочих, металлических или деревянных планок, уголков и саморезов для их соединения.
  • Стекло или полимерная пластина – создают защитный слой поверх монокристаллических пластин, также, в сочетании с рамой, служат для скрытия элементов от воздействия атмосферных осадков и механических воздействий.
  • Герметик – наилучшим материалом для герметизации является эпоксидный компаунд, но это достаточно дорогостоящее удовольствие, поэтому его можно заменить силиконовым герметиком.
  • Аккумуляторная батарея – предназначена для накопления электрической энергии в светлое время суток с целью дальнейшего использования. Экономить при выборе батареи не стоит, так как качественная модель прослужит гораздо дольше.
  • Инвертор – используется для преобразования постоянного напряжения в переменное. Преобразователь напряжения необходим для подключения к солнечной батареи любых бытовых приборов.

Из инструментов вам пригодиться ножовка, дрель, шуруповерт или обычная отвертка для закручивания саморезов, мультиметр или амперметр для определения работоспособности солнечной батареи, паяльник.