Для чего нужны солнечные батареи

Солнечные батареи: как это работает

Для чего нужны солнечные батареи

Солнечные батареи уже сейчас используются для питания самой разнообразной техники: от мобильных гаджетов до электромобилей. Как устроены, какими бывают и на что способны современные солнечные батареи, вы узнаете из этой статьи.

История создания

Так исторически сложилось, что солнечные батареи – это уже вторая попытка человечества обуздать безграничную энергию Солнца и заставить ее работать себе на благо. Первыми появились солнечные коллекторы (солнечные термальные электростанции), в которых электричество вырабатывает нагретая до температуры кипения под сконцентрированными солнечными лучами вода.

Солнечная термальная электростанция в испанском городе Севилья

Солнечные же батареи производят непосредственно электричество, что намного эффективнее. При прямой трансформации теряется значительно меньше энергии, чем при многоступенчатой, как у коллекторов (концентрация солнечных лучей, нагрев воды и выделение пара, вращение паровой турбины и только в конце выработка электричества генератором).

Современные солнечные батареи состоят из цепи фотоэлементов – полупроводниковых устройств, преобразующих солнечную энергию напрямую в электрический ток. Процесс преобразования энергии солнца в электрической ток называется фотоэлектрическим эффектом.

Данное явление открыл французский физик Александр Эдмон Беккерель в середине XIX века. Первый же действующий фотоэлемент спустя полвека создал русский ученый Александр Столетов. А уже в двадцатом столетии фотоэлектрический эффект количественно описал не требующий представления Альберт Эйнштейн.

Беккерель, Столетов и Эйнштейн – именно этому «трио» ученых мы обязаны созданием солнечных батарей

Принцип работы

Полупроводник – это такой материал, в атомах которого либо есть лишние электроны (n-тип), либо наоборот, их не хватает (p-тип). Соответственно, полупроводниковый фотоэлемент состоит из двух слоев с разной проводимостью. В качестве катода используется n-слой, а в качестве анода – p-слой.

Лишние электроны из n-слоя могут покидать свои атомы, тогда как p-слой эти электроны захватывает. Именно лучи света «выбивают» электроны из атомов n-слоя, после чего они летят в p-слой занимать пустующие места. Таким способом электроны бегут по кругу, выходя из p-слоя, проходя через нагрузку (в данном случае аккумулятор) и возвращаясь в n-слой.

Схема работы фотоэлемента

Первым в истории фотоэлектрическим материалом был селен. Именно с его помощью производили фотоэлементы в конце XIX и начале XX веков. Но учитывая крайне малый КПД (менее 1 процента), селену сразу же начали искать замену.

Массовое же производство солнечных батарей стало возможным после того как телекоммуникационная компания Bell Telephone разработала фотоэлемент на основе кремния. Он до сих пор остается самым распространенным материалом в производстве солнечных батарей. Правда, очистка кремния – процесс крайне затратный, а потому мало-помалу пробуются альтернативы: соединения меди, индия, галлия и кадмия.

Селен – исторически первый, а кремний – самый массовый материал в производстве фотоэлементов

Понятное дело, что мощности отдельных фотоэлементов недостаточно, чтобы питать мощные электроприборы. Поэтому их объединяют в электрическую цепь, тем самым формируя солнечную батарею (другое название – солнечная панель).

На каркас солнечной батареи фотоэлементы крепятся таким образом, чтобы их в случае выхода из строя можно было заменять по одному. Для защиты от воздействия внешних факторов всю конструкцию покрывают прочным пластиком или закаленным стеклом.

Мобильный телефон Samsung E1107 оснащен солнечной батареей

Существующие разновидности

Классифицируются солнечные батареи по мощности вырабатываемого электричества, которая зависит от площади панели и ее конструкции. Мощность потока солнечных лучей на экваторе достигает 1 кВт, тогда как в наших краях в облачную погоду она может опускаться ниже 100 Вт. В качестве примера возьмем средний показатель (500 Вт) и в дальнейших расчетах будем отталкиваться от него.

Наручные часы Citizen Eco-Drive с солнечной батареей вместо циферблата

Самым низким коэффициентом фотоэлектрического преобразования обладают аморфные, фотохимические и органические фотоэлементы. У первых двух типов он равен примерно 10 процентам, а у последнего – всего лишь 5 процентам. Это означает, что при мощности солнечного потока в 500 Вт солнечная панель площадью один квадратный метр будет вырабатывать соответственно 50 и 25 Вт электроэнергии.

Монтаж солнечных панелей на крыше жилого дома

В противовес вышеупомянутым типам фотоэлементов выступают солнечные батареи на основе кремниевых полупроводников. Коэффициент фотоэлектрического преобразования на уровне 20%, а при благоприятных условиях — и 25% для них привычное дело. Как результат, мощность метровой солнечной панели может достигать 125 Вт.

Гоночный электромобиль Honda Dream на солнечных батареях появился еще в 1996 г.

Конкурировать по мощности с кремниевыми солнечными батареями способны разве что решения на основе арсенида галлия. Используя это соединение, инженеры научились создавать многослойные фотоэлементы с КФП свыше 30% (до 150 Вт электричества с квадратного метра).

Портативная солнечная панель Solarland мощностью 130 Вт и стоимостью $860

Если же говорить о площади солнечных батарей, то существуют как миниатюрные «пластинки» мощностью до 10 Вт (для частой транспортировки), так и широченные «листы» на 200 Вт и более (сугубо для стационарного использования).

Беспилотный самолет, разработанный NASA Ames Research Center, способен на солнечной энергии пролететь от восточного побережья США до западного

На работу солнечных батарей может негативно влиять ряд факторов. К примеру, с ростом температуры снижается КФП фотоэлементов. Это при том, что солнечные батареи как раз-то и устанавливают в жарких солнечных странах. Получается своеобразная палка о двух концах.

Солнечную батарею Voltaic можно носить у себя за спиной

А если затемнить часть солнечной панели, то неактивные фотоэлементы не только прекращают вырабатывать электричество, но и становятся дополнительной, зловредной нагрузкой.

«Солнечное дерево – культурный и одновременно научный символ австрийского городка Глайсдорф

Крупнейшие производители

Источник: https://itc.ua/articles/solnechnyie-batarei-kak-eto-rabotaet/

Зачем нужны контроллеры солнечных батарей

Для чего нужны солнечные батареи

Важность контроллера в солнечной системе неочевидна. То есть, без соответствующих знаний о взаимодействии солнечных батарей и аккумуляторов на уровне физических процессов на первый взгляд может показаться, что в этом устройстве нет никакой необходимости. Ведь если соединить солнечные модули с аккумуляторной батареей, ток пойдет в любом случае.

Давайте проследим весь процесс получения энергии от солнечной батареи в аккумулятор от начала до конца без «участия» контроллера.

Когда луч солнца бьет по поверхности солнечной панели, происходит фотоэлектрический эффект. Под его воздействием электроны собираются в непрерывную цепочку, и образуется ток, который и передается аккумулятору для дальнейшей зарядки.

Когда ток начинает поступать в аккумулятор, напряжение устройства начинает расти и достигает своего пика по мере его заряда. В этих процессах не усматривается никаких несоответствий, все верно.

Но! Если аккумулятор и солнечные панели взаимодействуют без контроллера, то без своевременного отключения панелей от аккумулятора после его стопроцентной зарядки произойдет перезаряд. Тогда электролиты начнут выкипать из аккумулятора. Если не применять контроллер и перезаряжать аккумулятор, то в скором времени произойдут сбои в системе и скоропостижный выход из строя аккумуляторов.

В связи с высокой стоимостью оборудования автономной солнечной системы частые поломки и замена аккумуляторов на новые весьма накладна. Кроме того, могут произойти сбои других устройств такой электростанции.

Купить контроллер, или нет, — рассудите сами. Но мнение специалистов едино – такое устройство является необходимым для эффективной слаженной и, главное, долговечной работы солнечной системы.

Типы контроллеров и принцип их работы

Перейдем к описанию типов контроллеров и рассмотрим то, как они работают в системе – взаимодействуют с аккумулятором.

Контроллеры ON/OFF

Самый простой вариант среди тех, что предлагают современные производители. Контроллеры типа ON/OFF работают только на включение и выключение аккумулятора по достижении им полного заряда, то есть, реагируют на пиковое напряжение. Выработка энергии модулями при этом зависит только от внешних факторов и технических характеристик фотоэлементов.

Но дело в том, что аккумулятору, чтобы зарядиться на 100%, необходимо держать максимальное напряжение несколько часов. В итоге вот он, недостаток таких устройств. Контроллер ON/OFF отключает зарядное устройство от панелей на стадии неполного заряда – 80-90%.

Частый или постоянный недозаряд негативно сказывается на работе аккумуляторов. Срок службы зарядных устройств постепенно сокращается. Поэтому даже при низкой стоимости контроллеры ON/OFF не пользуются большой популярностью.

Контроллер PWM (ШИМ)

Сравнительно более модернизированные устройства, чем ON/OFF. Контроллеры PWM (ШИМ) компенсируют высокое напряжение аккумуляторов до достижения полного заряда за счет понижения напряжения солнечных панелей. В основе работы таких устройств лежит принцип широтно-импульсного преобразования, за что они и получили свое название ШИМ.

Но и у таких контроллеров есть существенный недостаток, неблагоприятно сказывающийся на эффективности работы автономной системы. Их взаимодействие с солнечными панелями очень ограничено. То есть, в процессе работы контроллера PWM теряется около 40% вырабатываемой энергии.

Контроллеры MPPT

Устройства нового поколения, наиболее экономичные в использовании, хотя и имеют высокую стоимость. Контроллер MPPT также работает по принципу широтно-импульсного преобразования, но с применением вычислительных технологий.

Такой прибор извлекает из солнечной панели максимум мощности, реагируя на самый высокий порог напряжения. Таким образом, в аккумулятор поступает самый мощный ток, причем на всех уровнях его заряда. Контроллер MPPT сопоставляет напряжение аккумулятора и панелей и выбирает наилучший вариант преобразования.

Контроллер MPPT может быть оснащен температурными датчиками, а также датчиками, которые распознают тип аккумуляторов. Это важно, ведь у каждого аккумулятора своя кривая напряжения на различных этапах зарядки. Эффективность работы контроллера MPPT доказана тем, что при его работе наблюдается прирост количества используемой солнечной энергии на 10-30%.

Критерии выбора контроллера

При выборе контроллера необходимо учесть характеристики других элементов оборудования солнечной системы. Перед тем, как отправиться за покупкой данного устройства, произведите анализ и некоторые вычисления:

  • Входное напряжение контроллера. Оно указано производителем на обороте корпуса устройства. Значение входного напряжения контроллера должно быть выше значения напряжения холостого хода солнечной батареи на 20%. Обратите внимание: не одной панели, а всей батареи, всех фотомодулей. То есть, суммарное значение.

Вообще, напряжение контроллера и солнечной батареи должны соответствовать. Запас в 20% нужен по той причине, что регламент производителя в отношении напряжений контроллера может быть завышен, а в отношении солнечных батарей — занижен.

  • Суммарная мощность солнечных батарей. Умножьте значение выходного тока контроллера на величину напряжения системы с запасом +20%. Таким образом, суммарная мощность солнечных батарей не должна превышать значение полученного результата.

Вы можете купить контроллер без всяких вычислений, если обратитесь к специалистам. В компании «НСиА» вам дадут исчерпывающую информацию о том, как правильно выбрать любое оборудование для солнечной системы и выполнят необходимые расчеты.

Если вы хотите купить контроллер в Краснодаре или Краснодарском крае, добро пожаловать на страницы нашего каталога. Вы можете заказать устройство онлайн. Если у вас есть время, то приезжайте в офис «НСиА» или просто свяжитесь с нами. Мы произведем нужные расчеты и подберем для вашей системы качественный надежный и функциональный контроллер.

Источник: https://nsia-energy.ru/info/articles/9-zachem-nuzhny-kontrollery-solnechnykh-batarej

Солнечные батареи: особенности работы солнечных батарей

Для чего нужны солнечные батареи

Солнечные батареи относятся к альтернативным, экологичным источникам энергии, широко используемым в наше время. Это оборудование преобразует энергию, полученную от солнца в электрическую энергию, и ее уже напрямую используют в промышленности и быту или накапливают в аккумуляторных устройствах для использования в не солнечное время суток (зимнее время года или в ночное время суток).

При использовании солнечных батарей может производиться как освещение, так и отопление жилья.

Солнечные батареи-виды

Малые фотоэлектрические системы. Состоят из панелек и аккумуляторов (max напряжение 12-24 вольт) и используются для работы электротехники с небольшим напряжением – лампочки, радио, телевизор.

Большие фотоэлектрические системы. Используются для полноценного обеспечения электричеством всего дома. Использование такой системы гарантирует напряжение в сети – 220 вольт. При использовании мощных аккумуляторов повышаются возможности по использованию энергии! Но есть свои особенности в эксплуатации.

Особенности работы солнечных батарей

Для работы солнечных батарей нужны специфические внешние условия, влияющие на их полнофункциональную работу.

  • Эффективность высокая только в областях повышенной солнечной активности (рассчитывать требуется частоту дождливых дней и пасмурных),
  • Особое внимание стоит обратить на количество солнечных дней в холодное время года,
  • Для повышения эффекта от солнечных батарей требуется утепление дома – тогда на отопление потратится меньше энергии,
  • Идеальным вариантом будет – комбинировать солнечные батареи с отоплением газом или электричеством. Тогда вместе это будет идеальная система отопления, гарантирующая постоянное тепло в доме,
  • Необходимо учитывать активность солнца в середине дня – ориентировать батареи на юг – для достижения оптимального отопления дома. Возможны варианты – юго-запад или юго-восток,
  • Солнечные батареи не должны затеняться деревьями или строениями,
  • Максимальное поглощение энергии происходит под прямым углом к инсоляции. Именно из-за этого солнечные батареи размещают под углом, который равняется географической широте местности,
  • В холодное время года эффективно увеличение угла наклона и требуется в летнее время его возвращать обратно.

Комплектация солнечных батарей

Комплектация солнечных батарей меняется в зависимости от потребностей потребителя и площади отапливаемого помещения. Но принцип составляющих остается стандартным (для отопления):

  • Вакуумный солнечный коллектор,
  • Контроллер, измеряющий эффективность системы,
  • Насос, передающий теплоноситель от коллектора к накопителю,
  • Ёмкость для горячей воды (примерный объем – 500-1000 л),
  • Насос тепловой, электрический тэн.

Накопленной энергии от солнечной батареи часто бывает достаточно не только для нагрева огромного объема воды, используемой для отопления дома и бытовых нужд, но и для использования в системе обогрева пола.

Вывод

В конце статьи стоит отметить, что солнечные батареи могут обеспечивать запас горячей водой, которой хватит на 280 дней в году. Финансовая экономия очевидна – гарантирует минимизацию по использованию электричества и центрального отопления. А в простом быту является гарантией теплого дома в аварийных ситуациях при отключении электричества или других авралах.

ObOtoplenii.ru

Другие статьи раздела : Экологичное топливо

Источник: https://obotoplenii.ru/ekologichnoe-otoplenie/solnechnye-batarei

Расчет мощности солнечных батарей для дома

Если вы решили сэкономить на расходах электроэнергии и установить собственную солнечную электростанцию в доме или на даче, тогда необходимо начать с расчетов показателей как потребления энергии, так и мощности солнечных панелей.

Это самый важный и трудоемкий процесс, который станет залогом правильной работы солнечной системы и выработки нужного количества тока для обеспечения всех потребностей.

Кроме того, рассчитанные показатели смогут послужить основой для увеличения эффективности или экономии энергии.

Показатель мощности солнечной батареи

Если посмотреть описание разных моделей солнечных батарей, то можно обратить внимание, что показателем измерения выступает номинальная мощность (Вт). Этот показатель и будет служить главным критерием для оценки мощности солнечной батареи.

Номинальная мощность указывается из расчета, что на 1 кв. метр панели будет поступать 1 кВт солнечной энергии.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Чем определяется класс токоограничения автоматического выключателя

То есть вы сможете рассчитывать на такой показатель мощности батареи, если в месте, где расположена солнечная система, температура не менее 25 градусов, ориентация модулей на юг с учетом угла наклона и отсутствует затемнение.

Зачем нужен расчет мощности солнечных батарей

Сегодня на рынке представлено огромное количество солнечных батарей, они отличаются не только производителем и ценой, но и своими техническими характеристиками. Мощность – это главный показатель, от которого необходимо отталкиваться, если вы хотите получить выгоду от установки солнечной системы.

Важно понимать, что неправильно произведенный расчет или и вовсе отсутствие каких-либо анализов по планируемой мощности могут привести к неудовлетворению ваших электрических потребностей в доме, тогда придется использовать дополнительное питание от сети либо ограничивать себя в электроприборах.

В итоге сложная задумка с солнечными батареями теряет весь смысл.

Порядок расчета

Чтобы рассчитать необходимую мощность батареи, которая покроет ваши затраты электроэнергии, нужно провести ряд действий, основанных на точных расчетах.

Определение потребляемой энергии

Начинать надо в первую очередь с расчета необходимой энергии для обеспечения вашего дома. Сделать это можно двумя способами: первый – посмотреть на счетчике, сколько электроэнергии вы расходуете за месяц или в сутки, а второй – сделать более детальный расчет.

Чтобы произвести второй вариант расчета, нужно взять бумагу с ручкой и составить список всех электроприборов, которые имеются у вас в доме.

Количество потребляемой энергии каждым устройством нужно умножить на количество часов работы, а после все полученные показатели сложить и получить общий расход, который должны покрывать солнечные батареи.

Ниже приведены приблизительные значения самых часто используемых электроприборов в любом доме.

Электроприбор Ватт Сколько часов работы в сутки Вт/час
Холодильник 250 24 6000
Компьютер 100 4 400
Стиральная машина 500 1 500
Электрочайник 1000 0.3 300
Телевизор 150 6 900
Радиоприемник 4 2 8
Экономлампа 1 20 6 120
Экономлампа 2 15 4 60
Экономлампа 3 10 2 20

Если вы не знаете потребление электроэнергии того или иного прибора, то для точности расчетов лучше посмотреть это значение в технической документации или на сайте производителя.

Просуммировав последнюю колонку в таблице, вы сможете посчитать суточный расход электроэнергии. Однако здесь не все так просто. Это не будет конечная цифра для выбора мощности солнечной батареи и их количества. Дополнительно нужно будет прибавить около 30% потребляемой энергии на обслуживание обязательных устройств для работы солнечной системы – аккумулятора и инвертора.

Кроме того, солнечными батареями генерируется постоянный ток, который впоследствии при помощи инвертора перерабатывается на переменный с повышением напряжения для обслуживания дома (220В), где еще теряется около 20%. И еще нужно прибавить около 10%, которые пойдут на пусковую мощность электроприборов.

Так как при запуске техника первые несколько минут потребляет в 3, а то и в 5 раз больше заявленной энергии.

Уровень инсоляции

Суть солнечных батарей заключается в выработке энергии за счет воздействия лучей солнца на фотоэлементы со специальным составом. Чем больше солнечная радиация, тем выше производительность панелей.

Максимальная эффективность зафиксирована при попадании лучей на поверхность пластин под углом 90 градусов, то есть перпендикулярно. Соответственно ночью энергия не вырабатывается, а используется та, которая накопилась в аккумуляторе за дневное время.

Поэтому очень важно правильно установить солнечную панель и рассчитать ее работоспособность в зависимости от климата того или иного региона.

Во время пасмурной погоды, а также захода солнца, уровень выработки энергии солнечной системы падает на 20-30%.

Уровень солнечной инсоляции – это еще один немаловажный показатель, который необходимо учитывать при определении мощности солнечной батареи. В каждом регионе он разный и дает четкое понятие, сколько количества солнечного тепла приходится на единицу площади панели.

Если вы проживаете в регионе с небольшим уровнем инсоляции, тогда вам нужно будет приобретать либо более мощное устройство, либо в большем количестве для полного обеспечения дома электроэнергией. Рассчитывать самостоятельно показатель инсоляции не нужно. Его значение представлено в специальных справочниках, которые можно найти без проблем в интернете.

Подобная информация также представлена на метеорологических сайтах. Указанная информация может быть представлена как за год, так и отдельно по месяцам (для крупных городов).

Выбор мощности панелей

В зависимости от рассчитанного количества потребляемой энергии количество солнечных батарей может быть разным. Также следует учитывать, какие задачи возложены на батарею – полная продуктивность или использование ее в качестве дополнительного источника питания, если в вашем доме часто бывают перебои. Если вы хотите покрыть все электрорасходы в доме, тогда придется хорошо потратиться и приобретать устройства с высокой мощностью и продуктивностью.

Мощность панели напрямую будет зависеть от количества потребляемой энергии как электроприборами в доме, так и техническими устройствами, которые являются обязательными для работы солнечной станции. Здесь нельзя не учесть и количество солнечных дней в месяце, уровень инсоляции, частоту смены угла наклона.

Максимальная производительность панели наблюдается не более 7 часов в сутки и то при условии, что небо чистое, а ночью и вовсе не будет никакой выработки, соответственно, при соотнесении расходуемой энергии с мощностью батареи нельзя приравнивать эти два показателя. Мощность должна быть на 30-40% больше.

Для примера можно взять батарею с указанной мощностью в 1кВт. Это значение нужно умножить на количество часов работы панели с максимальной производительностью, приплюсовать дополнительные расходы на снабжение инвертора и аккумулятора, а также то время в сутках, когда солнечный свет отсутствует. В результате вы сможете получить выработку одной батареи. Если показатель слишком маленький, тогда нужно присмотреться к батареям с более высокой мощностью, однако и цена их будет выше.

Расчет мощности солнечных батарей

Расчет количества панелей

Итак, мы определились, что мощность панелей измеряется в Вт. Чтобы произвести расчет, нам понадобятся все ранее полученные значения, а именно:

  • Количество потребляемой электроэнергии.
  • Уровень инсоляции в вашем регионе.
  • Мощность одной батареи.

Формула для расчета выглядит следующим образом:

W = k*Pw*E/1000, где

к – фиксированное значение/коэффициент 0,5 в летний период и 0,7 в зимний.

Рw – мощность.

Е – значение инсоляции за выбранный период.

Итак, представим, что вы просчитали суточное потребление энергии, которое равно 5600 Вт. Скорректируем это значение на 30% с учетом потребностей инвертора, аккумулятора и преобразования энергии. В результате получается 5600*1,3=7280Вт, можно округлить до 7300 Вт. Теперь посмотрим показатель солнечной радиации для конкретного города, например, он равняется 0,79 для зимы и 4,5 для лета. Стандартная мощность составляет 260Вт.

W зимой = 0,7*260*0,79=143Втч.

W летом = 0,5*260*4,5=585Втч.

Теперь делим общую потребность в электроэнергии на выработку солнечной батареи. Зимой, чтобы обеспечить весь дом электричеством, понадобится примерно 51 панель, а летом 13 штук мощностью в 260Вт и напряжением 24В. Так как полученное значение достаточно велико и для размещения 50 панелей понадобится большая площадь, целесообразнее купить панели с более высоким напряжением и мощностью.

Как увеличить эффективность работы солнечных батарей

Первый шаг, который пытается сделать любой владелец солнечных батарей с целью увеличить эффективность выработки электроэнергии – это заменить обычные электроприборы на экономные. Но, перед тем как это сделать, ознакомьтесь с основными рекомендациями специалистов, которые помогут повысить КПД батареи.

  • Следите, чтобы не происходило затемнения солнечного оборудования.
  • Придерживайтесь правил монтажа, от которых зависит производительность солнечных батарей.
  • Очищайте панели от грязи, пыли и наледи.
  • Старайтесь регулярно менять угол наклона панелей, чтобы солнечные лучи попадали перпендикулярно, в зависимости от месяца и времени года.
  • Используйте электроприборы классов А, А++, А+++.
  • Выбирайте правильные крепления для солнечных батарей.

Выполнять все предложенные рекомендации необходимо в комплексе. Если, к примеру, вы будете регулярно менять угол наклона панелей, но при этом забываете их очищать от грязи, то результат от ваших действий не появится. Солнечные батареи прослужат вам долго и бесперебойно при соблюдении правил эксплуатации, которые рекомендованы производителем. Если у вас возникли сложности при расчете, то вы всегда можете обратиться за помощью к специалисту по данным вопросам.

Источник: https://www.termico-solar.com/moshhnost-solnechnyh-batarej/

Устройство солнечной батареи. Виды солнечных панелей

Состав и устройство солнечной батареи, ее элементов определяют эффективность выработки энергии готовым изделием. В настоящее время, для генерации электрической энергии используются солнечные панели на основе кремния (с-Si, mc-Si & кремниевые тонкопленочные батареи), теллурида кадмия CdTe, соединения медь-индий (галлий)-селен Cu(InGa)Se2, а также концентраторные батареи на основе арсенида галлия (GaAs). Ниже будут даны краткие описания каждой из них.

Солнечные батареи основе кремния

Солнечные батареи (СБ) на основе кремния составляют на сегодняшний день порядка 85% всех выпускаемых солнечных панелей. Исторически это обусловлено тем, что при производстве СБ на основе кремния использовался обширный технологический задел и инфраструктура микроэлектронной промышленности, основной «рабочей лошадкой» которой также является кремний.

В результате, многие ключевые технологии микроэлектронной промышленности такие как выращивания кремния, нанесения покрытий, легирования, удалось адаптировать для производства кремниевых батарей с минимальными изменениями и инвестициями. Кроме того, кремний – один из самых распространенных элементов земной коры и составляет по разным данным 27-29% по массе.

Таким образом, нет никаких физических ограничений для производства значительной доли электроэнергии Земли с имеющимися запасами Si.

Различают два основных типа кремниевых СБ – на основе монокристаллического кремния (crystalline-Si, c-Si) и на основе мультикристаллического (multicrystalline-Si, mc-Si) или поликристаллического.

В первом случае используется высококачественный (и, соответственно, более дорогой) кремний выращенный по методу Чохральского, который является стандартным методом для получения кремниевых пластин-заготовок для производства микропроцессоров и микросхем. Эффективность СБ изготовленных из монокристаллического кремния составляет обычно 19-22%.

Не так давно, фирма Panasonic заявила о начале промышленного выпуска СБ с эффективностью 24,5% (что вплотную приближается к максимально возможному теоретически значению ~30%).

Во втором случае для производства СБ используется более дешевый кремний произведенный по методу направленной кристаллизации в тигле (block-cast), специально разработанного для производства СБ. Получаемые в результате кремниевые пластины состоят из множества мелких разнонаправленных кристаллитов (типичные размеры 1-10мм) разделенных границами зерен.

Подобные неидеальности кристаллической структуры (дефекты) приводят к снижению эффективности – типичные значения эффективности СБ из mc-Si составляют 14-18%.

Снижение эффективности данных СБ компенсируется их меньшей ценой, так что цена за один ватт произведенной электроэнергии оказывается примерно одинаковой для солнечных панелей как на основе c-Siтак и mc-Si.

Тонкопленочные солнечные панели

Возникает вопрос – зачем разрабатывать другие типы модулей, если солнечные панели на основе моно- и мультикристаллического кремния уже созданы и показывают неплохие результаты? Очевидный ответ — чтобы добиться еще большего снижения стоимости и улучшения технологичности и эффективности, по сравнению с обычными c-Si и mc-Siсолнечными батареями.

Дело в том, что обычные кремниевые фотоэлектрические модули наряду с преимуществами, перечисленными выше, обладают и рядом недостатков.

Кемний из-за своих особых электрофизических свойств (непрямозонный полупроводник) обладает довольно низким коэффициентом поглощения, особенно в области инфракрасных длин волн.

Таким образом, толщина кремниевой пластины для эффективного поглощения солнечного излучения должна составлять довольно внушительные 100-300 мкм. Более толстые пластины означают больший расход материала, что ведет к удорожанию СБ.

В то же время, прямозонные полупроводники на вроде GaAs, CdTe, Cu(InGa)Se2, и даже некоторые модифицированные формы Si, способны поглощать требуемое количество солнечной энергии при толщине всего в несколько микрон.

Открывается заманчивая перспектива сэкономить на расходных материалах, а также на электроэнергии, которой требуется значительно меньше для изготовления более тонкого слоя полупроводника.

Еще одной положительной чертой СБ на основе вышеназванных полупроводников – в отличие от СБ на основе c-Si и mc-Si– является их способность не снижать эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую даже в условиях рассеянного излучения (облачный день или в тени).

Исследования СБ на основе теллурида кадмия (CdTe) начались еще в 1970х годах ввиду их потенциального использования в качестве перспективных для космических аппаратов. А первое широкое применение «на земле» подобные СБ нашли в качестве элементов питания карманных микрокалькуляторов.

Данные элементы представляют собой гетероструктуру из тонких слоев p-CdTe / n-CdS (суммарная толщина 2-8 мкм) напыленных на стеклянную подложку (основу). Эффективность современных фотоэлектрических элементов данного типа равняется 15-17%. Основным (и фактически единственным) производителем СБ на основе теллурида кадмия является американская фирма FirstSolar, которая занимает 4-5% всего рынка.

К сожалению, есть проблемы с обоими элементами входящими в состав соединения CdTe. Кадмий – это экологически вредный тяжелый метал, который требует особых методов обращения и ставит сложный вопросутилизации старых изделий.

В виду этого, законодательство многих стран ограничивает свободную продажу гражданам СБ этого типа (строятся только масштабных солнечных электростанций под гарантии утилизации от фирмы производителя). Второй элемент – теллур, довольно редко встречается в земной коре.

Уже в настоящее время более половины всего добываемого теллура идет на изготовление солнечных панелей, а перспективы нарастить добычу – довольно призрачны.

Солнечные батареи на основе соединения медь-индий (галлий)-селен Cu(InGa)Se2 (иногда обозначаются как CIGS) являются новичками на рынке солнечной энергетики.

Несмотря на то, что начало исследований элементов этого типа было положено еще в середине 70х, в настоящее время коммерческий выпуск в боле-менее солидных масштабах ведет всего лишь фирма SolarFrontierKKиз Японии.

Отчасти это связано с технически сложным и дорогим процессом изготовления, хотя в некоторых (удачных!) случаях их эффективность может достигать 20%.

Несмотря на отсутствие экологически вредных элементов в составе этого соединения, значительному расширению производства данных солнечных модулей в будущем угрожает дефицит индия. Ведутся исследования с целью заменить дорогой In на более дешевые элементы и может быть скоро появятся новые изделия на основе соединения Cu2ZnSn(S,Se)4.

Фотоэлектрические модули на основе аморфного кремния a-Si:H. Тонкопленочные солнечные батареи могут быть построены также и на основе хорошо известного кремния, если удастся каким-либо образом улучшить его способности к поглощению солнечного света. Применяются две основные методики:

— увеличить путь прохождения фотонов посредством многократного внутреннего переотражения;

— использовать аморфный кремний (a-Si), обладающий гораздо большим коэффициентом поглощения чем обычный кристаллический кремний (с-Si).

По первому пути пошла австралийская фирма CSGSolarLtd, разработавшая СБ с эффективностью 10-13% при толщине слоя кремния всего 1,5 мкм.

По второму – швейцарская OerlikonSolar (которую сейчас перекупили японцы), создавшая комбинированные солнечные панели на основе слоев аморфного и кристаллического кремния a-Si / с-Si эффективность которых также составляет 11-13%.

Своеобразной особенностью СБ из аморфного кремния является снижение эффективности их работы при понижении температуры окружающего воздуха (у всех остальных — наоборот). Так, фирма производитель рекомендует устанавливать данные модули в странах с жарким климатом.

Концентраторные солнечные модули

Наиболее совершенные и самые дорогие на сегодняшний день солнечные модули обладают эффективностью фотоэлектрического преобразования до 44%. Они представляют собой многослойные структуры из разных полупроводников последовательно выращенных друг на друге слой за слоем. Наиболее успешной является структура состоящая из трех слоев:  Ge (нижний полупроводник и подложка), GaAsи GaInP.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как работает машина постоянного тока

Благодаря тому, что в подобной комбинации каждый отдельный полупроводниковый слой поглощает наиболее эффективно свой определенный диапазон солнечного спектра (определяемый шириной запрещенной зоны полупроводника), достигается наиболее полное поглощение солнечного света во всем диапазоне длин волн, недостижимое для СБ состоящих из одного типа полупроводника.

К сожалению, процесс изготовления подобных многослойных полупроводниковых слоев очень сложен технически и, как следствие, весьма дорог.  

Если солнечные батареи стоят очень дорого, фокусировка солнечного излучения на меньшей площади СБ может применяться как эффективный способ снижения финансовых затрат.

Например, собрав при помощи линзы солнечный свет с 10 см2 и сфокусировав его на 1 см2 солнечной батареи, можно получить тоже количество электроэнергии, что и от элемента площадью 10 см2 без концентратора, но экономя при этом целых 90% площади! Но при этом, набор подобных ячеек (солнечная батарея + линза) должен быть смонтирован на подвижной механической системе, которая будет ориентировать оптику в направлении солнца в то время как оно движется по небу в течении дня, что увеличивает стоимость системы.

В настоящее время экономически оправдано использовать подобные дорогие концентраторные солнечные модули только в тех странах и регионах земного шара, где круглый год имеется в достатке прямое солнечное излучение (рассеянное излучение не может быть сфокусировано линзой). Так, французская фирма-производитель концентраторных СБ SOITEC устанавливает свои СБ в Калифорнии, ЮАР, на юге Франции (Прованс), в Испании.  

Органические солнечные батареи и модули фотосенсибилизованные красителем

Но есть и новый тип тонкопленочных солнечных батарей, такой как сенсибилизированные красителем солнечные элементы, которые работают на совершенно ином принципе, чем все модули рассмотренные выше, на принципе больше напоминающем фотосинтез у растений. Но их пока нет в коммерческой продаже.

Трушин М.В. Ph.D

Источник: https://www.helios-house.ru/ustrojstvo-sb.html

Инновационный способ попасть в тюрьму

Эта история началась в апреле 2014 года – краснодарец Дмитрий Лопатин, несколько лет занятый разработкой уникальных солнечных батарей, заказал в Китае необходимое для работы вещество гамма-бутиролактон, которое является как растворителем, так и психотропным препаратом.

«Сотрудники почты склоняли к получению посылки»

Выпускник аспирантуры кафедры радиофизики и нанотехнологий Кубанского госуниверситета

Дмитрий Лопатин к 26 годам стал автором трех патентов, полуфиналистом и соавтором Зворыкинской премии, лауреатом премии «Энергия Молодости 2012» фонда «Глобальная энергия», которую принято считать отечественным аналогом Нобелевской премии.

В Омске и других городах России простились с десантниками, погибшими при обрушении здания казармы. Родственники выживших пытаются найти деньги, чтобы →

В копилке его достижений также победы на конкурсах Russia Power и «Энергия будущего». В 2013 году сразу четыре проекта краснодарского ученого вышли в полуфинал Зворыкинской премии. Среди его изобретений, например, беспроводная зарядка для мобильных, работающая по принципу Wi-Fi.

«Я занимаюсь разработкой солнечных батарей, которые можно печатать на устройстве, похожем на принтер. Грубо говоря, это фольга, на которую наносится слой вещества, собирающий солнечную энергию и преобразующий ее в электричество, — пояснил «Газете.Ru» изобретатель. — Соответственно, солнечная батарея может быть на любых поверхностях, не нужны массивные панели. Например, ее можно напечатать на металлопрофиле или черепице».

По словам Лопатина, для разработки вещества он изначально использовал достаточно канцерогенный и токсичный растворитель, который решил для безопасности заменить.

«Меня пугали канцерогенные последствия, по сути, если бы мы продолжили работать с ним, то через 10–15 лет могли возникнуть сложности со здоровьем, развиться рак, — объясняет собеседник.

— По зарубежным публикациям нашел аналогичное вещество — гамма-бутиролактон. Оно менее канцерогенное, я купил его на специализированной интернет-площадке для заказа реактивов».

Краснодарец уточнил, что в Китае, где он купил гамма-бутиролактон, оно распространено в промышленных масштабах, и было крайне трудно найти небольшой объем.

Тверской суд Москвы рассмотрел просьбу следствия продлить арест девелоперу Сергею Полонскому, обвиняемому в мошенничестве. На процессе впервые после →

«Для пробы мне нужно было около десяти граммов, но почти везде оно продается литрами. Это все равно что вы попытаетесь купить чистый ацетон – меньше полулитра вряд ли найдете. В итоге заказал литр, покупка обошлась в сумму около 50 долларов», — продолжает Лопатин.

Посылка шла два месяца – на почту его пригласили в конце июня 2014 года. На тот момент ученый нашел способ, как уменьшить количество вещества примерно в десять раз, поэтому китайская посылка была ему не нужна.

«В странах ЕС ученый заказывает необходимый реагент и получает его на следующий день либо через пару дней. Если появляются вопросы, его можно оперативно проверить, — приводит пример 26-летний краснодарец.

— У нас же половину веществ приходится заказывать за рубежом и ждать посылки неделями. Есть площадки типа «Русхимбио», сделанной «Роснано», но там некоторых веществ также не найти. Когда позвонили из отделения почты, был занят другими делами, к тому же необходимость в посылке отпала, поэтому не спешил ее забирать. Мне постоянно звонили, жаловались, что, если буду затягивать с оформлением, их лишат премии. Примерно на шестой звонок согласился забрать, пошел в отделение в тот же день».

На месте Дмитрий написал заявление, а когда таможенный инспектор спросил – являются ли вещества наркотическими, честно ответил, что не знает. Посылку в руки так и не получил, спустя примерно 15 минут после прихода в отделение его задержали сотрудники Наркоконтроля.

«Получается, работники почты склоняли меня к действиям, чтобы я получил посылку, чтобы дать мне больший срок. Если бы в уведомлении было указано, что вещество запрещено для свободного оборота в России, я бы ее просто не получил», — уверяет Лопатин.

Прокуратура думает

Роспотребнадзор ополчился против косметики в кредит. Ведомство предлагает не покупать ряд брендов, в том числе Desheli, Aqua Mineral и Mon Platin, в →

17 июня Прикубанский районный суд Краснодара приговорил изобретателя к трем годам условно. Суд счел доказанным, что Лопатин покушался на незаконное приобретение психотропных веществ в крупном размере без цели сбыта. Гособвинение на процессе требовало для него одиннадцать лет колонии. После вынесения приговора прокуратура, сочтя его слишком мягким, обратилась в апелляцию с обжалованием.

Старший помощник прокурора Краснодарского края по взаимодействию со СМИ Антон Лопатин (однофамилец ученого) пояснил «Газете.Ru»: приговор ученому обжалует прокуратура Прикубанского округа Краснодара, но апелляционный отдел краевой прокуратуры, представитель которого будет участвовать в процессе, своей позиции еще не сформулировал.

«Нужно понимать, что есть нижестоящая прокуратура округа, которая выступила с обжалованием. В рассмотрении дела в Краснодарском краевом суде будет участвовать представитель краевой прокуратуры, который может его позицию не поддержать.

Кроме того, УПК предусматривает возможность отозвать обжалование до начала рассмотрения дела судом, — прокомментировал Антон Лопатин. — На сегодняшний день говорить о том, что краевая прокуратура требует ужесточить наказание, неверно.

Прокуратура Краснодарского края, которая будет представлять гособвинение на процессе, своего мнения еще не сформулировала».

Источник: https://www.gazeta.ru/social/2015/07/15/7640341.shtml

Выбор аккумуляторов для солнечных батарей

В отличие от кислотных, щелочные аккумуляторы отлично справляются с глубоким разрядом и способны длительное время отдавать токи примерно на 1/10 емкости батареи. Более того, щелочные батареи настоятельно рекомендуется разряжать полностью, чтобы не возникал так называемый «эффект памяти», который снижает емкость АБ на величину «невыбранного» заряда.

В сравнении с кислотными, щелочные батареи имеют значительный — 20 лет и более — срок службы, выдают стабильное напряжение в процессе разряда, также бывают обслуживаемыми (заливными) и необслуживаемыми (герметизированными) и, кажется, просто созданы для солнечной энергетики.

На самом деле нет, потому что не способны заряжаться слабыми токами, которые генерируют солнечные панели. Слабый ток свободно течет через щелочной аккумулятор, не наполняя батарею.

Поэтому увы, но удел щелочных батарей в автономных энергосистемах — служить «банкой» для дизель-генераторов, где этот тип накопителей просто незаменим.

Литий-ионные АКБ

Батареи такого типа имеют принципиально иную «химию», чем аккумуляторы для планшетов и ноутбуков, и используют литий-железно-фосфатную реакцию (LiFePo4).

Они очень быстро заряжаются, могут отдавать до 80% заряда, не теряют емкости из-за неполной зарядки или долгого хранения в разряженном состоянии. Батареи выдерживают 3000 циклов, имеют срок службы до 20 лет, производятся в том числе в России.

Самые дорогие из всех, но в сравнении с, например, кислотными, имеют вдвое большую емкость на единицу веса, то есть их понадобится вдвое меньше.

Основные технические характеристики АКБ

Характеристики и требования к аккумуляторам определяются исходя из особенностей работы самой солнечной электростанции.

Аккумуляторные батареи должны:

  • быть рассчитаны на большое количество циклов заряда-разряда без существенной потери емкости;
  • иметь низкий саморазряд;
  • сохранять работоспособность при низких и высоких температурах.

Ключевыми характеристиками принято считать:

  • емкость батареи;
  • скорость полного заряда и допустимого разряда;
  • условия и срок эксплуатации;
  • весогабаритные показатели.

Как правильно рассчитать и выбрать АКБ

Расчеты строятся на простых формулах и допусках на потери, которые возникают в автономной системе энергоснабжения.

Минимальный запас энергии в аккумуляторах должен обеспечивать нагрузку в темное время суток. Если от заката до рассвета общее энергопотребление составляет 3 кВт/ч, то и банк аккумуляторов должен иметь такой запас.

Оптимальный запас энергии должен покрывать суточные потребности объекта. Если нагрузка составляет 10 кВт/ч, то банк с такой емкостью позволит без проблем «пересидеть» 1 пасмурный день, а в солнечную погоду не будет разряжаться более чем на 20−25%, что оптимально для кислотных аккумуляторов и не ведет к их деградации.

Здесь мы не рассматриваем мощность солнечных батарей и принимаем за факт, что они в состоянии обеспечить такой заряд аккумуляторам. То есть, строим расчеты на потребности объекта в энергии.

Запас энергии в 1 батарее емкостью 100Ач напряжением 12 В считается по формуле: емкость х напряжение, то есть, 100 х 12 = 1200 ватт или 1,2 кВт*ч. Следовательно, гипотетическому объекту с ночным потреблением 3 кВт/ч и суточным в 10 кВт/ч нужен минимальный банк из 3 аккумуляторов и оптимальный из 10. Но это в идеале, потому что нужно учесть допуски на потери и особенности оборудования.

Где теряется энергия: 

50% — допустимый уровень разряда обычных кислотных батарей, поэтому если банк построен на них, то аккумуляторов должно быть вдвое больше, чем показывает простой математический расчет. Батареи, оптимизированные под глубокий разряд, можно «опустошать» на 70−80%, то есть емкость банка должна быть выше расчетной на 20−30%. 

80% — средний КПД кислотной батареи, которая в силу особенностей отдает энергии на 20% меньше, чем запасает. КПД тем ниже, чем выше токи заряда и разряда. Например, если к аккумулятору емкостью 200Ач через инвертор подключить электроутюг мощностью 2 кВт, то ток разряда составит около 250А, а КПД упадет до 40%. Что опять приводит к необходимости двукратного запаса емкости банка, построенного на кислотных аккумуляторах. 

80-90% — средний КПД инвертора

Источник: https://www.sosvetom.ru/articles/vybor-akkumulyatorov-dlya-solnechnykh-batarey/

3D-печать солнечных панелей – революция в возобновляемой энергетике

Почему 3D-печать – эффективное решение для энергетики | Солнечные батареи: 3D-печать в возобновляемой энергетике | Такие системы действительно выгодно печатать на 3D-принтере? | Аддитивное производство солнечных батарей: 5 успешных проектов | Будущее 3D-печати в области солнечной энергетики

3D-печать все более активно используется в энергетической промышленности. Место аддитивного производства в отрасли возобновляемой энергетики представляет большой интерес. Взгляните на ситуацию с изменением климата: сегодня получение энергии из экологически чистых источников является одной из важнейших задач.

Объемы ископаемого топлива стремительно сокращаются, и поэтому мы видим все больше электромобилей, ветровых установок и солнечных батарей. Однако большинство из них далеки от совершенства, а производство по-прежнему требует больших затрат. К счастью, исследователи уже работают над солнечными батареями, которые можно печатать на 3D-принтерах, чтобы максимально эффективно использовать солнце – неисчерпаемый источник энергии.

Вы знали, что 3D-печать – превосходный метод изготовления солнечных батарей? Исследователи утверждают, что аддитивное производство поможет сократить стоимость производства солнечных батарей на 50%, а батареи, напечатанные на 3D-принтерах, – эффективнее солнечных батарей, изготовленных традиционными методами. В этой статье рассказано об эффективном использовании 3D-печати в сфере возобновляемой энергии, а точнее, в гелиоэнергетике. Кроме того, здесь рассмотрены методы 3D-печати фотоэлектрических элементов для солнечных батарей, а также исследования, посвященные данным методам.

Почему 3D-печать – эффективное решение для энергетики

Аддитивное производство используется во множестве отраслей и может быть крайне эффективно для изготовления источников энергии.

Цифровое производство –  превосходный метод реализации проектов в энергетической отрасли: качество изделий растет, а затраты на производство сокращаются. Перед производителями возобновляемых источников энергии стоит задача сократить расходы на производство.

Давайте выясним, почему производителям систем с питанием от солнечной энергии или других экологически чистых источников следует обратить внимание на 3D-печать.

3D-печать оптимизирует процесс разработки продукта

3D-принтер – отличный инструмент для прототипирования: благодаря ему растет производительность и сокращаются расходы. Используя ПО для 3D-моделирования, модели можно менять до тех пор, пока не будет получена идеальная конструкция. Перед изготовлением систем и деталей можно выполнить столько итераций, сколько потребуется. Благодаря скорости и точности 3D-печати упрощается и быстрое прототипирование.

Значительное сокращение расходов

Пытаетесь сократить расходы на прототипы и производство? Обратите внимание на 3D-печать. При ее использовании расходуется только необходимое количество материала, а выполнять итерации на 3D-принтере дешевле, чем методом литья под давлением, ведь вам не потребуется изготавливать новую пресс-форму и повторять весь процесс.

3D-принтеры повышают эффективность производства

Цифровые технологии подходят не только для прототипирования, но и для производства. У этих методов много преимуществ: например, на 3D-принтерах можно очень быстро изготавливать малые партии деталей. Кроме того, используя аддитивное производство, можно полностью управлять процессом и заказывать только необходимое количество деталей. Перечисленные особенности делают аддитивные технологии оптимальным решением для реализации всего проекта или изготовления отдельных деталей.

Аддитивные технологии – превосходный инструмент для научных исследований

Далее в статье мы поговорим о том, почему 3D-печать подходит для проверки ваших идей и работы с новыми материалами. Исследователи продолжают находить новые сферы применения 3D-печати: к примеру, она используется для производства экологически чистых энергетических устройств – таких как солнечные панели.

Солнечные батареи: 3D-печать в возобновляемой энергетике

Что такое солнечные батареи?

Это блоки, преобразовывающие солнечную энергию в тепло или электричество. Они выполнены из фотоэлектрических элементов, в которых происходит ряд физических и химических явлений.

Как правило, фотоэлектрические элементы делают из кристаллического кремния, однако сейчас активно разрабатываются новые материалы (недавний пример – технология тонкопленочных солнечных элементов). Качество и эффективность солнечных батарей, изготавливаемых традиционными способами, оставляют желать лучшего.

Именно поэтому специалисты, изучающие аддитивные технологии, экспериментируют с целью создать высококачественные солнечные панели на 3D-принтерах.

Аддитивное производство поможет сократить стоимость производства солнечных батарей на 50%

3D-печать – наилучшее решение для изготовления солнечных батарей

Одна из основных трудностей, возникающая в ходе разработки и производства возобновляемых источников энергии, – высокие затраты. Именно по этой причине такие источники доступны не всем. Мы видели, как 3D-печать подходит для реализации новых проектов, и производство солнечных батарей – отличный пример.

Прежде всего, для производства эффективных солнечных панелей высокого качества требуется множество исследований и разработок. Раньше фотоэлектрические элементы выполнялись из дорогих материалов. При разработке новых солнечных батарей и использовании материалов с новыми техническими свойствами требуется провести много испытаний и изготовить много прототипов.

Подобные проекты должны быть тщательно продуманы, а для их демонстрации команде, инвесторам и будущим клиентам потребуются модели высокого качества. И здесь на помощь приходит 3D-печать, поскольку она позволит создать высококачественные прототипы. Кроме того, вы сможете проводить столько итераций, сколько потребуется.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как правильно установить электрический теплый пол

Аддитивные технологии подходят и для производства, однако вам потребуется найти 3D-принтеры, способные печатать из соответствующих материалов. Например, солнечные батареи изготавливаются из материала, который поглощает солнечный свет.

В теории, 3D-печать подходит для изготовления экологически чистых источников энергии по более низкой стоимости. Но так ли это на практике?

Такие системы действительно выгодно печатать на 3D-принтере?

Использование напечатанных солнечных батарей сокращает расходы на 50%

Исследователи Массачусетского технологического института утверждают, что аддитивное производство солнечных батарей помогает сократить расходы на 50%.

Для изготовления таких установок не требуются дорогие материалы (например, стекло, поликристаллический кремний и индий). Очевидно, что реализация таких проектов возможна благодаря печати новых материалов на 3D-принтере.

Например, не так давно стало известно о том, что производство фотоэлектрических элементов из синтетического перовскита дешевле.

Источник: https://blog.iqb.ru/3d-printing-solar-panels/

Какие аккумуляторы нужны для солнечных батарей

Солнечные батареи – распространенный в последнее время альтернативный источник электроэнергии. У него есть множество преимуществ, основным из которых является независимость от городской электросети. К тому же, солнечные батареи не наносят никакого ущерба окружающей среде, в отличие от тепловых и атомных электростанций.

Существуют разные типы солнечных батарей, различающихся по материалам, используемым в процессе производства, физическим свойствам и уровнем КПД. Однако одних солнечных панелей для получения необходимого электричества будет мало. В систему входит также контроллер, инвертор и аккумуляторы для солнечных батарей. Без каждого из названных элементов получение электроэнергии и комфортное им пользование будет невозможно.

 Многие люди, которые собираются установить солнечные батареи, задаются вопросом о том, какие аккумуляторы нужны для солнечных батарей. Ведь для качественного и полноценного функционирования системы необходимо, чтобы все ее элементы могли выполнять свою работу на должном уровне.

Зачем нужны аккумуляторы для солнечных батарей?

Аккумуляторы для солнечных батарей требуются для создания запаса энергии на время, когда система не будет вырабатывать электроэнергию – например, ночь. Ведь в темное время суток производство электроэнергии от солнечной радиации невозможно: ее источник, солнце, находится вне досягаемости. Обеспечивать же электроэнергией здание, оборудованное солнечными панелями, необходимо двадцать четыре часа в сутки, иначе смысла в установке подобных систем нет.

Многие люди выбирают альтернативный вариант – совмещают солнечные батареи с дизельным или ветрогенератором, и просто переходят на другой тип получения энергии в периоды, когда электричество не вырабатывается установленными на крыше фотоэлементами. Однако, это не особо экономично выгодно. Более удобно и практично будет поставить на одну-две секции солнечных панелей больше, но иметь возможность накапливать электроэнергию в аккумуляторах, чем постоянно переходить с системы на систему.

Также аккумуляторы необходимы для стабилизации напряжения, поступающего в сеть. Существует два типа аккумуляторных фотоэлектрических систем:

  1. Использующие специальные сетевые фотоэлектрические инверторы и батарейные инверторы, в списке преимуществ которых не только возможность перенаправления «лишней» электроэнергии в аккумуляторную батарею, но и возможность ее дозарядки с выхода инвертора.

  2. Использующие батарейные инверторы и специальные контроллеры заряда постоянного тока, направляющие остатки производимой электроэнергии прямо в сеть.

Виды аккумуляторов для солнечных панелей

Для того чтобы разобраться, какие аккумуляторы лучше для солнечных батарей, стоит узнать обо всех основных типах данных устройств, используемых в подобных системах:

  • Стартерные батареи. Их особенностью является то, что устанавливать их лучше в помещениях, имеющих хорошую вентиляцию. Необходимо учитывать и то, что такой тип аккумуляторов предполагает определенные затраты энергии на саморазряд. К этому виду батарей относятся и автомобильные аккумуляторы, которые также можно устанавливать в системах солнечных батарей – они удобны для тех случаев, когда полностью заряжать батарею нет возможности.
  • Гелевые аккумуляторы или аккумуляторы с намазными пластинами. Удобны тем, что не требуют постоянного обслуживания, хоть и нуждаются в более частой замене. Также привлекает тот факт, что в процессе их использования потери электроэнергии минимальны. Однако, такие аккумуляторы более дорогие, чем первый тип.
  • Заливные и герметичные аккумуляторы. Устанавливаются в ситуациях, требующих максимально длительной бесперебойной работы системы. Также важно, чтобы мощность системы, к которой подключается такая батарея, была более пяти сотен Ватт. Длительность «жизни» таких аккумуляторов является наиболее длительной.
  • AGM батареи. Считается одним из наиболее выгодных выборов для установки в системах накопления солнечной энергии. Они могут быть установлены даже в маленьких помещениях с полным отсутствием вентиляции, так как не выделяют никаких газов. Высокая скорость восстановления заряда, возможность его перевозки в полностью заряженном состоянии и его исправная работа, длящаяся более пяти сотен циклов заряда, также говорят в их пользу.

Стоит учитывать также то, что помимо установки новых аккумуляторов перечисленных выше типов, могут использоваться старые приборы, бывшие ранее в употреблении.

Как сделать правильный выбор аккумуляторов для солнечных батарей?

Сделать выбор подходящего аккумулятора для солнечных батарей не так просто, как хотелось бы. Учитывая тот факт, что многие специалисты утверждают, что лучше всего использовать в подобных системах именно аккумуляторы, ранее бывшие в использовании, стоит знать следующие факты о выборе таких батарей:

  • Наиболее подходящим типом батарей является щелочной, так как подобные аккумуляторы хорошо переносят нахождение в состоянии неполного заряда, а также достаточно долго могут держать энергию. Его можно снять с автомобиля.
  • Выбирая такой аккумулятор, стоит учитывать, что подойдет только устройство, не так давно прекратившее использоваться. Желательно также выбирать прибор, который разряжен не до конца – в полностью разряженном состоянии щелочные аккумуляторы портятся и потом не могут держать заряд достаточное количество времени.
  • Определить исправность приспособления несложно: отсутствие белого или медного кристаллообразного налета на клеммах скажет о его пригодности к использованию.
  • Емкость аккумулятора. Чем она больше, тем лучше, так как накопленной энергии должно хватить на обеспечение помещения электричеством в разных ситуациях.

Для качественного функционирования щелочной батареи стоит обеспечить определенные условия.

Таким приборам противопоказаны слишком резкие перепады температур, а оптимальная отметка на термометре в помещении, в котором будет стоять батарея, равна пяти-десяти градусам по Цельсию.

Также желательно будет обеспечить аккумулятор качественной вентиляцией для отвода образовываемых вредоносных газов. Это касается практически всех подходящих для использования в одной системе с солнечными батареями аккумуляторов.  

Инверторы для солнечных батарей в Украине

Помимо аккумуляторов, солнечных батарей и контроллеров, нельзя забывать о необходимости купить инвертор для солнечных батарей. Его прямое назначение – преобразование поступающего от фотоэлементов постоянного напряжения в переменное, которое уже будет использоваться электросетью. Без инвертора не смогут функционировать и аккумуляторы.

Купить инверторы для солнечных батарей в Украине лучше всего на сайте  производителя Huawei, в ассортименте товаров которого есть устройства разного типа и конфигурации. Консультант сайта поможет вам сделать правильный выбор. Стоимость приборов в данном магазине ниже, чем у других подобных ресурсов, качество же предлагаемых товаров максимально высокое. Доставка инверторов возможна как по Киеву, так и в другие города и области страны.

Источник: http://huawei.energy/useful-know/kakie_akkumulyatory_nuzhny_dlya_solnechnykh_batarey/

Почему устанавливать солнечные панели в частном доме невыгодно? Почти нет плюсов, одни минусы. Мнения трех экспертов

24.05.2016

Свет / Устройства на солнечных батареях

Стоит ли рассчитывать всерьез на солнечные батареи как источник электрической энергии для загородного дома или дачи? На первый взгляд выглядит заманчиво. Автономно, экологично, недорого. Ни тебе перебоев с электричеством, ни счетов от снабжающих организаций. Поставил и забыл. Реальность, к сожалению, другая. Три мнения экспертов относительно солнечных батарей.

Поставить солнечные батареи и «забыть про них», не получится

Михаил Васильев, научный сотрудник института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН

К проблеме фотоэлектричества привел научный интерес: хотел выяснить насколько оно конкурентоспособно и в какой области. До натурных экспериментов не дошел, но расчеты сделал.

Солнечная электростанция состоит из трех основных технических элементов – панелей, преобразователя, аккумуляторов. Все оборудование дорогое, а для обеспечения достаточной мощности надо устанавливать много солнечных панелей, покупать мощные аккумуляторы. Учитывая, что в Иркутске тарифы на электричество – особенно бытовые тарифы – очень низкие, установка солнечной электростанции изначально невыгодна.

Установил и забыл? Нельзя сказать, что электростанция на фотоэлементах не требует текущего обслуживания. Да, фотоэлементы служат 20-30 лет, но с них нужно вытирать пыль, счищать снег.

У аккумуляторов, важнейшей составляющей солнечной электростанции, срок службы 5-7 лет (лучшие образцы выдерживают тысячу циклов – если днем зарядил, вечером разрядил – три года).

Поэтому не получится поставить солнечную электростанцию и забыть про нее, все равно придется тратить силы и средства на поддержание работы.

Даже если в поселке перебои с электричеством, солнечная электростанция не выход. Лучше поставить отдельно источник бесперебойного питания – аккумулятор, который будет запасать и отдавать. Фотоэлементы нужны, когда перебои длинные и частые. В садоводствах и поселках, например, целесообразно ставить газовую плиту, печное отопление и фотоэлектричество для освещения и электроники.

Если люди хотят заменить отопление электричеством, то им придется все поле заставить фотоэлементами. Когда они узнают цену, то поймут, что лучше ежемесячно платить по 10 тысяч рублей, чем строить мощную солнечную электростанцию. А еще лучше утеплить дом, и в крайних случаях использовать бензиновые или дизельные электрогенераторы. По сравнению с фотоэлементами они стоят сущие копейки, но при этом на пару часов способны обеспечить дом электричеством.

За фотоэлектричеством будущее, но чтобы оно стало массовым, нужно решить еще много технических проблем.

Во-первых, повысить КПД фотоэлементов и снизить их себестоимость. Сейчас КПД солнечных панелей составляет около 20%, то есть они только 20% солнечной энергии трансформируют в электричество. Было бы неплохо, если бы дошли до 30%.

Несколько лет назад читал, что преодолен барьер в 40%, но, как я понял, это был фейк: 20% реалистично, 22% может быть, а выше нереально.

По себестоимости можно ждать два эффекта: либо производители будут выпускать фотоэлементы с меньшим количеством кремния (поверхность в форме линзы), либо просто производить больше солнечных панелей, отчего цена их снизится.

Вторая техническая проблема, решение которой сделает солнечные электростанции дешевле – невысокие емкость и срок службы аккумуляторов. Затраты на аккумуляторы занимают существенную долю в общей стоимости автономного электроснабжения.

Время от времени приходят новости о технологических прорывах в этой области. Возможно, какие-то новшества скоро будут внедрены в массовое производство. Управляющая электроника (преобразователи), по-моему, уже достигла своего совершенства.

Я не знаю, что там еще можно придумать.

При нынешней цене на электричество солнечные батареи совершенно нерентабельны

Дмитрий Таевский, главный редактор портала Бабр.ру

Вопрос изучил тщательно. Не только из-за проблем с электроэнергией, но и с позиций экономии. Расчеты делал по ценникам от самого дешевого иркутского поставщика.

Батареи достаточно дорогие. Сами по себе батареи не дают большого смысла без аккумуляторов. А аккумуляторы очень дорогие, капризные, требуют много места, дают малую мощность и быстро разряжаются (два последних параметра взаимосвязаны). Есть более качественные литиевые аккумуляторы (как в мобильных), но они еще более дорогие.

И батареи, и аккумуляторы работают с постоянным током, а для бытовых приборов нужен переменный. Для преобразования нужен инвертор, который тоже стоит денег, плюс при преобразовании идут приличные потери.

Мой дом (240 квадратов) потребляет зимой около 30 киловатт электроэнергии. Даже если я установлю батареи на всей крыше, они мне дадут не более 2-3 киловатт. То есть холодильник, свет, и все. Ни на кухню, ни на бойлер уже не хватит. Ни тем более на обогрев, а у меня 8 батарей-конвекторов стоят на обогреве.

Батареи работают только днем. Ночью – аккумуляторы. В пасмурную погоду аккумуляторы разрядятся за ночь, днем работать не будут. Кроме того, снег – их надо от него чистить регулярно.

Срок службы батарей (тестировал) около года при заявленной мощности, потом мощность падает, через три-четыре года батарея выходит из строя.

Вывод: при нынешней цене на электричество, батареи и аккумуляторы, солнечные батареи совершенно нерентабельны. Условно, на мой дом нужно затратить около 200 тысяч рублей, чтобы худо-бедно обеспечить потребности в электроэнергии на 10% от существующей (зимой, понятно).

Я трачу на электричество около 3-4 тысяч в месяц. Соответственно, 200 тысяч рублей мне хватит на 50 зимних месяцев безбедного существования. При перебоях проще генератор гонять: у меня генератор на 8 киловатт, за час уходит около полутора литров бензина, то есть 50 рублей.

Мало случаев, когда установка солнечной электростанции целесообразна

Алексей Нелюбин, директор компании «Байкал-Энергия»

Есть мало случаев, когда установка солнечной электростанции целесообразна. Если говорить о рынке, то они мало кому интересны. Покупают охотники, лесники – люди, живущие в местах, где нет вообще никакого электричества, кроме как от дизельных генераторов. Батареи окупаются только там, где нет электричества. Хотя некоторые люди ставят для экономии, но это редкость. За семь лет работы роста спроса на солнечные батареи мы не заметили.

В садоводствах, в поселках, деревнях ставят, но редко. И, как правило, в качестве основного источника электроэнергии. Если совсем нет электричества, то какой смысл ставить резервный источник. Например, в поселке Октябрьский Усольского района включают электроэнергию на один час утром и на два-три часа вечером.

«Байкал-Энергия» устанавливала солнечную электростанцию в школе, но и не только. По домам ставим.
Среднюю стоимость назвать нельзя. Все по-разному, все считается индивидуально. Нельзя сказать, что 100 тысяч хватит всем. Но кому-то и на 100 тысяч хватает, кому-то и на 50.

Большой хороший дом сделать – пять-семь тысяч долларов.

За семь лет технологии подешевели, но последние два года цена на фотоэлементы в долларах не меняется, в рублях — растет.
По гарантийному обслуживанию чаще обращаются с поломкой преобразователя напряжения. Может сразу сломаться, а может и через год-два. Преобразователи дорогие, но основная стоимость всей системы – это аккумуляторы. Их хватает примерно на восемь лет.

Источник: http://energovopros.ru/novosti/svet/43875/

Солнечные батареи

Солнечные батареи

  Важнейший элемент системы альтернативного энергоснабжения – солнечные батареи, или солнечные панели. Именно они ответственны за улавливание солнечной энергии и преобразования ее в электрическую. Мы предлагаем надежные и эффективные модули  мощностью от 30Вт до 500Вт, идеально подходящие для домашнего и коммерческого применения.

   В нашем каталоге представлена продукция :

1.  ЭНЕРГОВОЛЬТ  — Российский бренд солнечных панелей выпускаемых в КНР , который уделяет особое внимание качеству выпускаемой продукции. Производство полностью автоматизировано. Ручной труд применяется только при упаковке готовой продукции , тестировании образцов и на некоторых не ответственных  операциях.

Например автоматическая пайка ячеек гарантирует  длительный срок службы модулей , а высококачественные ячейки класса А от производителей входящих в топ 5 :  Trina Solar и GCL, изготовленные по технологии PERC,  обеспечат заявленную производителем мощность выработки в течение всего 25-летнего срока службы.

Виды и стоимость солнечных батарей

     Обратившись в компанию «Чистая энергия», Вы можете купить монокристаллические и поликристаллические солнечные батареи для дома с показателем эффективности до (21,5%).

Сортировать по: Названию  Цене  Сбросить 

      При производстве солнечных батарей себестоимость поликристаллических ячеек, из которых изготавливают батареи, чуть меньше, чем у монокристаллических. Соответственно цена на монокристаллические батареи чуть выше по сравнению с поликристаллическими одной и той же мощности или номинала. Принято считать, что срок службы монокристаллических батарей чуть больше, чем у поликристаллических.

     Крупные энергетические компании для своих огромных мегаватных солнечных электростанций используют как правило поликристаллические модули, для снижения затрат, в то время как частные владельцы домов и хозяйств обычно покупают монокристаллические. Но каждый сам выбирает что ему больше нравится. Нужны подробности? Обращайтесь в наш справочный центр!

Оправданная цена на солнечные батареи

Первый вопрос, который задают покупатели фотоэлектрических панелей – насколько это выгодно? Для очевидного ответа достаточно перечислить преимущества солнечных модулей:

  • отсутствие движущихся деталей – а значит, минимум износа;

  • очень долгий срок использования – 25 и более лет практически без потери мощности;

  • абсолютная независимость от снабжения электричеством, наличия топлива, транспортных проблем и т.п.;

  • полностью бесплатная энергия после первого финансового вложения в саму электростанцию;

  • модульная конструкция, позволяющая наращивать мощность по мере необходимости.

     Но купить солнечные панели (модули) – лишь часть дела; до этого надо рассчитать конфигурацию и мощность энергосистемы, а после правильно установить батареи. Компания «Чистая энергия» работает с заказчиками «под ключ»: к Вашим услугам консультации, помощь в расчетах, профессиональные монтажные работы.

Источник: https://al-energy.ru/magazin/folder/solnechnye-batarei

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электро Дело
Какие фары должны гореть в светлое время суток

Закрыть