Сонячні батареї для дому - призначення і принцип роботи

1. Що таке сонячні батареї
2. Для яких цілей можуть використовуватися
3. Принцип роботи
4. Плюси і мінуси
5. Ефективність сонячних батарей взимку
6. види батарей
7. Розрахунок кількості батарей
8. особливості установки

Постачання електрикою приватних будинків і великих будівель - вже давно не мрія, а сучасна реальність. Сьогодні власникам заміських будинків є живлення від автономного джерела електрики за рахунок застосування сонячного світла. В основі таких систем електропостачання лежить сонячна батарея, що відповідає за трансформацію енергії.

При покупці сонячних панелей слід врахувати, що потужність, вироблена ними, безпосередньо визначає вартість всієї системи. Чим більше ват виробляє батарея, тим дорожче вона обійдеться. Наприклад, у 100-ватної ціна буде в два рази дешевше, ніж у 200-ватної панелі.

Потужність впливає і на габаритні характеристики батарей. Модуль, що виробляє 200 Вт енергії, за розмірами буде більше, ніж 100-ватна панель. Крім потужності, розмір модулів залежить і від їх типу. Вибираючи сонячні батареї для дому, зверніть увагу, щоб у енергосистеми було достатньо потужності для постачання всіх використовуваних електроприладів. Також слід врахувати відповідність розмірів панелей величиною тієї площадки, на якій вони будуть встановлені.

Що таке сонячні батареї

Про існування сонячних панелей відомо багатьом. Однак не всі знають, як влаштовані ці агрегати. Насправді їх конструкція проста, оскільки включає в себе всього кілька компонентів. У класичній сонячної панелі, що перетворює енергію сонця в електрику, присутні такі комплектуючі:

• Сама батарея.
• Інвертор, що забезпечує трансформацію постійного струму в змінний.
• Акумуляторний прилад, забезпечений апаратом, який контролює заряд і розряд.

Схема роботи сонячної батареї

Батарея, в свою чергу, має ще кілька компонентів. Їх називають фотоелектричними перетворювачами або сонячними елементами. Більшість з них проводиться з кремнію. Дані елементи можуть мати паралельні або послідовні з'єднання. Це властивість дозволяє контролювати і змінювати важливі параметри: напруга, показники потужності і сили струму. Паралельний тип з'єднання - краще, оскільки він забезпечує роботу панелі навіть при поломці одного з елементів, правда, зі зменшеною ефективністю. При послідовному з'єднанні це неможливо.

Для яких цілей можуть використовуватися

Цей альтернативне джерело електрики застосовується для всього, що потребує електрострумом. А саме для:

• Роботи штучного освітлення в будинках, школах, лікарнях та інших спорудах.
• Функціонування побутових електричних приладів: холодильників, пральних машин.
• Постачання теплом при застосуванні обігрівачів невисокої потужності.
• Освітлення садів, парків, вулиць і трас.
• Постачання харчуванням медичної техніки і телекомунікацій.
• Харчування електрикою газопроводів і нафтопроводів.
• Підзарядки мобільних пристроїв і комп'ютерів з акумуляторами.
• Постачання електроживленням кондиціонерів в жарку погоду.
• Постачання електрикою систем водопідготовки і подачі прісної води.

У західних країнах приватні споживачі вже активно використовують сонячні батареї або вітрогенератори для отримання абсолютної незалежності від централізованих постачальників електрики, і вже оцінили їх окупність. Але більше всіх сонячну енергію зараз споживають комерційні організації. Широко поширилися сонячні модулі та в сільськогосподарських комплексах.

Школа, яка забезпечується електрикою за рахунок сонячних батарей до змісту ↑

Принцип роботи

Перетворення енергії сонця відбувається в фотоелементах, підключених послідовним або паралельним шляхом. В основі фотоелектричного речовини лежить кремнієвий кристал. Кремній у вигляді сполук широко поширений на планеті. Наприклад, кремнієвий оксид - пісок або глина. Так що кристал кремнію в спрощеному варіанті - це піщинка. Технічні кристали виготовляються в лабораторіях штучним способом. Спочатку вони вирощуються в формі кругляка, потім отримують з нього шестигранник, з якого роблять пластини. Кожна пластина має товщину 200 мікрон, що всього в три рази товще звичайного волоска.

На кремнієві пластини з одного боку наносять бор, а з другої - фосфор. Там, де кремній стикається з бором, виникає надлишок електронів. На протилежній, де пластина контактує з фосфором, спостерігається їх нестача. Поєднання цих сторін називається кордоном pn.

Коли на фотоелементи в складі батарей потрапляє світло сонця, їх поверхня атакують фотони. Вони витісняють «зайві» електрони на кордоні з бором, і направляються на протилежну - фосфорну сторону з «прогалинами». Так з'являється електричний струм, який представляє собою узгоджене переміщення електронів. Від фотоелементів відходять металеві стежки, через них і проводиться струм. В цьому і полягає суть роботи сонячного елемента.

Принцип роботи сонячної батареї до змісту ↑

Плюси і мінуси

Побутове застосування сонячної енергії має свої плюси:

• Екологічна безпека.
• Довговічність.
• Простота установки і експлуатації панелей.
• Надійність.
• Незалежність.
• Низький рівень шуму роботи системи.
• Мала вага.
• Відсутність швидко зношуються рухомих елементів.

Але у застосування батарей є і мінуси:

• Висока вартість.
• Робота електростанції супроводжується виділенням тепла.
• Для установки системи необхідний велику ділянку площею.
• Невисокий коефіцієнт корисної дії - до 25%.

Ефективність сонячних батарей взимку

Взимку головну роль грає кут нахилу панелей, оскільки сонце знаходиться низько над обрієм, і це позначається на їх продуктивності. Найчастіше встановлюється оптимальний кут на цілий рік.

Ефективність сонячних модулів в зимовий сезон знижується від 3 до 8 разів, що залежить від регіону. Чим ближче до екватора, тим вище продуктивність електростанції. Зі збільшенням площі батарей підвищується кількість накопичуваної енергії в них. Якщо в літню пору для освітлення, постачання живленням і холодильника знадобиться 1 кВт електрики, тобто результат роботи чотирьох 250-ватних панелей, то взимку для цих же цілей буде потрібно в 2 кВт.

Взимку ефективність сонячної батареї знижується

При використанні сонячних колекторів, власники повинні контролювати стан рідини, яка проходить по трубках, щоб вона не перетворилася в лід.

думка експерта

Олексій Бартош

Спеціаліст по ремонту, обслуговування електроустаткування і промислової електроніки.

Увага! Проконтролюйте під час установки станції оптимальний кут нахилу, з урахуванням змін сонця в усі пори року. За рахунок такого рішення взимку не знадобиться нічого міняти для підвищення продуктивності.

види батарей

Існує кілька різновидів панелей, які працюють від сонця:

• Батареї на основі кремнію. Вони виготовляються методом вирощування монокристалів з чистих кремнієвих часток, в процесі якого розплав твердне, контактуючи з кристалічною запалом. Кремній, охолоджуючись, застигає в спеціальній формі діаметром від 12 до 20 сантиметрів. Злиток, отриманий таким способом, нарізається на пластини товщиною до 300 мікрон. Ці елементи показують високий ККД - до 19 відсотків, що досягається особливою орієнтацією частинок монокристалла, що сприяє збільшенню активності електронів. Усередині батареї пластини кремнію пронизані металевими електродами, по яких рухається струм.
• Тонкоплівкові панелі. Технології виробництва тонкоплівкових елементів дозволяють отримати панелі, чия вартість дешевше, в порівнянні з приладами з кремнію. Тому плівкові модулі використовуються для складання великих сонячних електростанцій, коли власник устаткування має обмеження, пов'язані не тільки з площею землі, а й з ціною установки. Такі батареї встановлюються не тільки на дах, а й на стіни будівель.
• Панелі на основі аморфного кремнію - ці модулі показують низький ККД, що не перевищує 8%. Однак вони дозволяють отримувати саму доступну за вартістю електроенергію, в порівнянні з іншими кремнієвими перетворювачами.
• Панелі з теллуіда кадмію виготовляються за допомогою плівкових методів. Шар напівпровідника становить 2-3 сотні мікрон. Продуктивність кадмієвих батарей становить 11%. Зате ці модулі забезпечують будинок енергією за нижчою ціною, на відміну від кремнієвих пристроїв.
• Панелі, створені з багатокомпонентних напівпровідників CIGS. Ці елементи складаються з індію, галію, міді, силена. Цей різновид батарей також проводиться плівковим способом, але в порівнянні з кадмієвими панелями, в процесі використання показує більш високу продуктивність - ККД досягає 15%.

Зовнішній вигляд різних панелей сонячної батареї до змісту ↑

Розрахунок кількості батарей

Щоб розрахувати необхідну потужність сонячних панелей, слід дізнатися, яка кількість енергії споживається в будинку або котеджі. Наприклад, якщо споживання електроенергії складає 100 кВт на годину щомісяця з напругою 220 В (потрібну цифру покаже електричний лічильник), то необхідно забезпечити вироблення сонячними панелями такої ж кількості енергії.

Дачний комплект батарей здатний переробити енергію сонця лише протягом світлового дня. Наближену до максимального значення потужність вона видає тільки в безхмарну погоду, і коли сонячні промені падають на неї під кутом 90 градусів. Якщо кут збільшується або зменшується, показник робочої потужності знижується, і чим вище гострота кута, тим менше показник потужності. У жарких умовах частина віддачі втрачається через нагрівання батарей. У похмурі дні потужність установки скорочується в 15 разів, навіть якщо на небі є легкі хмари, то потужність все одно впаде в 3 рази. Ці моменти потрібно врахувати заздалегідь.

Важливо! Для розрахунку рекомендується брати робочий час, протягом якого панелі працюють з найбільшою потужністю. Це 7 годин - з 9 до 16 годин. Влітку батареї будуть працездатні з раннього ранку до пізнього вечора, проте ефективність після світанку і перед заходом сонця буде невисока - всього 20% від полуденної потужності. Так що 80% електрики виробляється з 9 до 16 годин.

Розрахунок кількості батарей для дачі або будинку проводиться таким чином:

• Враховується, що сонячні модулі влітку функціонують лише 7 годин з високою потужністю.
• Розраховуються витрати електричної енергії в день.
• Отримана цифра ділиться на 7. Результат - необхідна потужність електростанції.
• До цього значення додають 40%, з урахуванням втрат в акумуляторі і инвертор.
• Додається ще 20%, якщо застосовується контролер PWM, а якщо система працює з МРРТ, то цей пункт не потрібен.

З урахуванням підсумкового значення потужності для живлення будинку, розраховують і вибирають число батарей.

При розрахунку кількості сонячних батарей відштовхуються від необхідної енергії до змісту ↑

особливості установки

Є ряд порад для власників приватних будинків, які збираються використовувати сонячні станції:

• Батареї краще встановити на південній частині даху або фасаду або на ділянці, який орієнтований на південь.
• Кут нахилу вибирається відповідно до широтою конкретного регіону.
• Уникайте близькості об'єктів, які створюють тінь для сонячних панелей.
• Поверхня батарей потребує регулярного очищення від запилення і бруду.

Найкращі станції оснащуються системами відстеження знаходження сонця. Очевидно, що сонячне випромінювання грає тут головну роль, і не кожен регіон має придатні для цього умови. Важливо врахувати інсоляцію - скільки світла доходить до земної поверхні на місцевості, де розташований «сонячний» будинок.