Как работают солнечные батареи, их актуальность в Украине в 2023 году

О том, что свет можно преобразовать в электричество, известно с середины XIX века, но по-настоящему перейти от теории к практике ученые смогли лишь спустя 100 лет, когда удалось создать первую кремниевую фотоэлектрическую панель. 

Современные солнечные батареи работают как часы, обеспечивая зарядку гаджетов, освещая дома, подпитывая бытовую технику и транспортные средства.

Как устроена солнечная панель 

Независимо от нюансов конструкции, фотоэлектрические модули состоят из солнечных элементов. С них и начнем рассмотрение устройства панелей.

Следим за погодой: Лучшее приложение погоды для Андроид — обзор 10 продуктов

Солнечные элементы (СЭ) 

В основе СЭ — два слоя кремния или другого полупроводника — материала, который становится проводником тока при определенных условиях. Один слой отрицательный, второй — положительный. При попадании света на фотоэлементы происходит переток электронов, и вырабатывается электрический ток.

Большая часть производимых кремниевых СЭ — монокристаллические и поликристаллические. Первые наиболее эффективные, но стоят примерно на 10% дороже вторых. Монокристаллические с виду отличаются от поликристаллических срезанными уголками.

На панелях из моноэлементов на пересечениях квадратных ячеек видны небольшие ромбики. Фотомодули из полиэлементов состоят из прямоугольных ячеек, разделенных тонкими полосками.

Все время ведутся научные разработки по увеличению эффективности СЭ. Однако КПД промышленных образцов пока в районе 10-20%. К способам увеличения эффективности относится постепенный переход на более крупные размеры ячеек. Выглядит это следующим образом:

Тут стоит отметить два момента:

• С увеличением размера СЭ требуется больше места для размещения панели с таким же количеством ячеек.
• Ячейки со сторонами 156 мм по-прежнему активно производят. Этот формат нельзя назвать безнадежно устаревшим.

Готовимся к зиме: Как выбрать газовый котел: 5 советов

Солнечные панели 

Модуль кристаллических ячеек представляет собой сэндвич, в котором СЭ находятся в середине, а сверху и снизу расположены защитные слои:

• стекло,
• герметизирующая прослойка,
• солнечные элементы,
• герметизирующая прослойка,
• стекло либо защитная пленка.

Фотоэлектрические ячейки защищены с обеих сторон. Сверху они закрыты от дождя, также присутствует покрытие, уменьшающее отражение солнечных лучей. Общая герметизация нужна, чтобы предотвратить окисление внутренних элементов. Что касается принципа работы солнечной панели, то он тождественен порядку функционирования СЭ. Просто происходит сложение мощностей фотоэлементов.

Пластины для установки на крышу обычно корпусные, идут в алюминиевой окантовке, обеспечивающей жесткость конструкции. Батареи объединяют в массивы последовательным или параллельным способом. 

От размеров панели зависит ее мощность:

Панели именитых брендов делают на заводах с полной автоматизацией. Желательно при покупке ориентироваться именно на такую продукцию, поскольку мелкие производители не имеют средств на роботизацию, а ручной труд порой становится причиной брака.

Модернизируем отопление: Как подключить батарею отопления: 3 схемы и 5 советов новичку

Солнечные батареи: принцип работы панелей и дополнительного оборудования

Лучи света можно представить в виде потока крохотных частичек — фотонов. Солнечные батареи ловят их и преобразуют в поток электронов. Каждая ячейка генерирует несколько ватт электроэнергии. Этого недостаточно даже для питания обычной комнатной лампочки. Однако в солнечной панели несколько десятков СЭ, поэтому их общей мощности может хватить на освещение всего дома. А если на крыше установлено несколько панелей, то вполне реально смотреть телевизор, греть воду бойлером и т.д., пользуясь обычными розетками с напряжением 220 В. Таким образом, основной принцип работы автономной солнечной батареи заключается в объединении мощностей СЭ. 

Автономность — это, конечно, прекрасно, но у фотоэлектрических панелей есть один очень важный минус — зависимость от погоды. Украина — не пустыня Сахара, у нас хватает пасмурных дней, поэтому солнечные батареи обычно устанавливают в качестве альтернативного источника энергии или там, где нельзя подключиться к централизованной электросети.

Еще один нюанс заключается в том, что электроэнергию мы расходуем в основном вечером. Люди приходят с работы, готовят еду, включают телевизоры и прочие электроприборы. А в это время солнце уже садится, или на улице темно. Получается, что имеет смысл днем запасаться солнечной энергией, а вечером доставать ее из заначки. Для этого устанавливают аккумуляторы. Если же домашнюю электростанцию установили в электрифицированном доме, то без них можно обойтись. Существует 3 основных разновидности станций: автономные, сетевые и гибридные.

Экономим топливо: Как сэкономить на бензине: 5 рабочих советов

Автономные станции 

К этой категории относится не только оборудование для дач и лесных домиков, расположенных вдали от линий электропередач: существуют и мини-станции для туристов. Мощность моделей для переноски — 20-200 Вт, для перевозки на авто — 200-900 Вт.

Что касается автономной станции для жилого строения, то она включает:

• набор фотоэлектрических панелей;
• инвертор для получения переменного тока из постоянного;
• аккумуляторные батареи;
• контроллер заряда АКБ;
• кабели, переходники, крепеж и прочую периферию, необходимую для монтажа.

Мощность автономных электростанций — 1-10 кВт. Даже одно киловатта хватит для круглосуточной работы холодильника.

Переносные батареи: 3 преимущества и особенности солнечных панелей Neo Tools

Сетевые станции 

В этом случае дом запитан от централизованной электросети, поэтому можно пользоваться электроприборами в любую погоду, не задумываясь, сколько ватт им нужно.

Сетевая электростанция состоит из:

• солнечных батарей,
• сетевого инвертора,
• двунаправленного счетчика,
• периферии.

Двунаправленный счетчик дает возможность владельцу дома продавать летом излишки электроэнергии по зеленому тарифу. Такие станции обходятся дешевле, поскольку не нужно покупать и через несколько лет менять аккумуляторы.

Определяемся с обогревом: Что лучше: конвектор или керамический обогреватель: сравнение по 4 параметрам

Гибридные станции 

Такой вариант самый функциональный, но требует значительных финансовых вложений. В комплект оборудования входят аккумуляторы, солнечные батареи и гибридный инвертор. Преимущества:

1. Впечатляющая экономия электроэнергии, поставляемой централизованным способом.
2. Возможность полностью автономной работы при отключении централизованного электричества.
3. Автоматическое переключение между режимами функционирования.
4. Возможность сливать часть электричества в центральную сеть при избыточной генерации.

При проектировании солнечной электростанции важно, чтобы оборудование соответствовало прогнозируемому энергопотреблению и было примерно одинаковой мощности.

Как работают солнечные батареи зимой 

Фотоэлектрические панели наиболее эффективны летом, поскольку это время года радует длинными днями. Зимой солнечные батареи работают хуже, так как дни короче. Кроме того, фотоэлементы периодически покрываются снегом, может образовываться наледь. В таких условиях обеспечить дом чистой энергией вряд ли получится. Если нет возможности получать электричество от централизованной электросети, имеет смысл подумать о покупке генератора, работающего на бензине или солярке. Бензогенератор от погоды не зависит, разве что привести его в рабочее состояние в холод бывает сложнее.

Чистка солнечной батареи — занятие несложное. Потребуется щетка с ручкой длиной 2-4 метра. Убирать всю наледь необязательно. Если смахнете основную массу снега, оставив тонкие полоски, — ничего страшного: в солнечные день панели оттают до конца без вашей помощи.

Если дом подключен к электросети, то чистка панелей — сомнительное занятие, поскольку зима — не лучшее время для генерации электроэнергии. Возможно, в этот период имеет смысл ограничиться централизованно поставляемой энергией.

В заключение о том, как работают гибкие солнечные панели. Принцип функционирования у них такой же, как и у рамочных. Преимущества гибких батарей: малый вес и возможность крепления на криволинейные поверхности. Полоски фотоэлементов даже клеят на жалюзи. Недостаток — меньше мощность на единицу площади.

Можно купить гибкие панели размером с окно. Мастеровитые украинцы устанавливают их на балконах квартир. Эта тенденция актуальна для регионов, в которых ведутся боевые действия. Желательно клеить панели с внешней стороны, так больше электричества поступает в квартиру. Для обустройства квартирных электростанций закупают примерно такое же оборудование, как и для автономных, только меньшей мощности. Такие станции довольно слабые, но на подзарядку смартфонов и освещение их хватает.

Обогрев для бизнеса: Тепловентилятор или тепловая завеса: 5 весомых аргументов «за» и «против»