Типы солнечных батарей
Альтернативная энергетика набирает скорость хода семимильными шагами. При этом некоторые элементы стали доступны не только промышленным копаниям, но и частным пользователям. К ним относятся солнечные батареи, которые дают возможность стать практически независимыми от централизованной системы. Но когда встает вопрос выбора, начинаются трудности, т. к. есть несколько разновидностей изделий. Статья поможет выбрать именно то, что лучше подходит под конкретные обстоятельства.
Принцип функционирования
Фотоэлементы перекочевали в гражданскую сферу из военно-космической. Именно для этих целей изначально разрабатывались элементы. Если постараться просто описать суть функционирования солнечной батареи, стоит сказать, что по своим физическим свойствам она является фотоэлектрическим преобразователем. Благодаря воздействию солнечных волн происходит перенаправление электронов из катода в анод. Конструкция солнечной панели представлена двумя кремниевыми пластинами, которые обладают различными свойствами. Именно благодаря избытку электронов в одной из пластин и их недостатку в другой возникает p-n переход, способствующий выработке электрического заряда. Каждая пластина проводниками соединена с преобразователями, которые и переводят заряд в подходящий для оборудования.
Промышленный вариант панели представляет собой множество отдельных элементов, которые собраны в большие блоки. Сверху солнечные панели покрыты ламинирующим веществом, которое предотвращает их повреждение различными воздействиями. Основное отличие, которое есть между различными типами солнечных батарей заключается в их производительности. Она напрямую зависит от чистоты используемого кремния и их пространственного расположения. Падению цены на солнечные батареи препятствует сложность их изготовления, которая требует больших затрат на очистку кремния и ориентирование его кристаллов.
Несмотря на то что существуют различные виды солнечных батарей, у них можно выделить общие плюсы и минусы. Среди первых обращают внимание на:
- неисчерпаемый источник;
- возможность повсеместного внедрения;
- экологичность;
- бесшумность;
- длительный срок эксплуатации;
- дотации от государства;
- возможность масштабирования системы;
- малая вероятность выхода из строя;
- автономность;
- отсутствие платы.
Солнце является атомным реактором, который будет функционировать еще многие тысячи лет. При этом за его использование не приходится платить ни копейки. Стоимость электричества от солнечных батарей сводится к стоимости самой системы и срока ее окупаемости. Если учитывать, что тарифы на электричество постоянно растут, окупаемость сокращается с каждым годом. В большинстве государств предусмотрены специальные дотации за использование зеленой энергии. Кроме того, при излишке мощностей всегда есть возможность продавать их в сеть, за что также можно получать доход. При работе солнечных батарей отсутствуют вредные выбросы, что выгодно отличает их от всевозможных электрических станций. Функционирование всей системы абсолютно бесшумно, поэтому устанавливать солнечные батареи можно в непосредственной близости к дому.
Срок службы солнечных батарей может достигать 25 и больше лет. Благодаря модульности системы она хорошо поддается масштабированию. Это означает, что если со временем увеличивается расход электроэнергии в силу установки нового оборудования, то производительность системы можно повысить простой установкой дополнительных элементов. Трущиеся части в системе отсутствуют, поэтому выход из строя определенных элементов возможен, но маловероятен. Система с солнечными панелями является полностью самодостаточной и может функционировать без вмешательства пользователя.
Систему сложно назвать совершенной, поэтому у нее есть и свои недостатки:
- значительная стоимость;
- необходимость больших одномоментных вложений;
- низкий КПД;
- необходимость участка для размещения;
- длительный срок возврата вложений;
- необходимость правильного обслуживания;
- сложность утилизации;
- возможность повреждения или кражи;
- снижение эффективности в пасмурную погоду.
На момент написания статьи стоимость установки оборудования на один киловатт мощности составляет приблизительно 60 тыс. рублей. Для обеспечения обычного частного дома со всеми потребностями потребуется приблизительно 15 кВт мощности. Именно такой минимальный стандарт при подключении к центральной сети. Это означает, что одномоментные вложения должны составить около 15 тыс. долларов США, что является неподъемной суммой для большинства. Кроме того, срок окупаемости может превысить гарантийный срок службы самих панелей, что довольно невыгодно. КПД солнечных систем все еще остается довольно низким, если сравнивать с традиционными источниками энергии.
Для солнечных панелей требуется определенная территория для размещения, поэтому установить их в квартире будет проблематично или практически невозможно. В частных домах вопрос решается установкой панелей на крыше или на участке. Кроме того, некоторые производители выпустили на рынок продукцию, в которой солнечные элементы вмонтированы непосредственно в черепицу. Это означает, что, перекрывая крышу, можно превратить ее в электростанцию. Солнечные батареи требуют определенного обслуживания. Заключается оно в периодической очистке и мытье поверхности батарей. Если этого не делать, то производительность падает. Особенно это касается тех случаев, когда батареи оказываются заваленными снегом. Современные элементы уже меньше подвержены этому эффекту, но основная масса снижает свою производительность в пасмурную погоду. Всегда существует вероятность, что недоброжелатели могут повредить или украсть оборудование.
Разновидности
Классификация солнечных батарей производится по различным параметрам. Одним из них являются физические особенности, по которым выделяют:
- гибкие;
- жесткие.
Гибкие конструкции представлены тонкой пленкой, которая способна принимать форму различных объектов без повреждения. Это актуально при установке солнечных элементов, например, на крыши автомобилей. Такие солнечные элементы являются более универсальными и востребованными. Жесткие солнечные панели также имеют широкое распространение, но повредить их в разы проще, чем гибкие. По типу вещества, которое осуществляет фотоэлектрический эффект выделяют-таки группы:
- кремниевые;
- на основе селена, индия, галлия;
- теллурий-кадмиевые;
- органические;
- полимерные;
- комбинированные;
- многослойные.
В определенных сферах используются все виды, но наиболее популярными для частного потребителя является первый вид солнечных батарей. Кремниевые также имеют свои подвиды:
- монокристаллические;
- поликристаллические;
- аморфные.
Из этих трех максимально востребованы два первых элемента в списке. Другие виды солнечных батарей могут отличаться более высоким КПД, но способ их способ их производства требует особых затрат, что сказывается на конечной стоимости продукции. Кремний является довольно распространенным веществом, поэтому его получение не вызывает особых трудностей. В качестве основы для производства солнечных батарей используется кварцевый порошок. Большие запасы этого вещества для солнечных батарей есть на Среднем Урале и в Западной Сибири.
Монокристаллические
Именно батареи, полученные из mono-Si, могут похвастаться наивысшим КПД. Их легко отличить по характерному темному цвету. Для таких батарей используется кремний с максимальным уровнем очистки. Стоимость таких батарей несколько выше аналогов, но это оправдано. Связано это со сложным процессом очистки и ориентирования монокристаллов. В силу такого способа расположения кристаллов есть ограничения по углу падения луча. Максимальная производительность батареи достигается при перпендикулярном направлении. Добиться этого позволяют специальные сервоприводы, которые устанавливаются на стойки с солнечными батареями. Благодаря датчикам приводы поворачивают панели в направлении солнца на протяжении всего дня.
Преимуществом по сравнению с поликристаллическими моделями можно считать большую мощность при меньшей площади и больший КПД, который может достигать 25%. Срок службы именно этих элементов достигает 25 лет. Основным недостатком солнечных панелей такого типа является падение производительности при малейшем загрязнении, а также длительный срок окупаемости. Есть также определенные условия для установки таких солнечных панелей, которые требуют открытого пространства или возвышенности, где на солнечные элементы не будет падать тень от других строений или растений.
Поликристаллические
Такие солнечные панели легко определить по окрасу, если предыдущий вариант солнечных элементов имеет однотонный окрас, то на этих солнечных элементах можно заметить неравномерно светло синий оттенок с темными пятнами. При изготовлении солнечных панелей такого типа используется кремний меньшей степени очистки. Это влияет на КПД, который в большинстве случаев составит 12%, но может быть увеличен и до 18. Преимуществом поликристаллических панелей является их большая эффективность в условиях пасмурной погоды.
Стоимость у таких солнечных панелей сравнительно ниже, чем у предыдущего варианта батарей. Это связано с тем, что в основе батарей лежит неоднородный материал. При производстве положение кристаллов кремния не подвергается строгому контролю, поэтому подготовленная основа для батарей просто заливается в предназначенные для них формы. Как только готовый материал для солнечных панелей остывает, его нарезают на элементы определенных параметров. Батареи такого типа не требуют периодического переориентирования, поэтому их можно размещать на любой доступной поверхности, обращенной к солнцу. Видео о солнечных панелях есть ниже.
Резюме
Батареи из аморфного кремния не получили такого широкого распространения, как предыдущие два варианта. Это связано с тем, что их максимальный КПД на данный момент еле приближается к 9%. Но работа по усовершенствованию этих солнечных панелей ведется и, возможно, за ними будущее, т. к. их производство в несколько раз дешевле в силу отсутствия необходимости в формировании кристаллов.
Обсудить статью на форуме
