Солнце всегда посылало и посылает на землю миллиарды киловатт лучистой энергии и этот источник не иссякнет еще многие миллионы лет. Казалось бы, зачем строить атомные, тепловые и гидроэлектростанции? Бери и пользуйся солнечной энергией. Однако солнечные батареи пока применяются весьма ограниченно. В чем же причина?
Принцип работы солнечных батарейПо принципу работы солнечная батарея представляет собой фотоэлектрический генератор постоянного тока, который использует эффект преобразования лучистой энергии в электрическую. Точнее, в солнечных батареях использовано свойство полупроводников на основе кристаллов кремния.
Кванты света, попадая на пластину полупроводника, выбивают электрон с внешней орбиты атома данного химического элемента, что создает достаточное количество свободных электронов для возникновения электрического тока. Однако для того, чтобы напряжения и мощности такого источника было достаточно для применения в хозяйственных целях, одного или двух кремниевых элементов недостаточно. Поэтому их собирают в целые панели, где соединяют параллельно или последовательно.
При этом площадь таких панелей может составлять он нескольких квадратных сантиметров до нескольких квадратных метров. Увеличивая количество панелей можно добиться большей производимой мощности солнечной батареей.
Однако производительность солнечной батареи зависит не только от площади, но также от интенсивности солнечного света и угла падения лучей. Следовательно, производительность солнечной батареи зависит от местности и географической широты, где расположен дом, от погоды и времени года, от времени суток. Кроме того, чтобы система из солнечных батарей работала и подавала энергию в сеть, нужно установить ряд дополнительных электроприборов, в частности:
- инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный;
- аккумуляторную батарею, роль которой накапливать энергию и сглаживать перепады напряжения из-за изменения освещенности;
- контроллер заряда аккумулятора, который не позволяет аккумулятору перезарядиться или разрядиться раньше времени.
Все это в комплексе называется автономной системой энергоснабжения на основании солнечных батарей.
Технические характеристики солнечных батарейКак и любое техническое устройство, солнечная батарея имеет свои эксплуатационные и технические характеристики, которые отличаются для различных моделей, различных производителей, но с достаточно небольшим расхождением. При площади солнечной батареи примерно 0,2 м² мощность модуля составляет примерно 10 Вт. Напряжение при максимальной нагрузке – около 25 В. Ток короткого замыкания составляет около 500 мкА. Вес такого модуля около 2 кг. Типичный КПД солнечной батареи – от 14 до 18%. Срок службы такой пластины не менее 25 лет.
Преимущества и эффективность батарейНесмотря на сравнительно низкий КПД солнечная батарея является наиболее эффективным источником электричества среди альтернативных и автономных источников питания. Однако ввиду достаточно высокой стоимости солнечной батареи, а главное зависимости от погодных условий, их в большинстве случаев позиционируют не как основной, а как дополнительный источник питания. Вызвано это двумя причинами, достаточно высокой стоимостью самих солнечных батарей, и сравнительно небольшим выходом энергии с единицы площади.
В ясный солнечный день с одного квадратного метра площади солнечной батареи можно снять максимум 120Вт мощности. Этого недостаточно даже для работы компьютера. Поэтому для получения более весомой мощности солнечные панели объединяют в целые мини электростанции.
С солнечной батареи площадью 10м2, можно получать уже более 1кВт энергии, что может обеспечить работу компьютера, телевизора, нескольких лампочек. В целом, для дома, где живет 3-4 человека (это потребляемая мощность 200-300кВт в месяц), площади солнечных батарей, скажем, в 20м2 в светлое время дня и светлое время года может оказаться достаточно.
Как правило, ориентированного на юг участка крыши для установки такой площади солнечной батареи хватит. Если же площадь крыши ориентированной на юг составит 40м2, то это может при 18-20 солнечных днях дать до 500кВт в месяц.
Солнечная батарея зимой будет неэффективна. В то же время нельзя не заметить и очевидные достоинства:
- длительный срок службы;
- независимость от технических неполадок энергопоставляющей организации;
- отсутствие необходимости в постоянном обслуживании - бесплатность самой энергии (правда после того как в систему были вложены немалые средства).
Еще одним преимуществом является крайне низкая вероятность выхода солнечной батареи из строя. Это связано с тем, что все части солнечной панели являются статичными и отсутствуют подвижные механизмы, что существенно продлевает жизненный цикл устройства. Например, компания «Фрунзе Солар» предлагает 2 типа солнечных панелей: монокристаллические, срок службы которых достигает до 50 лет и поликристаллические, которые могут проработать до 30 лет.
Когда солнечные батареи себя оправдывают?
Одним из случаев, когда солнечные батареи себя оправдывают, является ситуация, когда в доме или на ином объекте лимитировано энергопотребления ввиду недостатка мощности. Местная подстанция и облэнерго не могут изменить лимит потребления, а цена вопроса может даже превышать стоимость солнечных батарей.
Оправдано применение солнечных батарей в случаях, когда дом настолько удален от трансформаторной подстанции (более 10-15км), что протяжка к нему кабелей или проводов окажется соизмеримой по стоимости с самостоятельным источником энергии. Имеет смысл применение солнечной электростанции и в том случае, когда необходимо обеспечить бесперебойное питание какой-либо системы, например, охранной сигнализации или компьютерной сети.
Конечно, рентабельность и окупаемость систем на основании солнечных батарей тем выше, чем больше солнечных дней в году в данной местности, например, в южных районах, в Крыму, на высокогорных плато и курортах, где небо большую часть дня свободно от облаков.
Источник:
malahit-irk.ru
