В чем преимущества и недостатки использования солнечных батарей?

Солнечные батареи, плюсы и минусы

Как известно солнечные батареи используют в альтернативной или возобновляемой энергетике для генерации электроэнергии используя солнечное излучение.

Существует несколько типов солнечных батарей — монокристаллические, поликристаллические, тонкой плёнки или аморфные и прозрачные. У каждого типа панелей разный КПД, внешний вид и характеристики при одной и той же мощности, поэтому при проектировании солнечной электростанции всегда встаёт вопрос — какие выбрать. Рассмотрим их более подробно.

Монокристаллическая солнечная батарея

Элементы имеют ячеистую структуру.

ПЛЮСЫ
Самый высокий КПД, до 22%
Габаритные размеры меньше, чем у остальных батарей той же мощности
Длительный срок службы — более 25 лет

МИНУСЫ
Высокая цена
Чувствительны к загрязнению поверхности

Поликристаллическая солнечная батарея

Элементы имеют квадратную форму.

ПЛЮСЫ
Имеют КПД до 18%.
Цена в среднем ниже на 10%, чем на монокристаллические.
Небольшой процент брака

МИНУСЫ
Мене устойчивы к воздействию высоких температур, снижается КПД
Большие размеры, чем у монокристаллической той же мощности

Солнечные батареи нового поколения High Power

Инновационные технологии, очень высокое качество, эстетичный вид, небольшие размеры отличают эту солнечную панель от поликристаллических, монокристаллических, а так же из аморфного кремния. Отличие в том, что в них отсутствуют кремниевые ячейки и плёнки.

Солнечные батареи High Power отлично генерируют электроэнергию в плохую или пасмурную погоду, при недостаточной освещенности, при рассеянном свете или в жарком климате. Поэтому, для регионов со слабой солнечной активностью, с небольшим количеством солнечных дней в году, теневых и северных сторон рекомендуются использовать солнечные батареи на основе халькопирита CIGS [Cu (In, Ga) Se2].
Они имеют КПД почти 17%. Эффективность модулей увеличена на 50%, поэтому с одного квадратного метра батарея собирает более 150 Вт.

ПЛЮСЫ
Низкая цена
Эстетичный внешний вид
Устойчива к высоким температурам, чем больше температура, тем больше КПД
Прекрасно работает в рассеянном свете
Из-за отсутствия деградации в течение 25 лет работы вообще не изменяются характеристики в отличие от кремниевых модулей, которые в процессе старения теряют до 20% своей мощности.

МИНУСЫ
Относительно небольшая мощность — max 160 Вт
Затраты на крепёжные системы больше, так как из-за низкой мощности необходимо устанавливать большее количество батарей

ВАРИАНТЫ ПРИМЕНЕНИЯ
    

Прозрачная солнечная батарея

Прозрачная солнечная батарея состоит из тонкой пленки аморфного кремния и микро прозрачной кремниевой пленки, которые наносятся на стеклянное основание.
Она используются в промышленном и гражданском строительстве зданий для остекления фасадов зданий, в производстве окон, ограждений, парковок, рекламных щитов, навесов и многих других архитектурных проектах.

именение прозрачных солнечных панелей открывает большие возможности перед архитекторами и проектировщиками в области проектных и дизайнерских решений.
Изготавливаются в разный цвет и разный процент прозрачности под заказ.
Цена на этот тип батарей самая низкая, так как затраты на их производство постоянно падают.

ПЛЮСЫ
Низкая цена
Эстетичный вид
Возможность использования в архитектуре и остеклении зданий

МИНУСЫ
Невысокий КПД

ВАРИАНТЫ ПРИМЕНЕНИЯ
    

Гелиоэнергетика – это достаточно новый для потребителя термин, обозначающий использование солнечного света для получения электричества.

Очень важно понимать, что сегодня продавцы солнечных панелей и готовых комплектов солнечных батарей зачастую сами плохо разбираются в предмете разговора, потому, покупая продукт «подешевле и получше», вы рискуете разочароваться в гелиоэнергетике в целом, ведь качество «ширпотребных» солнечных панелей, изготовленных в Китае, оставляет желать лучшего. Вспомним мудрую фразу: «Я не настолько богат, чтобы позволить себе покупать дешевые вещи». В случае с солнечными панелями это изречение приобретает дополнительный вес.

Сначала определимся – что хорошего есть в солнечных батареях:

Это автономный источник электроэнергии, свободный от использования расходных материалов. Аккумулятор служит 5-10 лет, а срок службы самих панелей превышает 20 лет, отсюда еще один плюс – долгий срок службы.

Поддержание экологического направления, развития альтернативной энергетики – запасы нефти не вечны, и нужно использовать возобновляемые ресурсы для жизни.

Мобильный источник электроэнергии: солнечные панели легко перевезти на новое место жительства, их даже можно устанавливать на крышу автомобиля, на прицеп-дачу, пользоваться различной бытовой техникой или даже снижать расходы на топливо.

Что же нужно для того, чтобы солнце питало наши розетки? Сами солнечные панели, контроллер для солнечных батарей, аккумуляторы, инвертор с 12В(24В) (DC) на 220В (AC).

Подробно про каждую из этих четырех вещей:

1. Солнечные панели бывают монокристаллические и поликристаллические. Отличить тип панели можно по клеткам модулей, из которых панели и составлены: у монокристалла цвет модуля черный и скошены углы, а у поликристалла – ровные синие прямоугольники. При небольшой разнице в производительности этих типов панелей сегодня в России поликристалл продают в два раза больше, чем монокристалл.

Поликристалл лучше работает в пасмурную погоду, но хуже работает при перегреве (монокристалл тоже снижает эффективность при перегреве, но меньше). В связи с этим монтаж панелей следует производить не только по сторонам света (обычно панель ориентируют на юг, 60 градусов от горизонтали), но и на выносных опорах, чтобы обеспечить вентиляцию и избежать нагрева от покрытия крыши. Интересная особенность: панели мощностью до 150Вт работают по схеме 12В, рабочее напряжение на них около 17В, а напряжение без нагрузки до 22В, а свыше 150Вт – по схеме 24В, напряжение соответственно. Это следует учитывать при покупке всех остальных составляющих солнечных батарей – контроллера, аккумуляторов и инвертора.

2. Основная функция контроллера – контролировать заряд аккумуляторов. Контроллеры отличаются по пропускаемой мощности и дополнительным возможностям. Для частного дома обычно используется контроллер на мощность от 10 до 30 Ампер. Дополнительными функциями чаще всего являются управление освещением и сигнализация о низком уровне заряда аккумулятора.

3. Аккумуляторы. Лучше всего использовать современные гелевые аккумуляторы или с технологией AGM. Но если хочется сэкономить, можно пользоваться и обычными автомобильными аккумуляторами, из них стоит предпочесть грузовые на 150-190А/ч – более долговечные, чем легковые – 45-100А/ч. Автомобильные, в отличие от более современных, требуют присмотра и периодической доливки дистиллированной воды.

4. Инвертор – очень важная часть солнечной станции. Существуют инверторы с модифицированным синусом и с чистым синусом. Разница между ними – в качестве выдаваемого электричества. Сегодня чистый синус уже почти заменил модифицированный, поэтому не стоит гнаться за дешевизной, а лучше брать современный, но уже проверенный продукт. Конечно, он дороже, но зато можно не беспокоиться за сохранность и работоспособность любой своей техники. Стоимость отечественного инвертора с чистым синусом на 1КВт составляет около 4 т.р., а 1,5КВт – 7 т.р.

Минусы солнечных батарей:

Зависимость от погоды, от количества солнечных дней в году.
Достаточно высокая стоимость оборудования – от 20 т.р. (для системы мощностью до 500Вт в день).
Достаточно слабая распространенность технологии для широкого потребителя, в связи с чем существует риск получить одну из составляющих низкого качества, что сразу скажется на работе всей системы.

Подведем итог: при всех нюансах приобретения, установки, обслуживания и эксплуатации систем солнечных батарей от них можно получать качественное электричество в определенных объемах. Конечно, значительно меньших, чем «на проводах электропередач», но при разумном использовании, думаю, будущее – за альтернативной энергетикой! Можно уверенно сказать, что без централизованного электричества жить можно и это перспективно!

Основные преимущества

Сегодня весь мир находится в панике от того, что традиционные источники энергии находятся на грани исчезновения. Энергия солнца — это прекрасная альтернатива им. Оно является относительным вечным и доступным практически в любой точке планеты источником. Использование его энергии также является безопасным с точки зрения экологии.

Солнечные панели очень практичны в эксплуатации. Среди их достоинств можно выделить следующие качества:

• Длительный срок службы. Поликристаллическая солнечная батарея изнашивается на протяжении 18 лет, а монокристаллическая — на протяжении 25 лет. При этом они практически не требуют технического обслуживания и ремонта.

• Экономичность. Во-первых, солнечные батареи делают хозяйство независимым от цен на топливо, которые сегодня стремительно растут. Во-вторых, после того как оборудование окупит свою стоимость, энергия станет бесплатной.

• Возможность наращивания мощности. Модульность системы позволяет при необходимости увеличить мощность. Для этого достаточно добавить новые панели и включить их в общую систему.

Кроме того, солнечные батареи могут приносить реальный доход, если подключить их к «Зеленому тарифу», который действует в Украине с 2008 года. Согласно ему государство покупает альтернативную энергию по стоимости выше рыночной.

Недостатки использования солнечной энергии

• Неравномерное распределение энергии Солнца по поверхности планеты. Одни области более солнечные, чем другие;
• В пасмурные дни и ночью солнечная энергия недоступна;
• Необходимость использования больших площадей под солнечные источники энергии;
• Содержание токсичных веществ в фотоэлементах;
• Низкий КПД солнечных батарей, среднее значение эффективности не превышает 20%;
• Высокая стоимость солнечных фотоэлементов;
• Поверхность солнечных панелей и зеркал (для термовоздушных ЭС) нужно очищать от попадающих загрязнений;
• При нагреве солнечных элементов, значительно падает эффективность их работы;
• Сложная утилизация солнечных панелей.

Несмотря на имеющиеся недостатки, солнечная энергетика является самой быстрорастущей альтернативной энергетической отраслью, она составляет лишь 1% энергии, используемой сегодня. Но, по оценкам Международного энергетического агентства, солнечная энергия может обеспечить 20-25% глобальной энергии к 2050 году.

Создание солнечных батарей

Солнечные батареи – относительно новая технология получения электрической и тепловой энергии, берущая свое начало с 70-х годов прошлого столетия. Но человечество научилось пользоваться силой Солнца уже очень давно. Еще древние греки и римляне использовали энергию Солнца для получения огня с помощью увеличительного стекла и специально изогнутых зеркал. Так они могли зажигать факелы для религиозных ритуалов, и даже топить корабли врагов. Направляя зеркала под определенным углом, подогревали воду в термах и освещали темные помещения.

В 1839 году французский ученый Беккерель обнаружил фотогальванический эффект. Экспериментируя с электролитами он заметил, что больше электричества было произведено, если гальванические элементы были подвержены солнечному свету.

Первая солнечная батарея, похожая на современную, была выпущена в 1908 году, через 3 года после публикации статьи о фотоэлектрическом эффекте, за которую Эйнштейн получил Нобелевскую премию.

1954 году был создан первый кремниевый фотогальванический элемент. В 1970 году была введена менее дорогая версия кремниевого солнечного элемента, что ознаменовало начало коммерциализации солнечных батарей. С начала 2000 годов, ученые сосредоточили внимание на способах сделать солнечные панели более эффективными и удобными. В результате технология стала более доступной для всех. Конечная цель — сделать солнечную энергию столь недоргой, как традиционные источники энергии, поскольку она по-прежнему недостаточно конкурентоспособна.

Использованные источники

1. greentec-group.ru/info/articles/solnechnye-batarei-tipy-i-otlichiya/
2. fito-center.ru/2019/12/28/solnechnye-batarei-dlya-doma-plyusy-i-minusy.html
3. progorodsamara.ru/v-chem-preimushchestva-i-nedostatki-ispolzovaniya-solnechnyh-batarey
4. tcip.ru/blog/solar-panels/vredni-li-solnechnye-batarei.html