Солнечные панели: устройство, виды и эффективность

Сравнительно недавно появилась новая отрасль энергетики – гелиоэнергетика, занимающаяся преобразованием солнечного света в электрическую или тепловую энергию.

О солнечной энергии

Солнечные батареи, или солнечные панели превращают световую энергию солнца в электрическую. Используются они обычно в составе солнечных или ветросолнечных систем.

В настоящее время есть два способа вырабатывать электроэнергию из солнечных лучей. Первый заключается в получении электрической энергии с помощью фотоэлементов. При втором способе нагревается теплоноситель в трубах гелиоэлектростанций. Из солнечного излучения также можно добывать тепло, используя солнечные вакуумные панели.

Энергия, добытая этими способами, будет в 5-10 раз дешевле, чем при использовании традиционных источников, а вот цена самих преобразователей пока высока. Правильный выбор гелиосистем для каждого конкретного случая, позволит наиболее эффективно использовать энергию Солнца.

Виды солнечных батарей для выработки электроэнергии

На данный момент существуют кремниевые и пленочные солнечные батареи. Кремниевые по способу производства делятся также на два подвида: монокристаллические и поликристаллические.

Монокристаллические получают распилом целой пластины кремния на элементы толщиной 300 мкм. Для получения поликристаллических пластин используется медленно охлаждаемый расплавленный кремний. Первая технология дороже, но КПД готового изделия выше – 20 % против 18 %.

Менее дорогими являются пленочные солнечные батареи. Изготавливаются они на основе различных соединений кадмия – материала не самого безопасного по своему токсическому воздействию на живые организмы. КПД таких пластин всего 10 %, но и стоимость значительно ниже, чем у кремниевых.

Самым дешевым в производстве является еще один вид пленочных солнечных батарей – полимерные панели, которые изготавливают на основе соединений меди, их КПД, к сожалению, не превышает 5-6 %.

Эффективность солнечных батарей

Количество электроэнергии, которую может выработать солнечная батарея, зависит от площади её поверхности. Важным условием является то, под каким углом солнечные лучи попадают на поверхность устройства. Этот угол должен приближаться к значению в 90 градусов. Для отслеживания положения Солнца существуют механические устройства. Они обеспечивают коррекцию направления батарей в дневное время в зависимости от положения солнца над горизонтом.

Выбор оборудования и места размещения панелей

Также производительность выработки электроэнергии прямо пропорциональна интенсивности падающего солнечного света, которая зависит от географического расположения местности. Например, зимой за месяц 1 кв. м Земли получает от Солнца 20 кВт энергии. Летом же количество энергии достигает 140 Квт/месяц.солнечные батареи

Ежедневные наблюдения за этим параметром светила ведут метеорологи, а среднестатистические годовые показатели для каждой местности можно найти в специальных таблицах метеорологических наблюдений.

Солнечные панели имеют КПД от 5 % до 20 %, поэтому с 1 квадратного метра их поверхности можно получать 100-150 Вт/час. Напряжение, непосредственно получаемое от солнечной батареи, чаще всего не превышает 12 Вольт. Использовать ток с такими параметрами в быту не представляется возможным, поэтому в состав солнечной электростанции должны входить и другие элементы: выпрямитель, инвертор, аккумуляторные батареи (электроэнергию надо сохранять для использования в ночное время).

Из всего вышесказанного видно, что выбор гелиоэлектростанции – процесс непростой. Без профессионалов здесь не обойтись, но и обращаться к ним без овладения общими представлениями о предмете тоже не стоит.

Устройства для отопления и нагрева воды

Для использования солнечной энергии в целях горячего водоснабжения и отопления разработаны два вида устройств: вакуумные солнечные коллекторы и плоские гелиопреобразователи.

Вакуумные солнечные коллекторы

Вакуумные солнечные коллекторы имеют сложное устройство и работают по принципу термоса. Внутри одной прозрачной трубки находится другая, покрытая поглощающим свет материалом, между ними – вакуум, для снижения потерь тепла. В полости внутренней трубки находится специальное вещество – адсорбер, который нагревается от солнечных лучей.

Адсорбер отдает тепло трубкам (чаще всего медным), в которых циркулирует теплоноситель. Нагретая вода поступает в систему горячего водоснабжения. В системах отопления, чтобы не допустить её размораживания, необходимо применять специальную незамерзающую жидкость. Вакуумные солнечные коллекторы сохраняют работоспособность при температуре воздуха минус 37 градусов Цельсия и при пасмурной погоде, так как используют и рассеянное излучение Солнца.

Плоские солнечные коллекторы

Устройство плоских солнечных коллекторов другое. Они состоят из корпуса, дно которого покрыто теплоизолирующим материалом. Всю внутреннюю поверхность корпуса занимает теплопоглощающая панель, в её углублениях проходят трубки с теплоносителем. Будучи нагретым, он используется в системе отопления. Поверхность короба покрыта защитным стеклом или поликарбонатом. Это предохраняет устройство от воздействия внешних неблагоприятных условий.

Сфера применения солнечных панелей

Солнечные батареи стали применятся относительно недавно в основном для обеспечения электроэнергией домов, коттеджей, дач, построек расположенных далеко от линий электропередач. Применяются солнечные панели как основной или альтернативный источник питания повсеместно, где есть возможность их смонтировать.солнечные панели

Свойства солнечных панелей

Подобная конструкция состоит из множества фотоэлектрических преобразователей, соединенных между собой в единое целое для превращения энергии отдаваемой солнцем в электричество. Существующие сейчас конструкции при определенных условиях способны достигать 45% эффективности.

Устанавливаются такие установки преимущественно в районах с преобладанием солнечных дней. Также учитывается и географическая широта месторасположения объекта, ввиду того что приближаясь к полюсам лучи солнца, теряют небольшое количество своей мощности. Несмотря на месторасположение вашего дома даже зимой использование солнечной панели поможет значительно уменьшить потребление электроэнергии.

Типы солнечных батарей

Данные конструкции делятся на три категории:

  1. Солнечные батареи тонкопленочные состоящие из натянутых тонких пленок, легко монтируемые практически, где удобно. Для их установки требуется значительная площадь, когда небо покрыто облаками их эффективность уменьшается до 25%. Эти солнечные батареи генерируют ток даже в самых неблагоприятных условиях, не боятся пыли и недорого стоят.
  2. Монокристаллические. Делают эти изделия в виде большого числа отдельных ячеек залитых силиконовым составом. Такая гидроизоляция обеспечивает высокую защиту от воды и позволяет их использовать на крышах, в судоходстве и других местах с повышенной степенью влажности. Имеют небольшие габариты, малый массу, повышенную гибкость, надежны и долговечны. Отличаются простотой монтажа, но имеют зависимость от прямых лучей солнца, даже небольшие облака на небе могут привести к прекращению работы.
  3. У поликристаллических изделий в ячейках располагаются кристаллы с направлением в разные стороны, что дает возможность улавливать рассеянные солнечные лучи и менее зависеть от прямого освещения. Это самые популярные модели широко используются во многих сферах для освещения, нагрева воды, изготовляют в виде панелей синей окраски, стоимость их меньше чем монокристаллических.

Достоинства солнечных батарей

  • Доступность — пока солнце светит, всегда можно получить электроэнергию, применяя солнечные панели.
  • Полная автономность, система освещения не зависит от центрального электроснабжения, постоянно повышающихся тарифов и дает возможность снизить затраты на содержание жилища.
  • Экологическая чистота конструкции, не используются ископаемые ресурсы, фотоэлементы не выбрасывают вредных веществ в атмосферу.
  • Не требуется лицензирования на получение электроэнергии. Можно устанавливать солнечные панели на крышах и фасадах домов, и даже на собственных балконах.

Советы по выбору панелей и оборудования

Солнечные панели выгодно применять не только в промышленных масштабах, но и в собственных жилищах. Отечественная промышленность наладила выпуск солнечных батарей на фотоэлементах, стоящих намного меньше зарубежных образцов с гарантией до 25 лет.солнечные батареи для дома

Прежде чем устанавливать на крыше своего дома солнечную батарею определитесь, для каких целей она вам требуется: для работы бытовых приборов, для нагрева воды или освещения.

Для нагрева воды вполне достаточно соорудить своими руками на территории солнечный коллектор, что обойдется значительно дешевле.

Для освещения и работы приборов совместно с солнечными батареями придется приобретать аккумуляторы энергии. В первую очередь фотоэлементы заряжают накопительные батареи, и после электроэнергия поступает для освещения.

Аккумуляторы от автомобилей по истечению срока службы придется менять, а особые специализированные накопители электроэнергии стоят дорого. Также в сильный мороз и жару многие модели электронных устройств отказываются работать.

Но, несмотря на все минусы солнечных панелей технологии, постоянно усовершенствуются, и все недостатки постепенно устраняются и за солнечной энергией наше будущее.

Рекомендую посмотреть
Загрузка...
Вверх