Главная — Электроснабжение_ — Солнечная энергия

Солнечные батареи

Солнечные батареи (солнечные модули, фотоэлектрические панели), представляют собой электрические устройства, предназначенные для преобразования энергии солнечного излучения в электрическую энергию с использованием фотоэлектрического эффекта.

Экскурс в историю: Первые прототипы солнечных батарей были созданы итальянским фотохимиком армянского происхождения Джакомо Луиджи Чамичаном. 25 апреля 1954 года, специалисты компании Bell Laboratories заявили о создании первых солнечных батарей на основе кремния для получения электрического тока. Это открытие было произведено тремя сотрудниками компании — Кельвином Соулзером Фуллером (Calvin Souther Fuller), Дэрилом Чапин (Daryl Chapin) и Геральдом Пирсоном (Gerald Pearson). Уже через 4 года, 17 марта 1958 года, в США был запущен спутник с использованием солнечных батарей.

Солнечная энергия является одним из источников питания будущего, доступным многим уже сегодня. Использование солнечных батарей для дачи в Ленинградской области не так эффективно, как в более южных регионах нашей страны,но, тем не менее, они уже используются и приносят ощутимые преимущества во многих загородных домах. Вопреки распространённому мнению, зимой мощность, выдаваемая солнечной батареей, не меньше, чем летом (если говорить о солнечном дне). Но сам такой день короче. Продуктивность батареи не зависит от температуры воздуха, только от интенсивности излучения солнца. Пока оно светит на поверхность — эффективность 100%. При небольшой облачности (солнце закрыто) мощность падает примерно на 25%. При сильной облачности (как перед грозой) — на 45%.

Солнечная батарея — объединение фотоэлектрических преобразователей (полупроводниковых устройств — фотоэлементов), прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток, в отличие от солнечных коллекторов, производящих нагрев материала-теплоносителя. Она состоит из фотоэлектрических кремниевых элементов, герметично заламенированных на панели в защищенных специальным каленым стеклом с улучшенной светопроницаемостью и повышающим КПД батареи. Массив ячеек солнечных батарей генерирует постоянный (DC) ток напряжением 12В/24В, вырабатываемая электроэнергия может подаваться напрямую к некоторым нагрузкам постоянного тока, запасаться в аккумуляторных батареях и обеспечивать потребителей переменного тока 220В с помощью инверторов — преобразователей напряжения.

Чтобы выбрать комплект солнечных батарей для дома, необходимо знать необходимую мощность и частоту отключения электропитания. Система солнечных батарей состоит из: самих батарей, контроллера заряда, аккумуляторов и инвертора, преобразовывающего запасённую в аккумуляторе энергию в напряжение 220 вольт.

Как правило, батареи устанавливаются на стене (на южной стене) или на участке, так как гораздо проще монтировать их (нет необходимости герметизировать отверстия в крыше) и очищать от снега. Для хранения энергии используется несколько аккумуляторных батарей свинцового (как в автомобиле) или гелевого типа.

Солнечные батареи на основе кремния подразделяют на два основных типа монокристаллические модули и поликристаллические модулиодинаковые по принципу работы, но отличающихся по технологии изготовления, эффективности и стоимости производства. Солнечные батареи полностью герметичны, могут работать в различных климатических условиях и выдерживают большие ветровые и снеговые нагрузки. Срок службы солнечных батарей для дома составляет 25-30 лет.

Очень часто одиночные фотоэлементы не вырабатывают достаточной мощности. Поэтому определенное количество фотоэлементов соединяется в так называемые фотоэлектрические солнечные модули и между стеклянными пластинами монтируется укрепление. Эта сборка может быть полностью автоматизирована.

Эффективность фотоэлементов и модулей.

Мощность потока солнечного излучения на входе в атмосферу Земли (AM0), составляет около 1366 ватт на квадратный метр. В то же время, удельная мощность солнечного излучения в Европе в очень облачную погоду даже днём может быть менее 100 Вт/м². С помощью распространённых промышленно производимых солнечных батарей можно преобразовать эту энергию в электричество с эффективностью 9—24 %. При этом цена батареи составит около 1-3 долларов США за Ватт номинальной мощности. При промышленной генерации электричества с помощью фотоэлементов цена за кВт·ч составит 0,25 долл.

Плюсы солнечных батарей:

Срок службы комплекта составляет 25 лет, но и через 25 лет выдаваемая мощность упадёт лишь на 20%.
Никакого специального обслуживания.

Недостатки солнечных батарей:

Необходимость использования больших площадей;
Солнечная электростанция не работает ночью и недостаточно эффективно работает в вечерних сумерках, в то время как пик электропотребления приходится именно на вечерние часы;
Несмотря на экологическую чистоту получаемой энергии, сами фотоэлементы содержат ядовитые вещества, например, свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т. д.