Як працюють сонячні батареї, їхня актуальність в Україні у 2023 році

Про те, що світло можна перетворити на електрику, відомо з середини XIX століття, але по-справжньому перейти від теорії до практики вчені змогли лише через 100 років, коли вдалося створити першу фотоелектричну кремнієву панель.

Сучасні сонячні батареї працюють як годинник, забезпечуючи зарядку гаджетів, освітлюючи будинки, підживлюючі побутову техніку та транспортні засоби.

Як влаштовано сонячну панель

Незалежно від нюансів конструкції, фотоелектричні модулі складаються із сонячних елементів. З них і почнемо розгляд пристрою панелей.

Стежте за погодою: Найкращий додаток погоди для Андроїд — огляд 10 продуктів

Сонячні елементи (СЕ)

В основі СЕ — два шари кремнію або іншого напівпровідника — матеріалу, який стає провідником струму за певних умов. Один шар негативний, другий — позитивний. При попаданні світла на фотоелементи відбувається перетікання електронів, і виробляється електричний струм.

Більшість вироблених кремнієвих СЕ — монокристалічні та полікристалічні. Перші найбільш ефективні, але коштують приблизно на 10% дорожче за другі. Монокристалічні на вигляд відрізняються від полікристалічних зрізаними кутами.

На панелях з моноелементів на перетинах квадратних осередків видно невеликі ромбики. Фотомодулі з поліелементів складаються з прямокутних осередків, розділених тонкими смужками.

Весь час ведуться наукові розробки щодо підвищення ефективності СЕ. Однак ККД промислових зразків поки що в районі 10-20%. До способів підвищення ефективності належить поступовий перехід на більші розміри осередків. Виглядає це так:

Тут варто відзначити два моменти:

• Зі збільшенням розміру СЕ потрібно більше місця для розміщення панелі з такою ж кількістю осередків.
• Осередки зі сторонами 156 мм, як і раніше, активно виробляють. Цей формат не можна назвати безнадійно застарілим.

Готуємось до зими: Як вибрати газовий котел: 5 порад

Сонячні панелі

Модуль кристалічних осередків є сендвіч, в якому СЕ знаходяться всередині, а зверху і знизу розташовані захисні шари:

• скло,
• герметувальний прошарок,
• сонячні елементи,
• герметувальний прошарок,
• скло або захисна плівка.

Фотоелектричні осередки захищені з обох боків. Зверху вони закриті від дощу, також є покриття, що зменшує відбиття сонячних променів. Загальна герметизація потрібна, щоб запобігти окисленню внутрішніх елементів. Що ж до принципу роботи сонячної панелі, він тотожний порядку функціонування СЕ. Просто відбувається складання потужностей фотоелементів.

Пластини для установки на дах зазвичай корпусні, йдуть в алюмінієвій окантовці, що забезпечує жорсткість конструкції. Батареї об'єднують у масиви послідовним чи паралельним способом.

Від розмірів панелі залежить її потужність:

Панелі відомих брендів роблять на заводах з повною автоматизацією. Бажано при покупці орієнтуватися саме на таку продукцію, оскільки дрібні виробники не мають коштів на роботизацію, а ручна праця часом стає причиною помилок.

Модернізуємо опалення: Як приєднати батарею опалення: 3 схеми та 5 порад новачку

Сонячні батареї: принцип роботи панелей та додаткового обладнання

Промені світла можна уявити у вигляді потоку крихітних частинок — фотонів. Сонячні батареї ловлять їх і перетворюють на потік електронів. Кожен осередок генерує кілька ватів електроенергії. Цього недостатньо навіть для живлення звичайної кімнатної лампочки. Однак у сонячній панелі кілька десятків СЕ, тому їхньої загальної потужності може вистачити на освітлення всього будинку. А якщо на даху встановлено кілька панелей, то цілком реально дивитися телевізор, гріти воду бойлером тощо, користуючись звичайними розетками з напругою 220 В. Таким чином, основний принцип роботи автономної сонячної батареї полягає в поєднанні потужностей СЕ.

Автономність — це, звичайно, чудово, але фотоелектричні панелі мають один дуже важливий мінус — залежність від погоди. Україна — не пустеля Сахара, у нас вистачає похмурих днів, тому сонячні батареї зазвичай встановлюють як альтернативне джерело енергії або там, де не можна під’єднатися до централізованої електромережі.

Ще один аспект полягає в тому, що електроенергію ми витрачаємо в основному ввечері. Люди приходять з роботи, готують їжу, включають телевізори та інші електроприлади. А в цей час сонце вже сідає, або на вулиці темно. Виходить, що має сенс вдень запасатися сонячною енергією, а ввечері діставати її із заначки. Для цього встановлюють акумулятори. Якщо ж домашню електростанцію встановили в електрифікованому будинку, без них можна обійтися. Існує 3 основні різновиди станцій: автономні, мережеві та гібридні.

Економимо паливо: Як заощадити на бензині: 5 робочих порад

Автономні станції

До цієї категорії належить не тільки обладнання для дач та лісових будиночків, розташованих далеко від ліній електропередач: існують і міністанції для туристів. Потужність моделей для перенесення — 20-200 Вт, для перевезення на авто — 200-900 Вт.

Щодо автономної станції для житлової будівлі, то вона включає:

• набір фотоелектричних панелей;
• інвертор для отримання змінного струму з постійного;
• акумуляторні батареї;
• контролер заряду АКБ;
• кабелі, перехідники, кріплення та іншу периферію, необхідну для монтажу.

Потужність автономних електростанцій — 1-10 кВт. Навіть одного кіловата вистачить для цілодобової роботи холодильника.

Переносні батареї: 3 переваги та особливості сонячних панелей Neo Tools

Мережеві станції

У цьому випадку будинок живиться від централізованої електромережі, тому можна користуватися електроприладами в будь-яку погоду, не замислюючись, скільки ват їм потрібно.

Мережева електростанція складається з:

• сонячних батарей,
• мережевого інвертора,
• двонапрямного лічильника,
• периферії.

Двонапрямний лічильник дає можливість власнику будинку продавати влітку надлишки електроенергії за зеленим тарифом. Такі станції обходяться дешевше, оскільки не потрібно купувати та за кілька років міняти акумулятори.

Визначаємось з підігрівом: Що краще: конвектор або керамічний обігрівач: порівняння за 4 параметрами

Гібридні станції

Такий варіант найфункціональніший, але потребує значних фінансових вкладень. У комплект обладнання входять акумулятори, сонячні батареї та гібридний інвертор. Переваги:

1. Виняткова економія електроенергії, що постачається централізованим способом.
2. Можливість повністю автономної роботи за відключення централізованої електрики.
3. Автоматичне перемикання між режимами функціонування.
4. Можливість зливати частину електрики у центральну мережу при надмірній генерації.

При проєктуванні сонячної електростанції важливо, щоб обладнання відповідало прогнозованому енергоспоживанню та було приблизно однаковою потужністю.

Як працюють сонячні батареї взимку

Фотоелектричні панелі найбільш ефективні влітку, оскільки ця пора року радує довгими днями. Взимку сонячні батареї працюють гірше, тому що дні коротші. Крім того, фотоелементи періодично покриваються снігом, можливе утворювання льоду. У таких умовах забезпечити будинок чистою енергією навряд чи вдасться. Якщо немає можливості отримувати електрику від централізованої електромережі, варто подумати про купівлю генератора, що працює на бензині або солярці. Бензогенератор від погоди не залежить, хіба що привести його до робочого стану в холод буває складніше.

Чищення сонячної батареї — заняття нескладне. Потрібна щітка з ручкою довжиною 2-4 метри. Прибирати всю кригу необов'язково. Якщо змахнете основну масу снігу, залишивши тонкі смужки, нічого страшного: у сонячний день панелі відтануть до кінця без вашої допомоги.

Якщо будинок підключений до електромережі, то чищення панелей — сумнівне заняття, оскільки зима — не найкращий час для генерації електроенергії. Можливо, у цей період має сенс обмежитися енергією, що поставляється централізовано.

Насамкінець про те, як працюють гнучкі сонячні панелі. Принцип функціонування у них такий самий, як і у рамкових. Переваги гнучких батарей: мала вага та можливість кріплення на криволінійні поверхні. Смужки фотоелементів навіть клеять на жалюзі. Недолік — менша потужність на одиницю площі.

Можна придбати гнучкі панелі розміром з вікно. Майстерні українці встановлюють їх на балконах квартир. Ця тенденція актуальна для регіонів, де ведуться бойові дії. Бажано клеїти панелі із зовнішнього боку, так більше електрики надходить у квартиру. Для облаштування квартирних електростанцій закуповують приблизно таке ж обладнання, як і для автономних лише меншої потужності. Такі станції досить слабкі, але на підзарядку смартфонів та освітлення їх вистачає.

Обігрів для бізнесу: Тепловентилятор або теплова завіса: 5 вагомих аргументів «за» та «проти»