Гибкие солнечные батареи: обзор типовых конструкций, их характеристик и особенностей подключения

Строение и принципы работы гибких панелей

Принцип работы гибких солнечных панелей заложен в таком понятии, как фотовольтаика. Суть ее заключается в том, что солнечный свет распознается как волна и как поток фотонов и в дальнейшем преобразовании его в энергию. От этого и пошло такое название. Ток вырабатывается при помощи 2-х типов материалов, которые заложены в фотоэлемент модуля в виде слоев. Один полупроводник направлен на создание свободных электронов n-типа, а второй p-типа. В результате хаотичного движения и особого строения атомов они образуют энергию, которая далее перерабатывается в привычное для всех электричество с напряжением 220В.

Сегодня инженеры пытаются не только найти идеальную формулу производства солнечных батарей – с низкой себестоимостью и высоким уровнем эффективности, но и сделать солнечные панели максимально удобными для эксплуатации. Одним из таких решений стало облегчение конструкции, поэтому на смену пришли гибкие модули.

Принцип работы шибких солнечных панелей

Гибкие панели с каждым днем набирают популярность. Они отличаются не только ценой, но и принципом работы:

• Сначала солнечный свет попадает на поверхность фотопленки со стороны того материала, где находятся электроны n-типа.
• Фотоны соединяются с атомами полупроводника и выводят лишние электроны.
• Оставшиеся свободные частицы направляются к слою р-типа и соединяются с теми атомами, где недостает р-частиц.
• Как результат, возникает напряжение, где верхний слой – это катод, а нижний – это анод.

Заряженные частицы попадают в аккумулятор, где они сохраняются и накапливаются, а после переходят в инвертор, который при определенном объеме накопленных электронов выдает ток с напряжением 220В.

Полупроводником могут выступать кремний, селен, галлий и прочие. Главным отличием гибкого модуля является его сверхтонкое напыление с алюминиевыми проводниками, что делает панели легкими и удобными в эксплуатации, а также размещении. Сейчас от тяжелых и громоздких батарей потребители все чаще стали отказываться в пользу гибких панелей.

Повышение производительности батарей из органических материалов

Пока рулонные органические солнечные батареи проигрывают «классике» в уровне эффективности. Для изменения данной тенденции инженеры находят разные способы, из которых более прочих распространены два.

Способ №1 – Тандемные ячейки

Одной из проблем «солнечной» органики являются слабые молекулярные связи. Решение ученые нашли в создании тандемных ячеек, каждый слой которых состоит из органических материалов разного типа и поглощает различные длины волн. 

Лидером разработок этого направления является китайский физик Чен Йонг Шен и его группа. По утверждению профессора, производительность фотоэлектрических элементов этого класса уже через 3-4 года может вырасти на 30-40%.

Способ №2 – солнечные батареи на органических красителях из бактерий с измененной ДНК

Первыми применять бактерии с модифицированным геномом начали канадцы. С 2018 года они экспериментируют с микроорганизмами вида E.coli, известными своей способностью производить ликопин.

Биохимики из университета Торонто смогли внедрить бактерии в минеральный порошок с полупроводниковыми свойствами. При помещении на подложку такие «биогенные» элементы начали давать ток за счет своей жизнедеятельности. 

Рекорд КПД нынешней фото органики составляет 25% – причем при сверхслабой освещенности всего 220 люкс (аналог довольно темной комнаты). Разработчики новинки – CEA (Франция) и Toyobo Co., Ltd (Япония).

Устройство гелиобатареи

С каждым годом оборудование для преобразования солнечной энергии в электрическую становится всё доступнее и дешевле. Сегодня существуют не только стационарные панели для обеспечения электроэнергией домов и хозяйственных построек, но и портативные. Они используются туристами для зарядки телефонов, фонариков и других устройств. Солнечные панели устанавливают на электрические автомобили. Также они используются на космических спутниках. Из таких батарей даже начали строить полномасштабные электростанции.Это интересно: как изготовить солнечный коллектор для дома своими руками. Строение солнечной батареи подразумевает блок, состоящий из какого-либо количества модулей — полупроводниковых фотоэлементов, соединённых между собой последовательно. Чтобы выяснить принцип работы солнечных панелей, нужно понять действие конечного элемента всего устройства.

Фотоэлемент состоит из двух слоёв кремния, каждый из которых имеет различные физические свойства. Во время попадания солнечных лучей на фотоэлемент между двумя слоями появляется вентильная фото-ЭДС. Из-за этого появляется разность потенциалов и возникает электрический ток. Различаются солнечные батареи по принципу производства на:

• поликристаллические;
• монокристаллические.

У монокристаллических моделей КПД больше, но и стоимость их производства выше по сравнению с поликристаллическими устройствами. Оба вида отличаются между собой по внешним признакам. Монокристаллы имеют однородную структуру. Они представляют собой квадраты, имеющие срезанные углы. У поликристаллов правильная квадратная форма.

Солнечные батареи – удовольствие не из дешевых, однако в будущем они помогут сэкономить вам деньги

Поликристаллические фотоэлементы производят методом плавного остывания расплавленного кремния. Это довольно простая технология, поэтому себестоимость такого материала относительно низкая. Но КПД поликристаллов составляет не больше 15%. Кремниевые пластины, произведённые по такой технологии, получаются неоднородной структуры и с примесями.

Сравнение основных характеристик монокристаллических и поликристаллических элементов

Каждая из систем имеет свои плюсы и минусы. Как определить, что предпочтительнее, моно- или поликристаллы? Предлагаем вашему вниманию сравнительную таблицу, в которой рассмотрены ключевые характеристики каждого из вариантов:

Параметр	Монокристаллы	Поликристаллы	Вывод
Температурный коэффициент	0,45 %	0,45 %	Снижение мощности в системах обоих типов происходит практически одинаково
Скорость деградации	На 3 % в первый год эксплуатации, в последующие — на 0,71 %.	На 2 % в первый год эксплуатации, на 0,67 % в последующие годы.	Разница несущественна, поэтому ею можно пренебречь.
Цена	Высокая стоимость, обусловлена сложностью производства.	На 10-15 % дешевле, чем монокристаллические элементы.	Для многих цена оказывается решающим доводом в пользу поликристаллических панелей.
Фоточувствительность (при уровне освещенности 600 Вт/м 2	При одинаковой мощности модулей разница не превышает 10 %.	По сути этим показателем можно пренебречь.
Годовая выработка	По данным лаборатории PHOTON она незначительно выше (не более 2 %) у монокристаллов. Однако более подробные исследования показали, что имеет значение не только тип панели, но и бренд.	Важнее свойства конкретной солнечной батареи — именно они являются ключевым критерием выбора.

При выборе солнечных панелей необходимо обращать внимание не только на тип фотоэлементов, но и на другие критерии: соотношение цены и эффективности, заявленный ресурс (гарантийный срок), напряжение при максимальной мощности, комплектацию

Многопереходные солнечные элементы

В большинстве производимых в настоящее время солнечных элементах реализован один p-n-переход. То есть свободные электроны в таком элементе создают только те фотоны, которые обладают энергией больше или равной ширине запрещенной зоны. Чтобы преодолеть это ограничение учеными был разработан новый вид солнечных элементов, получивших название каскадные элементы. Они имеют многослойную структуру, состоящую из солнечных элементов, ширина запрещенной зоны которых различна.

Самые перспективные гибкие солнечные батареи, изготовленные с использованием каскадных элементов, имеют 3 p-n-перехода. Верхний слой формируют из сплава на основе a-Si:H, для второго используют сплав a-SiGe:H, содержащий 10-15% германия, для третьего слоя процентное содержание германия в сплаве увеличивают до 40-50%. С каждым последующим слоем ширина запрещенной зоны уменьшается, поэтому каждый следующий слой поглощает те фотоны, которые прошли через предыдущий. В таблице ниже представлены значения КПД каскадных СЭ. Стоит отметить, что столь высокие показатели КПД позволяют уменьшить стоимость получаемой солнечной энергии почти в 2 раза в сравнении с солнечными батареями на основе кристаллического кремния.

Теоретическое значение КПД	Ожидаемое значение КПД	Реализованное значение КПД
1 p-n-переход	30	27	25,1
2 p-n-перехода	36	33	30,3
3 p-n-перехода	42	38	31,0
4 p-n-перехода	47	42	—
5 p-n-переходов	49	44	—

Этапы монтажа

Разумеется, это условные цифры: в реальности существует множество поправок в расчетах. Конечно, больше всего солнечных батарей производится в Китае.

Аморфные батареи пока еще экзотика с точки зрения стоимости. Подключение солнечных батарей к сети Предварительно между всеми элементами системы необходимо установить предохранители.

Вы можете корректировать наклон батарей четыре раза: в середине апреля, в конце августа, в первых числах августа и марта. Основные требования при задействовании контроллера — мощность подключаемых панелей свыше 1 кВт и удаленность между батареями на достаточно большое расстояние Решить вопрос можно и путем установки отсекающих диодов.

Аккумулятор — химический источник тока, который накапливает сгенерированную электроэнергию. Для начала нужно проанализировать, сколько киловатт нужно получить из системы в день. Инструменты, которые понадобятся для сборки: напильник; ножовка по металлу с полотном 18; дрель, сверла на 5 и 6 мм; ключи рожковые; Этапы сборки Сборка состоит из нескольких этапов: Для начала нужно определиться с размерами рамы каркаса.

Новости и информация

Сегодня, установка солнечных батарей в индивидуальном порядке стала привычным делом. Если планируется использовать одну солнечную панель, то здесь всё понятно. Электроприборы в автономном режиме работают тем дольше, чем большую емкость имеет аккумулятор. Батарею можно разместить на крыше балкона или лоджии, в случае если это верхний этаж частного дома или квартира находится на последнем этаже.

Выбирая такой способ генерации энергии в сеть, будьте готовы к тому, что придется оформлять разрешение в местных энергосетях. Панели подсоединяются к прибору, контролирующему уровень запасенного электричества, называемому контроллером, соединенным с АКБ. Можно считать это предрассудком, поскольку надежность современных солнечных систем достаточно высокая. Видео: Как подключить солнечную батарею к аккумулятору На картинке ниже представлен комплект электростанции, состоящий из таких устройств: Поглощающих естественный свет элементов, которые преобразуют его в электрическую энергию, то есть солнечные батареи. Схема подключения Схема подключения СП.

Особенности и виды

Перед тем, как установить солнечные батареи, необходимо рассчитать емкость аккумуляторов. Основные требования при задействовании контроллера — мощность подключаемых панелей свыше 1 кВт и удаленность между батареями на достаточно большое расстояние Решить вопрос можно и путем установки отсекающих диодов. Это требуется для упрощения очистки панелей от следов атмосферных осадков, существенно понижающих эффективность функционирования батарей. А от них — к инвертору. Осуществить такое соединение достаточно просто, однако на выходе получится 24 В.

Поэтому фотоэлементы лучше покупать готовые

Примите во внимание: если не оставить зазор между крышей и панелями для циркуляции воздуха, модули будут перегреваться и выгорать. Для подключения используйте провода с сечением соответствующим мощности контроллера

При подключении солнечных батарей к сети схему лучше выбрать смешанную, так как она оптимальна.
Расключная коробка для солнечных батарей

Инструкция по изготовлению и сборке своими руками

Алгоритм действий:

• расчет параметров электрической системы питания;
• создание проекта;
• приобретение комплектующих деталей;
• изготовление несущей конструкции из фанеры, ДВП, деревянных реек;
• закрепление фотоэлементов, пайка проводников;
• установка защитной крышки из оргстекла;
• фиксация собранных панелей на опорной поверхности;
• подсоединение инвертора, АКБ, других функциональных блоков;
• проверка мощности генерации, иных параметров оборудования.

Рекомендуется изучить варианты подключения функциональных компонентов системы, чтобы обеспечивать выбор подходящей схемы.

Расчеты перед покупкой

Чтобы подобрать комплект с подходящими показателями, нужно в первую очередь рассчитать мощность. Она зависит от энергонагрузки, чем этот показатель выше, тем производительнее потребуются батареи. Для частных домов лучше всего подойдут панели мощностью от 150 до 250 Вт, в то время как для дачного дома достаточно вариантов на 50 Вт.

В первую очередь следует рассчитать базовое потребление энергии, для этого нужно учесть каждый используемый прибор и среднее время его работы в течение суток. Далее надо просто сложить все показатели и получится расчетная нагрузка в киловатт-часах.

Это минимальный показатель, на который нужно ориентироваться. При этом требуется делать определенный запас и учитывать потери энергии, которые происходят в сети, а также что заряд аккумуляторов постепенно падает. Обычно делается запас порядка 30%, но лучше сделать его больше.

Пример системы с восемью аккумуляторами.

Чтобы существенно понизить расход электричества и не приобретать мощное оборудование, которое намного дороже, стоит перевести часть потребителей энергии на напряжение 12 В. Можно поставить светодиодные лампы и приобрести часть бытовой техники под такие характеристики. Это существенно снизит энергопотребление и позволит сэкономить на солнечных батареях.

Обязательно учесть инсоляцию — показатель, отражающий количество солнечной энергии, приходящейся на определенную площадь. Используйте схему с готовыми данными, чтобы рассчитать количество панелей для своего региона. Учитывайте что максимум приходится на лето, а минимум на зиму, не стоит упускать этот момент.

Инсоляция зависит от региона.

Когда на руках есть все данные, можно провести расчеты, за основу брать месяцы с минимальной инсоляцией и ориентироваться на них. В эти периоды система будет работать почти на полную мощность, в остальное время с запасом, что позволит исключить перегрузки и быстрый износ из-за повышенных нагрузок.

Критерии выбора солнечных батарей

Для того чтобы понять, как правильно выбрать солнечные панели для дома, дачи или другого объекта, вам нужно четко сформулировать задачу, которую собираетесь решить с помощью такой установки

Важно, чтобы по своей энергоотдаче солнечная батарея покрывала потребности объекта в выработке электроэнергии. Задайте себе вопрос, в вашем случае нужна большая солнечная электростанция или достаточно портативных солнечных батарей и как их выбрать? Необходимо учесть также тип и месторасположение объекта, для которого будете использовать солнечные панели

Приобретая гелиопанель, подсчитайте заранее номинальную мощность всех электроприборов, которые планируется питать от этого источника энергии, определитесь с местом установки самой панели и ее допустимыми габаритными размерами.

При выборе солнечных панелей учитывайте следующие критерии.

Мощность

Это один из важнейших показателей эффективности работы солнечной батареи, влияющий на выбор того или иного устройства
При этом важно обращать внимание на такой параметр, как допустимая погрешность номинальной мощности. Эта величина показывает, насколько реальное значение мощности может отклоняться от указанных значений в техпаспорте устройства, что влияет на конечную производительность панели.

Размеры панели
Во многом зависят от того, какой объект нужно обеспечить электроэнергией

Как выбрать солнечные панели для дачи – это один вопрос, совсем другой вопрос, как подобрать солнечные панели для дома, а если речь идет о промышленном или сельскохозяйственном объекте – это вообще отдельная задача, решать которую надо со специалистами. В любом случае, размеры солнечной батареи напрямую связаны с мощностью устройства – чем больше мощность, тем больше размеры солнечной батареи. К примеру, панель мощностью 300 Вт имеет гораздо большие размеры, чем панель на 100 Вт – это обязательно надо учитывать. Поэтому при выборе панели определенной мощности важно заранее понимать размеры места, где она будет монтироваться – чтобы его было достаточно или была возможность его расширить при необходимости.

Тип солнечной панели. Тоже связан с особенностями работы панели и влияет на ее габаритные размеры. Существует несколько типов панелей: поликристаллические, монокристаллические, тонкопленочные. Что выбрать – зависит от того, где и как вы планируете использовать солнечную панель. Например, выбирать для частного дома нужно один тип солнечных батарей, для предприятий или объектов общественного использования – другой.

Коэффициент полезного действия (КПД) или эффективность работы ФЭП (фотоэлементов). Показывает, какое количество в целом поступившей солнечной энергии на плоскость панели затем преобразуется в электрический ток. КПД отчасти зависит от типа панели, хотя между моно- и поликристаллическими панелями разница в КПД небольшая. Существенное значение этот показатель будет иметь в том случае, когда площадь для установки панели ограничена. В таком случае, выбрав солнечные батареи с более высоким КПД, можно уменьшить площадь их установки.

Цена. Самыми недорогими и доступными по стоимости считаются тонкопленочные модели панелей. Однако по продуктивности они существенно уступают другим видам панелей и при гораздо большей площади генерируют меньшее количество энергии. Наиболее эффективными и самыми компактными по размерам признаны монокристаллические солнечные панели, но они являются и самыми дорогими. Их однозначно рекомендуют выбирать в случае, когда бюджет не ограничен. Поликристаллические панели на сегодняшний день считаются наиболее оптимальным выбором по сочетанию цены, параметров и результативности. Они лучше работают в пасмурную погоду, им присуща неплохая производительность, гармоничная комбинация эффективности и экономичности.

Идеи из подручных материалов

Можно сделать солнечную батарею своими руками из подручных материалов. Рассмотрим самые популярные варианты.

Солнечная батарея из фольги

Многие удивятся, узнав, что фольгу можно применять для изготовления солнечной батареи своими руками. На самом деле, в этом нет ничего удивительного, ведь фольга увеличивает отражающие способности материалов. Например, для уменьшения перегрева панелей, их кладут на фольгу.

Как сделать солнечную батарею из фольги?

Нам понадобится:

• 2 «крокодильчика»;
• медная фольга;
• мультиметр;
• соль;
• пустая пластиковая бутылка без горлышка;
• электрическая печь;
• дрель.

Очистив медный лист и вымыв руки, отрезаем кусок фольги, кладем его на раскаленную электроплиту, нагреваем полчаса, наблюдая почернение, затем убираем фольгу с плиты, даем остыть и видим, как от листа отслаиваются куски. После нагревания оксидная пленка пропадает, поэтому черный оксид можно аккуратно удалить водой.

Затем вырезается второй кусок фольги такого же размера, как и первый, две части сгибаются, опускаются в бутылку так, чтобы у них не было возможности соприкоснуться.

Далее «крокодильчики» прицепляются к панели, провод от ненагретой фольги — к плюсу, от нагретой — к минусу, соль растворяют в воде и выливают раствор в бутылку. Батарея готова.

Также фольгу можно применять для подогрева. Для этого ее необходимо натянуть на раму, к которой затем нужно подсоединить шланги, подведенные, например, к лейке с водой.

Вот мы и узнали, как самому сделать солнечную батарею для дома из фольги.

Солнечная батарея из транзисторов

У многих дома завалялись старые транзисторы, но не все знают, что они вполне подойдут для изготовления солнечной батареи для дачи своими руками. Фотоэлементом в таком случае является полупроводниковая пластина, находящаяся внутри транзистора. Как же изготовить солнечную батарею из транзисторов своими руками? Сначала необходимо вскрыть транзистор, для чего достаточно срезать крышку, так мы сможем разглядеть пластину: она небольших размеров, чем и объясняется низкий КПД солнечных батарей из транзисторов.

Далее нужно проверить транзистор. Для этого используем мультиметр: подключаем прибор к транзистору с хорошо освещенным p-n переходом и замеряем ток, мультиметр должен зафиксировать ток от нескольких долей миллиампера до 1 или чуть больше; далее переключаем прибор в режим измерения напряжения, мультиметр должен выдать десятые доли вольта.

Прошедшие проверку транзисторы размещаем внутри корпуса, например, листового пластика и спаиваем. Можно изготовить такую солнечную батарею своими руками в домашних условиях и использовать ее для зарядки аккумуляторов и радиоприемников маленькой мощности.

Солнечная батарея из диодов

Также подходят для сборки батарей старые диоды. Сделать солнечную батарею своими руками из диодов совсем несложно. Нужно вскрыть диод, оголив кристалл, являющийся фотоэлементом, затем нагревать диод 20 секунд на газовой плите, и, когда припой расплавится, извлечь кристалл. Остается припаять вытащенные кристаллы к корпусу.

Мощность таких батарей невелика, но для электропитания небольших светодиодов ее достаточно.

Солнечная батарея из пивных банок

Такой вариант изготовления солнечной батареи своими руками из подручных средств большинству покажется очень странным, но сделать солнечную батарею своими руками из пивных банок просто и дешево.

Корпус сделаем из фанеры, на которую поместим поликарбонат или оргстекло, на задней поверхности фанеры зафиксируем пенопласт или стекловату для изоляции. Фотоэлементами нам послужат алюминиевые банки

Важно выбрать именно банки из алюминия, так как алюминий менее подвержен коррозии, чем, например, железо и обладает лучшим теплообменом

Далее в нижней части банок проделываются отверстия, крышка срезается, и ненужные элементы загибаются для обеспечения лучшей циркуляции воздуха. Затем необходимо очистить банки от жира и грязи с помощью специальных средств, не содержащих кислоты. Далее необходимо герметично скрепить банки между собой: силиконовым гелем, выдерживающим высокие температуры, или паяльником. Обязательно нужно очень хорошо просушить склеенные банки в неподвижном положении.

Прикрепив банки к корпусу, окрашиваем их в черный цвет и закрываем конструкцию оргстеклом или поликарбонатом. Такая батарея способна нагревать воду или воздух с последующей подачей в помещение.

Мы рассмотрели варианты того, как сделать солнечную панель своими руками. Надеемся, что теперь у вас не возникнет вопроса, как сделать солнечную батарею.

Типы фотоэлектрических преобразователей

В промышленности существует классификация солнечных батарей по типу устройства и применяемого фотоэлектрического слоя.

По устройству делятся на:

• панели из гибких элементов, они же гибкие;
• панели из жестких элементов.

При развертывании панелей чаще всего используются гибкие тонкоплёночные. Они укладываются на поверхность, игнорируя некоторые неровные элементы, что делает данный тип устройства — более универсальным.

По типу фотоэлектрического слоя для последующего преобразования энергии панели делятся на:

1. Кремниевые (монокристалл, поликристалл, аморфные).
2. Теллурий–кадмиевые.
3. Полимерные.
4. Органические.
5. Арсенида–галлиевые.
6. Селенид индия– меди– галлиевые.

Хотя разновидностей множество, львиную долю в потребительском обороте имеют кремниевые и теллурий–кадмиевые солнечные панели. Эти два типа выбирают из–за соотношения кпд/цена.

Комментарии:

Megavolt

Читал, что выпустили солнечные батареи в виде конуса круглого, типа они вырабатывают на 20% больше обычных батарей. Кто-то знает об этой технологии?

Электрик

Megavolt, давай посчитаем ))) КПД пленочных батарей (а именно их сворачивают в конус) = 10%. Прибавляем к ним 20% от 10% и получаем целых 12% при увеличении стоимости как минимум втрое! Прорыв в экономии!

Семен

Электрик, я тоже смотрел этот сюжет. Мне сразу показалось подозрительным, что весь научный прорыв заключался в том, что батареям придали какую-то форму. Как будто никто до этого не догадался, что солнце не на месте стоит… Как всегда — теории заговора и сговора.

Оставить комментарий Отменить ответ

Выгодно ли покупать комплектом солнечные батареи для дачи

Окупаются ли солнечные батареи для частного дома

Виды садовых светильников и фонарей на солнечных батареях, как и где использовать.

Бестопливный генератор — способ заработать на безграмотности

Как выполнятся монтаж

Выбирают место, где будут фиксироваться панели. Оценивают факторы:

• тень: следует найти наиболее ярко освещаемый на протяжении всего дня участок;
• ориентация по сторонам света: если объект расположен на севере, модуль располагают лицевой панелью к югу и, наоборот;
• угол наклона: он должен соответствовать широте, в которой находится объект (в зависимости от положения относительно экватора осуществляется коррекция 12°).

Монтаж солнечных панелей

Крепить панели можно на крыше дома или при помощи специальных ферм. В первом случае достаточно зафиксировать профили. К ним уже крепят модули при помощи болтового соединения. Когда же солнечные батареи монтируются на специальных конструкциях (фермах), этапы работ будут отличаться:

1. Выполняется сборка профилей, уголков.
2. Подготавливают болты нужного размера, инструмент.
3. Фиксируют панели так, чтобы не было люфта между ними и опорной конструкцией.

Подключение электроники предполагает необходимость присоединения батареи посредством проводов. Соединяют контроллер, инвертор согласно схеме. На последнем этапе вся конструкция подключается к потребителю (обслуживаемому объекту).

Конструкция и применение

По устройству все солнечные преобразователи разделяют на монокристаллические и поликристаллические. От конструктивного исполнения каждой панели зависит ее эффективность и стоимость. Мировые производители этих устройств используют в качестве рабочего тела кремний, теллурид кадмия и соединения на основе меди, индия, галлия, селена. Последними достижениями в этой области считаются батареи, рабочим материалом которых является арсенид галлия.

Отечественная промышленность для производства солнечных генераторов использует преимущественно кремниевые полупроводниковые пластины. Готовые модули, предназначенные для выработки электрического тока, объединяют своей конструкцией набор ячеек. Плоские панели устанавливают на специальные стеллажи с поворотными устройствами, при помощи которых в течение дня устанавливается максимально возможный угол падения лучей солнца на полупроводник. Дешевым, но менее эффективным вариантом является использование неподвижных конструкций, настроенных на определенный постоянный угол.

Важным элементом любой солнечной сборки являются аккумуляторы, которые накапливают электрическую энергию для использования ее ночью или в мало освещенное время суток. Дальше она из аккумуляторов поступает непосредственно в нагрузку, либо сначала на инвертор 12(24)–220 В, а затем к потребителю, в зависимости от его типа.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Генерировать солнечную энергию выгодно там, где в году много ярких дней. Большинство регионов РФ малопригодны для использования только энергии солнца. Солнечные генераторы чаще применяются лишь как добавочные устройства энергоснабжения.

Устройство гибких солнечных панелей

Преобразование энергии солнца в электрическую люди изучили достаточно давно, но коммерческие образцы солнечных панелей появились на рынке только в последние годы. Ещё несколько десятилетий назад они использовались только в космонавтике или военной сфере. Сейчас выпущено множество устройств, которые функционируют от солнечной энергии. В качестве примера можно привести калькуляторы, аккумулятор для телефона с солнечной панелью, солнечная батарея для зарядки автомобильной АКБ, всевозможные водонагреватели и системы обогрева частных домов.

Самые первые солнечные батареи были тяжёлыми и крупногабаритными. Кроме того, у них был небольшой КПД. Но постепенно конструкция совершенствовалась, размеры уменьшались, а эффективность росла. Сейчас им уже не требуется максимальный солнечный свет для выработки электричества. Затем появились гибкие солнечные батареи, что стало существенным прорывом в области альтернативных источников энергии.

Гибкая панель – это полупроводниковый слой, который напылён на тонкую подложку. Современные образцы имеют толщину около 1 микрометра. При этом по производительности они примерно соответствуют обычным кристаллическим моделям. Первоначально такие батареи производились на базе аморфного кремния. Затем стали использовать:

• диселениды медь-индий, медь-галлий;
• теллуриды и сульфиды кадмия;
• полимерные соединения.

Чтобы увеличить эффективность гибких панелей производители используют многослойную конструкцию. В таких полупроводниковых модулях происходит отражение света и его преобразование происходит несколько раз. Современные технологии позволяют выпускать достаточно износостойкие и прочные панели, которые имеют малую толщину и все. Такие солнечные батареи можно складывать, сгибать, сворачивать. Естественно, что это нужно делать «без фанатизма». На грубую силу они не рассчитаны, но поход или туристическую поездку переносят без проблем.

Какие характерные особенности имеют гибкие солнечные модули? Можно назвать следующие:

• Есть возможность использования на криволинейной поверхности;
• Вырабатывают электричество даже в облачную погоду. То есть, имеют высокую общую выработку энергии;
• Эффективны в южных широтах;
• Высокий уровень оптического поглощения лучей солнца. То есть, более полное усвоение и переработка солнечной энергии;
• Хорошо работают в составе мощных гелиоустановок. По этой причине первоначально гибкие панели использовали на крупных гелиостанциях.

Стоит отметить и ещё один важный плюс гибких модулей. Они дешевле, чем кристаллические панели. Это положительно сказывается на конечной цене изделий из них. Не обходится и без недостатков. Гибкие батареи при одинаковой площади с кристаллическими моделями имеют в два большую площадь поверхности. А значит, занимают больше места при размещении.

Гибридная солнечная панель

Стоит отдельно сказать про такую разновидность солнечных панелей, как гибридные. Это название они получили за то, что умеют вырабатывать сразу два типа энергии, тепло и электричество.

Гибридные солнечные панели, ещё называемые PVT, являются соединением фотоэлектрической батареи и коллектора тепла. Этот симбиоз даёт возможность в 2 раза уменьшить площадь развёртывания системы из теплового коллектора и фотоэлектрических батарей на каком-нибудь здании.

Существенный плюс заключается в том, что гибридная панель имеет возможность отбирать избыточное тепло от фотоэлементов. Это обеспечивает теплоноситель в коллекторе. Именно нагрев фотоэлемента уменьшает эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую. В случае гибридной батареи эта проблема частично решается.

На практике гибридные панели пока не получили широкого распространения. В настоящий момент они успешно используются в роли тепловых насосов, нагрева воды в бассейне, аккумулирования тепла скважины и т. п.

https://youtube.com/watch?v=t5Os8yisXI0

Это интересно: Как правильно паять светодиодную ленту — разбираемся детально

Немного из истории технологии

Несмотря на то, что сейчас такие панели стоят недешево, себестоимость при их производстве невысока. Поэтому в ближайшее время есть шансы как снижения цены, так и выхода их в лидеры по сравнению с жесткими вариантами.

Тонкопленочные солнечные батареи легки, эластичны, их можно разместить везде, даже на одежде, если есть такая необходимость. Что касается полупроводников, входящих в состав их конструкции, они уже давно используются при производстве современных тонких и легких гаджетов — смартфонов, планшетов, ноутбуков. Чем больше энергии нужно, тем больше должна быть и площадь панели. Однако солнечная батарея, гибкая основа которой имеет очевидные преимущества перед жесткой, не займет много места.

Что касается коэффициента полезного действия, невзирая на его скромные показатели, он постоянно улучшается при производстве. Так, самые первые гибкие солнечные батареи имели в своей основе аморфный кремний, который наносился на подложку. КПД их был невысок, от 4 до 5%, а работали они минимальное количество времени. Далее производителям удалось повысить КПД солнечных батарей в два раза, до 8%, а срок работы панелей постепенно стал таким же, как и у жестких предшественниц. Последнее поколение разработок имеет КПД уже 12%. По сравнению с первым опытом, это уже очевидный прогресс.

Известно, что гибкая солнечная панель является самой перспективной, если для ее изготовления применяется теллурид кадмия. Он прекрасно поглощает свет и был подробно исследован еще в 70-х годах прошлого столетия, когда речь шла об освоении космического пространства. Долгое время исследователи сомневались в том, токсичен он или нет. Сейчас уже выяснено, что в быту он не является опасным. КПД таких гибких панелей составляет около 11%, а цена за 1 ватт электроэнергии оказалась на одну треть меньше, чем у аналогов на кремниевой основе.

Материалы для изготовления тонкопленочных источников.

Тонкопленочные солнечные батареи могут быть выполнены из следующих материалов:

• аморфный кремний,
• сульфид кадмия,
• индий,
• галлий,
• кристаллический кремний.

Производных данных материалов очень много и все они используются в производстве батарей. Из-за большого объема сульфидов и оксидов изучение их способностей в области солнечной энергетики затруднено, но работы ведутся во всех направлениях.

Тонкоплёночные батареи уникальны тем, что имеют необычную в данной области особенность – вырабатывать электрическую энергию при отсутствии прямых солнечных лучей. Это означает, что в пасмурный или короткий зимний день, солнечные батареи на подобной основе могут вырабатывать до 15% энергии сверх положенной нормы. Это не только позволяет таким батареям обойти стандартные солнечные элементы, а полностью обогнать их в своем развитии. К тому же тонкоплёночные солнечные батареи открывают дорогу подобным модулям в уникальных туманных районах нашей планеты и в местах, где пасмурная погода составляет основной процент всех метеоусловий. К тому же тонкоплёночные солнечные элементы могут найти свое применение в местах с повышенной запыленностью и увеличенным наличием микрочастиц в воздухе. Рекомендуем: Градирни открытого и закрытого типов: их конструкция, режимы работы, фото