Гибкие солнечные батареи: особенности подключения, характеристики и типовые конструкции

Эко-энергия

Жизнь человечества, в определенном смысле, можно рассматривать, как непрерывную борьбу за получение энергии. Вся деятельность современной цивилизации завязана на использовании электрической энергии и на сегодняшний день существует несколько способов ее получения – от превращения в электричество энергии падающей воды, до получения электроэнергии от солнечного излучения.

Получение электроэнергии от лучей Солнца – наиболее перспективная и быстроразвивающаяся идея. Возможность бесплатно получать энергию от источника, который будет ее выдавать в течение миллионов лет – поражает воображение. Фактически, эту возможность можно задействовать географически в любом месте земного шара, причем практически даром. Окружающая природа при получении энергии от солнечного света не получает никаких вредных воздействий. Обладать таким эффективно работающим агрегатом, дающим электроэнергию без ограничений и совершенно бесплатно, рад был бы каждый.

Солнечная энергетика развивается быстрыми темпами. Сегодня энергию Солнца вполне возможно преобразовывать в электрическую энергию уже непосредственно в собственном доме. Время габаритных солнечных батарей постепенно уходит. На смену им поступают гибкие солнечные панели. Попробуем в этой статье разобраться, что это за изделия, и на каком принципе основана их работа. Также рассмотрим, как можно произвести монтаж этих изделий в домашних условиях.

Отличие гибких батарей от прочих

Работа данного устройства основана на таком явлении, как фотовольтаика, то есть на получении электрической энергии посредством использования фоточувствительных элементов. Многим еще из школьных уроков физики известно, что свет, с физической точки зрения, рассматривается одновременно, как фотон (частица света), и как волна. Фотовольтаика, это возможность преобразования энергии частиц света – фотонов, в электрическую энергию. В этом процессе задействуются фотоэлементы, состоящие из полупроводниковых материалов разных типов.

Так называемый полупроводник N-типа обладает «лишними» электронами, а полупроводник P-типа, наоборот, испытывает дефицит электронов. Фотоэлемент создается из обоих типов полупроводников, которые образуют двухслойную конструкцию и объединяются в панели, которые, как правило, могут находиться в раме из прочного металла. В настоящее время идет активная работа по облегчению фотопанелей и уменьшению их жесткости. На первый план выходят гибкие энергогенерирующие элементы минимально возможного веса.

Как работают гибкие панели

На фотоэлемент, со стороны N-слоя, попадают лучи солнечного света. Частицы света, фотоны, «врезаются» в полупроводник и «вышибают» с орбит лишние электроны, поскольку у ядра не хватает энергии, чтобы их удержать. Выбитые частицы попадают на поверхность P-слоя и «размещаются» на орбитах атомов, где существует дефицит электронов. Таким образов, один слой фотоэлемента (верхний) играет роль катода, другой (нижний) – роль анода. Движение электронов создает электрический ток, который используется для различных целей, например, для зарядки аккумулятора.

Гибкие солнечные батареи: особенности подключения, характеристики и типовые конструкции

При производстве пленочных гибких солнечных элементов используют напыление полимеров совместно с тонким слоем алюминия. Эта технология позволяет получать легкие и тонкие изделия. Эта технология еще молода, но ее перспективное будущее не вызывает у специалистов никаких сомнений.

Достоинства гибких изделий

Гибкие солнечные батареи обладают массой положительных качеств, которые делают их чрезвычайно перспективными.

  • гибкие батареи обладают малым весом и небольшими размерами;
  • изделия эластичны;
  • обладают высокой производительностью;
  • их производство более экономично;
  • они экологичны и просты в эксплуатации.

Гибкие солнечные батареи: особенности подключения, характеристики и типовые конструкции

Такие физические параметры солнечных батарей, как размеры и вес, очень актуальны при эксплуатации устройств. Для обеспечения электрической энергией большого жилого дома потребуется немалое количество панелей и при их большом весе придется проводить работы по укреплению конструкции дома, что значительно удорожит их установку.

Кремниевые батареи обладают достаточно высокой производительностью. Они способны преобразовать в электрическую энергию до 20% от энергии попадающих на них солнечных лучей. То есть, для того, чтобы получить мощность в 40 ватт, надо, чтобы энергия солнечного излучения, попадающего на батарею, была не менее 200 ватт.

Гибкие батареи значительно лучше работают в пасмурную погоду, чем жесткие кремневые конструкции. К примеру, в облачную погоду обычная батарея способна выдавать не более 10% от номинальной мощности, а аморфная гибкая панель – 50%.

Перспективы использования солнечных батарей основаны на таких глобальных возможностях, как фактическая бесконечность энергии Солнца и бесплатность ее получения. Помимо этого, получение энергии с помощью солнечных панелей не приводит к ухудшению экологической обстановки на планете – не надо перекрывать реки для создания гидроэлектростанций, не надо сжигать углеводороды и использовать ядерное топливо.

Гибкие солнечные батареи: особенности подключения, характеристики и типовые конструкции

Недостатки солнечных батарей гибкого типа

Как говорили древние – и на Солнце есть пятна. Тем более они есть и у солнечных батарей.

  1. Технология производства этих изделий еще несовершенна, она делает только первые шаги. Пик ее возможностей еще далеко не достигнут. Производительность этих изделий еще недостаточно высокая, она ниже, чем у поли- и монокристаллических изделий.
  2. Слой напыления и алюминиевая фольга достаточно быстро теряют свою функциональность. Гарантия на эти изделия дается только на три года. Затем фотоэлементы начинают выходить из строя, и их надо будет менять.
  3. Окупаемость этих батарей занимает длительное время.
  4. Стоимость этих панелей высока.
  5. Для функционирования тонких панелей придется использовать большое количество различного дорогостоящего оборудования.
  6. Эффективная работа батареи зависит от освещения, а значит, от погоды.

На сегодняшний день одна панель, мощностью в 150 Вт, стоит до 40 тысяч рублей. Чтобы обеспечить для дома стандартные 3 кВт, потребуется два десятка изделий. Помимо них надо будет приобрести аккумуляторы и прочее оборудования, которое также стоит недешево. Поэтому, стоимость киловатт-часа будет весьма приличной и окупаемость установки может растянуться на годы.

Где применяют энергию, получаемую от солнца

Несмотря на минусы, гибкие солнечные батареи применяют очень широко. Без них уже нельзя представить себе многие электронные изделия, автомобили, самолеты, космические аппараты. При помощи этих изделий получают электрическую энергию для жилых зданий и промышленных сооружений.

В быту также широко используются зарядные устройства на гибких солнечных элементах. Путешественники добывают электроэнергию в любой точке Земли с помощью гибких панелей, как и геологи и отдельные виды спецслужб. Идей, как использовать гибкое полотно для получения энергии, много. Очень перспективной кажется, в недалеком будущем, возможность получения электроэнергии непосредственно от дорожного полотна, на которое будет укладываться гибкая панель. Такие «солнечные» дороги уже строятся и реально существуют.

Гибкие солнечные батареи: особенности подключения, характеристики и типовые конструкции

Особенности эксплуатации гибких панелей

Изделия применяются в условиях, где к ним предъявляются особые требования. В первую очередь пользователя всегда интересует вопрос, как будет функционировать изделие в условиях отсутствия прямого солнечного света. Действительно, в пасмурную погоду эффективность панелей невысока. Если в системе задействованы аккумуляторы, то необходимо будет переключиться на них. Понятно, что они должны всегда быть готовыми к работе.

Важно знать, что эффективность работы фотоэлемента значительно снижается при его нагревании.

Если предполагается устанавливать гибкие батареи на каком-то объекте, то надо учитывать количество солнечных дней, характерных для этого региона. Наиболее перспективными, в части эксплуатации гибких солнечных панелей, являются южные района страны, где солнце находится на небе дольше и светит ярче, чем в других местах.

Из-за того, что планета Земля, относительно Солнца, достаточно часто меняет свое положение, солнечные панели наиболее удобно располагать под углом к горизонту в 35-40 градусов с южной стороны здания.

Гибкие солнечные батареи: особенности подключения, характеристики и типовые конструкции

Монтаж солнечных батарей на крыше дома

Прежде чем начать монтаж аморфных гибких солнечных батарей на крыше, надо составить план проведения работ. Надо определиться с количеством панелей, изучить последовательность монтажа и ознакомиться с правилами их обслуживания.

Расчет количество панелей начинается с проекта

Необходимо знать, какое количество электроэнергии потребляется объектом в сутки, и высчитать суммарную мощность фотоэлементов, необходимую для этих потребностей. Надо рассчитать количество аккумуляторов и панелей. Расчет затрачиваемой электроэнергии происходит просто. Для этого надо посмотреть в паспорта электроприборов или на их шильдики, где которых написаны характеристики прибора и количество потребляемых ватт.

Потребляемая мощность бытовых и осветительных приборов складывается и, исходя из полученного результата, надо выбирать инвертор – устройство, которое преобразует получаемый от солнечных батарей постоянный ток в переменный с нужной частотой. Практика показывает, что инвертор надо выбирать с мощностью, на 0.5 кВт больше расчетной, это обезопасит пользователей от перегрузки прибора. Если предполагается использовать в доме аккумуляторные батареи, то надо заранее рассчитать их емкость.

Для этого, надо взять высчитанную заранее суммарную мощность, потребляемую домашними приборами, и поделить ее на напряжение, которое выдает солнечная батарея. Однако, разряд большинства аккумуляторных батарей до нуля не допускается, они могут разряжаться максимум до 40%, иначе работать будут некачественно и быстро выйдут из строя. Эти проценты надо учитывать при расчете емкости аккумулятора. Например, если суммарная мощность потребления в доме равна 750 Вт, а аккумуляторы используются 12-ти вольтовые, то формула расчете емкости будет выглядеть так 750 Вт/(12Вх0,4)=156,25 А•ч, где 0.4 – коэффициент, соответствующий 40% заряда.

Для того, чтобы получить такую емкость, надо объединить две батареи по 100 А•ч каждая.

На выбор числа панелей влияет мощность модели и географическое местоположение объекта. Идеальный вариант – найти такое место для установки, где количество солнечной энергии будет максимальным в течение дня. Для того, чтобы максимально реальнее оценить уровень солнечной радиации в региона, берут его декабрьское значение. Этот показатель перемножается на количество дней в месяце и получается число киловатт, которое «падает» на квадратный метр гибкой батареи в декабре.

В разных районах страны это значение будет кардинально отличаться. К примеру, в Москве эта мощность равна 10,23 кВт/м2, а в Сочи в три раза больше – 38,75 кВт/м2. Этот показатель называют числом пикочасов. Из числа, показывающего максимальное среднемесячное потребление (в нашем случае 750 кВт) вычисляем среднемесячное потребление. Получается 25 кВт и это значит, что гибкие батареи должны за месяц выдавать пользователю в районе 24 кВт, а еще лучше – 30 кВт.

Из этих вычислений можно определить 1 пикочас. Для Москвы он будет равен 30/10,23 = 2,93 кВт. Следовательно, количество панелей в доме посчитать не трудно. При мощности панелей в 150 Вт, их надо будет установить в количестве 20 штук (2,93/0,15= 20). Все эти несложные вычисления помогут приобрести инвертор необходимой мощности, аккумуляторы и непосредственно, сами гибкие панели в том количестве, которое необходимо для получения необходимой энергии.

Особенности монтажа солнечных элементов

Установка оборудования вполне может быть осуществлена самостоятельно. Для начала, надо определиться, где будут располагаться панели. Их можно установить в разных местах: на фасаде, на крыше, на объекте вне здания или в комбинированном варианте. Как правило, панели ставят на крыше, это самый распространенный вариант.

Однако, некоторые дома имеют крыши, на которые ничего установить нельзя (они могут быть затенены или иметь сложный доступ) – в этих случаях строиться специальный каркас, на который и устанавливаются батареи. Солнечные батареи, расположенные на отдельном каркасе, можно поставить на самый освещенный участок территории, что повышает их эффективность.

Нижняя часть гибких батарей снабжена смолянистым липким слоем под защитной пленкой. Достаточно ее снять и приклеить панель в месте, выбранном для ее установки. Поверхность для приклеивания не должна быть грязной и запыленной. С одной стороны от солнечного модуля отходят два кабеля. Их можно использовать для последовательного подключения нескольких солнечных батарей к одной шине.

Гибкие солнечные батареи: особенности подключения, характеристики и типовые конструкции

Как ухаживать за системой

Гибкие солнечные панели требуют постоянного ухода. За ними надо следить, контролируя чистоту их поверхности, в случае загрязнения которых эффективность солнечных батарей значительно снижается. Все, что может попасть на них: пыль, помет птиц, листья деревьев, грязь необходимо сразу же удалить – любой мусор блокирует поступление солнечных лучей к поверхности фотоэлементов.

Поскольку солнечные батареи надо постоянно протирать, место их расположения должно быть доступно для рук человека. Устанавливать их в местах, где доступ ограничен, не только нецелесообразно, но и опасно для здоровья. Если же более простого места не существует, то для обслуживания системы надо обращаться в специальные компании, которые имеют специальную технику и оборудование. Особенно сложно ухаживать за солнечными батареями в зимнее время. Они могут быть полностью завалены снегом, что прекратит их функционирование.

Гибкие солнечные батареи: особенности подключения, характеристики и типовые конструкции

Выводы

Наличие солнечных батарей позволяет владельцу дома не зависеть от цен на горючее и магистральное электричество. Вложив некую сумму однажды, можно получать собственную электроэнергию в неограниченном количестве. За альтернативной системой получения энергии стоит будущее и рано или поздно все человечество станет пользоваться бесплатной солнечной энергией для своих нужд, как в промышленности, так и в быту.

Оцените статью
Добавить комментарий