Солнечная батарея

Пост опубликован: 21 июля, 2017

Солнце — это источник неисчерпаемой энергии, благодаря которой образовалась и существует жизнь на нашей планете.
Человек всегда пытался максимально использовать получаемое тепло, излучаемое солнцем, а с развитием науки и специальных технологий, научился с максимальной пользой, использовать и солнечные лучи. Одним из таких способов, стало получение электрической энергии, путем преобразования солнечного света.

Что такое солнечная батарея?

Содержание статьи

Солнечная батарея (панель) – это устройство, в котором под воздействием солнечных лучей, вырабатывается электрический ток. Техническим языком – солнечная панель является объединением определенного количества фотоэлементов, являющимися полупроводниковыми устройствами.

Виды солнечных батарей

В настоящее время, благодаря развитию технологий и постоянно растущему интересу к возобновляемым источникам энергии, промышленностью выпускается большое количество разнообразных видов солнечных панелей, которые различаются по конструкции, используемым материалам, техническим характеристикам и цене.

Основные виды солнечных батарей:

Изготовленные на основе кремния.

Данный вид подразделяется на:

Поликристаллические панели;
Монокристаллические панели;
Аморфные панели.

Изготовленные на основе пленочных материалов.

Данный вид подразделяется на:

Изготовленные на основе теллурида кадмия;
Изготовленные на основе селенида меди-индия;
Полимерные панели;
Аморфные панели.

Основу солнечных батарей, изготовленных на основе кремния, составляет, как видно из названия – кремний, который является распространенным материалом, не требующий значительных затрат при добыче и обладает хорошими физическими свойствами.

Монокристаллические батареи.

Для изготовления батарей данного вида используется очищенный кремний, без присутствия примесей. Визуально, монокристаллические панели выглядят как соты, которые объединены между собой в единую конструкцию. При изготовлении отдельных сот, используют монокристаллы, после затвердения которых, их делят на тонкие пластины (до 300 мкм), которые в дальнейшем соединяются электродной сеткой. Данный вид является дорогим вариантом солнечных батарей, но благодаря высокому КПД (до 20%), тем не менее пользуется спросом у потребителей.

Поликристаллические батареи.

При изготовлении батарей данного вида, для получения поликристаллов, кремниевый состав, после его подготовки, охлаждается. Процесс охлаждения происходит продолжительное время. При производстве данного вида панелей, затрачивается меньшее, чем при изготовлении монокристаллических устройств, количество энергии, что отражается на стоимости данного вида. Поликристаллические панели стоят дешевле, но обладают меньшим КПД – до 18%.

Аморфные батареи.

Данный вид панелей можно отнести как к кремниевому типу, так и к пленочному, потому как оба способа изготовления, присутствуют у данного вида устройств.
Основу данных батарей изготавливают из кремневодорода (силана), который наносится на подложку батареи. Данный вид имеет КПД значительно ниже, чем у рассмотренных выше устройств (до 5,0 %), но в связи с тем, что панели данного вида, обладают лучшей способностью поглощения и способны вырабатывать электрический ток даже при отсутствии прямых солнечных лучей (пасмурная погода), то также являются востребованы на рынке подобных устройств.

Плёночные батареи на основе теллурида кадмия.

В основе данных устройств заложена способность кадмия к высокой световой поглощаемости. КПД устройств данного вида составляет 10 %, стоимость – ниже чем у аналогов. Из недостатков использования – ядовитость кадмия.

Плёночные батареи на основе селенида меди-индия.

При изготовлении данного вида устройств используют медь, индий и селен. КПД установок выше, чем у батарей из теллурида кадмия и составляет до 20%.

Полимерные солнечные батареи.

Основу устройств (пленку), изготавливают из полифенилена, фурелленов, фталоцианина меди. Толщина плёнки составляет около 100 нм. Недостаток данного вида — низкий КПД (около 5%). К достоинствам можно отнести – низкая стоимость, отсутствие вреднхй выбросов в атмосферу и доступность комплектующих, к тому же данный вид обладает эластичностью.

Принцип работы

Прежде чем описать принцип работы солнечной батареи, необходимо обратить внимание на несколько основополагающих моментов, это:

Солнечная батарея является устройством, состоящее из определенного количества фотоэлектрических элементов (преобразователей), которые помещены в единый корпус и соединены между собой в определенной последовательности.
Структура фотоэлементов состоит из двух слоев, которые различаются по типу электрической проводимости, это: «n» и «р» проводимости.
Основой для изготовления фотоэлементов является кремний или иной материал, обладающий способностью поглощать световые лучи.
В слое с «n» проводимостью, к основе (кремнию или иному материалу), добавлен фосфор, в связи с чем, при их взаимодействии, в слое образуется избыток электронов с отрицательной полярностью.
В слое с «р» проводимостью, к основе добавлен бор, в результате их взаимодействия, в слое образуется недостаток отрицательных зарядов, и как следствие, образуются «дыры».
Слои располагаются между электродами с разной полярностью.

Работа солнечной панели осуществляется следующим образом:

На слой, заряженный отрицательно, попадает солнечный свет;
Солнечные лучи вызывают активное образование дополнительных отрицательных зарядов и «дырок»;
В связи с тем, что в «p-n» переходе присутствует электрическое поле, то под его воздействием происходит разделение положительно и отрицательно заряженных частиц;
Положительные частицы направляются в верхний слой;
Отрицательные частицы — в нижний;
Появляется разность потенциалов между слоями, т.е. образуется постоянное напряжение.

Для дома

Солнечные батареи, являясь основной составляющей солнечных электростанций, получают все более широкое распространение среди владельцев частных домовладений.
Солнечные электростанции, в зависимости от их мощности и географического месторасположения, используют как основной или резервный источник электрической энергии.
В этом случае, при выборе мощности станции, и в каком качестве она будет работать, не маловажную роль играют именно солнечные батареи.

Критериями выбора солнечных батарей, при использовании для электроснабжения дома, являются:

Мощность устройства.
Эта величина измеряется в Ватт * час, и определяет способность батареи к производству электрической энергии, при заданных условиях, в единицу времени (час работы);
Габаритные размеры.
Чем мощнее панель, тем она больше по размерам. Этот показатель определяет способность установки (монтажа) устройств, на том или ином участке территории или конструкций.
КПД устройства.
Данный показатель зависит от типа батареи, тем самым, при меньшем КПД потребуется большее количество панелей, для создания необходимой мощности, но возрастет цена, и наоборот. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо просчитывать экономическую целесообразность того, либо иного типа батарей.
Сроки и условия эксплуатации.
Данный параметр закладывается производителями, поэтому следует внимательно ознакомиться с рекомендациями по установке и обслуживанию устройств.
Стоимость устройства.
Данный показатель складывается из всех выше приведенных. К тому же, на стоимость оказывает влияние бренд производителя и популярность конкретной модели на момент ее приобретения.

Как видно из приведенных критериев выбора, в каждом конкретном случае, выбор того, или иного устройства осуществляется индивидуально.
В настоящее время, для комплектации солнечных электростанций, служащих для электроснабжения индивидуальных домов, используют различные солнечные батареи. В связи с тем, что большую часть рынка солнечных батарей, обеспечивают производители из Китая, то именно на них следует ориентироваться, при комплектации солнечных станций.

Популярностью у пользователей пользуется продукция компании «TOPRAY Solar» (Китай), это:

Солнечные батареи TopRaySolar TPS-FLEX, гибкие, выпускаются различной мощности;
Солнечные батареи TopRaySolar типа «П», поликристаллические, выпускаются различной мощности;
Солнечные батареи TopRaySolar типа «М», монокристаллические, выпускаются различной мощности.

Также популярностью пользуются солнечные батареи компаний:

AXITEC GmbH, Германия;
JA Solar Holdings Co., Ltd, Китай;
Telecom-STV, Россия;
«Хевел», Россия.

Выбор, на рынке подобных товаров, достаточно обширен, поэтому всегда есть возможность выбрать требуемое устройство, в соответствии с критериями выбора и индивидуальными предпочтениями.

Использование на даче

Дача, это по своей сути, тот же дом, с той лишь разницей, что на ней, возможно, человек проводит меньше времени, и количество установленных приборов, потребляющих электрическую энергию, может быть несколько меньше, чем в жилом доме.

Использование солнечных электростанций для электроснабжения дачи, является очень удобным способом решения задачи обеспечения электричеством на вновь строящихся и удаленных от стационарных электрический сетей, участках.

Критерии выбора солнечных батарей, в случае электроснабжения дачи, аналогичны критериям при выборе устройств для дома. Разница может быть лишь в требуемой мощности и способу монтажа устройств.

Средние цены

Стоимость солнечных батарей – это один из критериев их выбора.

Розничная цена, для рассмотренных выше моделей, выпускаемых китайской компанией «TOPRAY Solar», и реализуемых через специализированные организации, составляет:

Солнечная батарея 60П – 3400,00 рублей;
Солнечная батарея 100П – 4980,00 рублей;
Солнечная батарея TopRaySolar TPS-FLEX-50W (50,0 Вт) – 6790,00 рублей;
Солнечная батарея TopRaySolar TPS-FLEX-80W (80,0 Вт) – 10410,00 рублей;
Солнечная батарея TopRaySolar TPS-FLEX-100W (100,0 Вт) – 12440,00 рублей;
Солнечная батарея TopRaySolar 100М (100,0 Вт) – 5210,00 рублей;
Солнечная батарея TopRaySolar TPS-FLEX-100W (100,0 Вт) – 12440,00 рублей.

Стоимость аналогичных по техническим параметрам устройств, других производителей, лежит в этом же ценовом диапазоне, поэтому всегда есть возможность сделать свой, выбор, в соответствии с индивидуальными пожеланиями.

Где купить

Солнечная батарея (панель), это довольно дорогостоящее устройство, к тому же, как правило необходимо приобретать несколько панелей, поэтому лучшим местом для приобретения, являются специализированные организации, занимающиеся продажей солнечных электростанций и комплектующих к ним.

В связи с тем, как уже писалось выше, на рынке подобных устройств, большое количество китайских изделий, то можно воспользоваться покупкой через интернет. В этом случае необходимо используя тот же интернет, изучить отзывы о приобретаемом устройстве, а также отзывы о компании, которая его поставляет.

У российских и европейских компаний, есть представительства в разных городах нашей страны, можно воспользоваться их услугами, предварительно, так же, как и при приобретении через интернет, ознакомившись с отзывами о выбранном устройстве.

Солнечная батарея для отопления дома

Солнечные батареи бывают нескольких видов, конструкций и принципу действия. Если рассматривать вопрос об использовании солнечных батарей для отопления дома, то вариант использования панелей, работающих на фотоэлементах, не решит в полной мере, поставленную задачу. Это определяется количеством вырабатываемой электрической мощности. Если к фотоэлектрическим панелям подключить электрические ТЭНы, служащие для нагрева теплоносителя в системе отопления жилого дома, то мощности для прочих потребителей, будет явно не хватать.

Если, в качестве солнечной батареи, работающей для отопления дома, применить солнечный коллектор, то такая задача будет полностью решена. В этом случае солнечные лучи нагревают теплоноситель, циркулирующий в системе отопления, за счет чего и происходит нагревание помещений дома.

Как сделать своими руками из подручных средств

При желании, наличии свободного времени и минимальных познаний в электротехнике, можно изготовить солнечную батарею из подручных средств.
Вариантов может быть множество, все зависит от имеющихся материалов, «багажа» знаний и навыков.

Подобные устройства можно изготовить:

Из использованных ранее транзисторов (электронных устройств).
В этом случае, у транзисторов отрезаются крышки и сами транзисторы соединяются последовательно. При попадании солнечных лучей на внутренние плоскости, обладающие «p-n» переходом, внутри их образуется электрический ток. Транзисторы помещаются в отдельный корпус, к концам припаиваются выводы – солнечная батарея готова.
Из диодов.
Для изготовления, из этих электронных приборов, потребуется их большое количество, а также электронная плата, используемая в качестве подложки. Верхняя часть диодов срезается, кристалл достается из корпуса прибора (выполняется нагрев и извлечение из корпуса). Извлеченные кристаллы крепятся на плате методом пайки в отдельные блоки. Соединение выполняется последовательно, для достижения требуемых значений напряжения. Собранные блоки соединяются между собой параллельно.
Из медного листа.
Медный лист очищается, после чего нагревается, для этого используется: открытый огонь, электрический ТЭН или иной источник тепла. В процессе нагрева медь чернеет, нагрев продолжается еще некоторое время, после чего лист медленно остывает. Из данной листа вырезается электрод, такого размера, чтобы поместился в подготовленную заранее емкость, это может быть пластиковая бутылка, канистра с отрезанным верхом или иная емкость, но главное условие – изготовленная из материала, не проводящего электрический ток. Из другого листа меди, не подвергавшегося нагреву, вырезается второй электрод, по размерам аналогичный первому. Электроды помещаются в подготовленную емкость, и крепятся к ее стенкам, к ним подсоединяются проводники. Пластины не должны касаться друг друга. Чистый медный лист – это положительный полюс, лист подвергавшийся нагреву – это отрицательный полюс. В емкость наливается вода, в которой растворена каменная соль, устройство устанавливается на солнечный свет – батарея готова.
Из фотоэлементов заводского производства.
В этом случае вначале фотоэлементы собираются в определенной последовательности на подложке. Изготавливается корпус, в который помещаются собранные фотоэлементы, корпус герметизируется. Батарея готова.

Недостатки и достоинства

Недостатков использования солнечных батарей меньше, чем их достоинств, поэтому необходимо начать с них.

К отрицательным свойствам солнечных батарей относятся:

Высокая стоимость всего комплекта оборудования;
Низкий КПД устройств, что приводит к увеличению количества батарей, и как следствие удорожанию и потребности в значительной площади под монтаж;
Зависимость от погодных, климатических и географических условий.

Положительных свойств больше, это:

Солнечная энергия – это возобновляемая и неисчерпаемая энергия;
Экологическая безопасность процесса производства электрической энергии;
Отсутствие шума и иных раздражителей, при работе солнечных электростанций;
Продолжительные сроки эксплуатации оборудования и длительные межремонтные циклы;
Возможность создать автономную системы электроснабжения, вне зависимости от энергоснабжающих организаций;
Возможность увеличения мощностей, без остановки работы уже смонтированных;
Возможность получения не только электрической, но также и тепловой энергии, используя аналогичные исходные параметры.