Тонкости эксплуатации солнечных батарей зимой. Использование солнечных батарей
Опыт эксплуатации солнечных батарей, как их правильно выбрать
Любой человек, который хочет приобрести серьезную, дорогостоящую вещь, хочет предварительно узнать, какова эта вещь в эксплуатации. И, если, например, по автомобилям, телевизорам, стиральным машинам имеется достаточно полная информация, то по установкам солнечной фотовольтаики реальных данных явно не хватает. И потому многие владельцы домашних гелиевых электростанций на различных форумах делятся своим опытом эксплуатации солнечных батарей, дают полезные советы тем, кто решил установить у себя дома гелиевую электростанцию. Воспользовавшись этими советами, можно будет избежать многих проблем.
Выбираем солнечные батареи (опыт пользователей)
Для начала нужно определиться с типом электростанции. Есть три типа домашних солнечных электростанций – автономная, сетевая и гибридная. Автономная электростанция должна полностью обеспечивать потребности в электричестве независимо от времени суток в течение всего времени эксплуатации.
Сетевая электростанция работает параллельно с магистральной электросетью. В дневное время электрооборудование дома питается от солнечных батарей, в темное время суток – от магистральной сети. Если в дневное время недостаточно мощности, вырабатываемой гелиевыми панелями, дефицит будет покрываться из сети.
Гибридная электростанция может работать и в автономном, и в сетевом режимах.После того, как будет определен тип гелиевой электростанции, следует прикинуть ее конфигурацию. Вначале определяется примерная мощность, которую будут потреблять все электроприборы дома. Учитывать нужно абсолютно все – от сложных бытовых приборов до ламп освещения. В расчет принимается не только мощность каждого элемента нагрузки, но и то, сколько времени в сутки он будет работать.
Просуммировав суточные данные по всем потребителям электричества в доме и умножив это значение на 30, получим минимальное значение мощности, которое должна вырабатывать в месяц солнечная батарея.
Вот пример такого расчета, сделанного одним из производителей гелиевых панелей для малой солнечной электростанции мощностью в 250 ватт.
| Наименование | Мощность (Вт) | Количество | Время работы(часов в сутки) | Потребление электроэнергии(Вт*час в сутки) | Потребление электроэнергии(кВт*час в месяц) |
| Лампа светодиодная | 9 | 5 | 5 | 225 | 7.0 |
| Зарядное устройство м/тел. | 5 | 2 | 1 | 10 | 0.3 |
| Ноутбук | 90 | 1 | 4 | 360 | 11.2 |
| Телевизор | 80 | 1 | 4 | 320 | 9.9 |
| Спутниковая антенна | 20 | 1 | 4 | 80 | |
| Всего: | 204 | 995 | 30.1 |
Расчет был сделан из предположения, что гелиевые модули работают эффективно примерно восемь-девять часов в сутки, а также то, что солнечная погода может держаться не весь световой день.
Совет опытного пользователя:После того, как вы определите объем потребления электроэнергии,выбирайте фотоэлектрические преобразователи, исходя из того, чтоодин модуль мощностью в 100 ватт вырабатывает400 – 500 ватт-часов в сутки.
При определении требуемой мощности гелиевых батарей следует учитывать и то, что все электроприборы, задействованные в расчете, могут работать больше предполагаемого времени, что, соответственно, ведет к увеличению затрат электроэнергии. Поэтому всегда необходимо покупать гелиевые модули с запасом по мощности.
Совет опытного пользователя:Если вы получили некоторое значение мощности длясолнечных батарей вашей домашней электростанции,умножьте это значение на 1.3 – 1.5.Дополнительная мощность никогда не помешает!
Понятно, что генерировать электрическую энергию, достаточную по мощности для того, чтобы обеспечить бесперебойную работу всех электроприборов, один гелиевый модуль не сможет. Большое значение имеет то, какие именно гелиевые модули вы будете покупать. Самые мощные (но и самые дорогие) солнечные панели собраны из ячеек, выполненных на базе монокристаллического кремния. Они же имеют и наиболее высокий коэффициент полезного действия – до 22.5%. До 14% эффективности показывают панели, выполненные на базе поликристаллического кремния.
Моно- и поликристаллическая панели
Естественно, и стоимость их поменьше. Самые дешевые панели изготовлены из аморфного кремния. Их эффективность едва превышает 9% - 10%.
Аморфная панель
Что касается совета об увеличении расчетной мощности в полтора раза, то имеется еще одна причина последовать ему. Дело не только в том, что можно купить дополнительно какой-нибудь достаточно мощный электроприбор. Гелиевые элементы со временем «стареют» и теряют определенный процент своей мощности. За 25 лет эксплуатации они теряют до 20% первоначальной мощности.
Совет опытного пользователя:Купил поликристаллические панели. После пяти лет эксплуатациирезервов мощности не осталось. Заменил на монокристалл.На крыше освободилось место под вакуумные коллекторы.Не экономьте на панелях. Экономьте на площадях.
Подбираем солнечное оборудование (опыт пользователей)
Стандартная автономная гелиевая домашняя электростанция состоит из собственно солнечных батарей, контроллера заряда аккумуляторов, аккумуляторной батареи, инвертора.
Схема домашней солнечной электростанции
Гелиевый контроллер подключается к солнечным батареям и к аккумуляторам и обеспечивает регламентированный заряд аккумуляторной батареи. Он автоматически включает зарядку аккумуляторов и так же автоматически отключает их от гелиевых батарей, когда заряд достиг максимального уровня, обеспечивая тем самым защиту аккумуляторов от перезаряда. При длительной работе без подзаряда аккумуляторы могут разрядиться настолько, что уровень заряда достигнет недопустимо низкого значения. В этом случае контроллер отключит потребителей от аккумуляторов. Нагрузка будет автоматически подключена только при восполнении заряда до определенного уровня.
МРРТ - контроллер
Совет опытного пользователя:Вне зависимости от мощности солнечных батарей рекомендую использоватьМРРТ-контроллер, отслеживающий точку максимальной эффективности.При этом гелиевые модули нужно соединять последовательно, чтобы получитьна выходе более высокое напряжение. Тогда можно уменьшитьсечение кабелей между гелиевыми панелями и контроллером.
Обеспечивать дом электричеством в темное время суток должна будет аккумуляторная батарея. Емкость и количество аккумуляторов выбирается, исходя из мощности нагрузки и максимально допустимого времени работы без подзарядки. Есть несколько типов аккумуляторов. Самые долговечные, но и самые дорогие аккумуляторы – щелочные никель-кадмиевые или никель-железные. Гелевые аккумуляторы более долговечные, чем обычные стартерные – срок их службы 10 – 12 лет. Они дешевле никель-кадмиевых, но дороже обычных стартерных.
Гелевые аккумуляторы
Совет опытного пользователя:Оптимально аккумуляторы должны иметь такой запас энергии, чтобыобеспечить бесперебойную работу всех электроприборов в течение сутокбез дополнительной подзарядки аккумулятора.
И, наконец, инвертор. Функция инвертора – преобразовывать постоянный ток гелиевой батареи или аккумуляторов в переменный ток 220 вольт, 50 герц. В зависимости от выбранной конфигурации электростанции можно выбрать автономный, сетевой, гибридный или комбинированный инверторы. При этом важно иметь в виду, что есть инверторы, которые дают на выходе «чистую» синусоиду, а есть такие, у которых на выходе «модифицированная» синусоида.
Гибридный инвертор
Совет опытного пользователя:При выборе инвертора важны два параметра: формасигнала на выходе и его мощность.Рабочая мощность должна быть примерно в 1.3 разавыше суммарной мощности нагрузки.
Конечно, в кратком изложении трудно осветить все проблемы, но ключевые моменты помогут принять правильные решения при покупке, установке и эксплуатации гелиевых домашних электростанций.
solarb.ru
Тонкости использования солнечных батарей // ОПТИМИСТ
≡ 20 Ноябрь 2014
А А А
За последние 10 лет, дома с солнечными панелями на крышах прошли путь от любопытства до обычного явления. Эта технология была доступна в течение десятилетий — космонавты используют спутники на солнечных батареях с 1960 года, и еще во вторую мировую, пассивные солнечные системы отопления (которые превращают солнечную энергию в тепло вместо электричества) были использованы в домах США.
Правда внедрение активных солнечных систем в качестве товара широкого потребления оказалось проблемой. Активная солнечная энергия использует панели фотоэлектрических элементов для преобразования солнечного света в электричество, и это традиционно было непомерно дорогой технологией.Но есть факторы, которые следует учитывать при принятии решения о солнечной энергии — и стоимость только одна из них.
В этой статье мы рассмотрим шесть самых важных вопросов, требующих решения, когда вы думаете об инвестировании в установку солнечных панелей. Использование фотоэлектрической энергии является очень зеленым решением и потенциально полезный шаг, но это не совсем так просто, как получать вашу энергию от обычной электросети.
Первым фактором является тот, о котором вы, возможно, и не думали:
1. Обслуживание
Включение Вашего дома в использование солнечной энергии требует больше ухода, чем при использовании обычной старой электросети. Но не намного.Солнечные батареи не имеют движущихся частей. Они являются частью полной стационарной системы. Поэтому, как только они установлены, есть не так уж много причин, что может пойти не так. Практически единственное, что домовладелец должен делать, это сохранить чистые панели.
Это важная задача, ведь — слишком много снега, пыли и птичьего помета на панелях может уменьшить количество солнечного света. Накопление на экране пыли может уменьшить количество электроэнергии, произведенной системой на целых 7 процентов.
Этот вид обслуживания нет необходимости делать раз в неделю, однако. Достаточно поливать панели из шланга от одного до четырех раз в год. Для этого не нужно взбиратся на крышу. Шланг с насадкой с земли работает отлично. Если есть строительство в вашем регионе, необходимо чистить панели чаще, чтобы избежать дополнительного накопления пыли строительного остатка.Кроме этого, время от времени проверяйте, что все части находятся в рабочем состоянии. Кроме этого надо заменять батарейки, но это один раз в десятилетие.
2. Окрестности
Расположение вашего дома имеет большое влияние на вашу солнечную энергоэффективность. Это очевидная проблема: Если ваша электрическая мощность зависит от солнечного света, такие вещи, как тени высоких деревьев и высокие тени зданий будут проблемой.Это еще большая проблема, чем некоторые люди понимают. Различные типы панелей-разному реагируют на тень. В то время как поликристаллические панели позволяют значительно сократить выход электроэнергии, то любая часть затенения моно-кристаллической панели остановит производство электроэнергии полностью.
Достижение наибольшей эффективности может означать обрезку или полное удаление деревьев на вашем участке. Если ваш дом в окружении высотных зданий, которые блокируют солнце с крыши, это гораздо большая проблема.
3. Инсоляция
Солнечный свет, очевидно, играет ключевую роль, когда речь идет о солнечной энергии, и не во всех регионах созданы равные условия в этом отношении. Это важно знать, сколько солнечного света достигает земли в районе, где находится ваш потенциальный солнечный дом.То, о чем мы говорим здесь, называется инсоляция — мера того, сколько солнечной радиации упадет на землю в той или иной области в определенный период времени. Это обычно измеряется в кВТ/м.кв./дни, и она покажет вам, сколько солнечного света будет доступно для ваших солнечных батарей, чтобы превратиться в электричество. Чем выше значение инсоляции в вашем регионе, тем больше электроэнергии каждая из ваших панелей сможет генерировать. Высокое значение инсоляции означает, что вы можете получить больше энергии из меньших панелей. Низкое значение инсоляции означает, что вы могли бы в конечном итоге тратить больше для достижения той же выходной мощности.
Вовсе нет. Это просто означает, что вам, вероятно, понадобится больше панелей для достижения той же выходной мощности.
4. Зона покрытия
Вопреки тому, что большинство людей думают, размер солнечной энергетической установки не имеет ничего общего с размером дома.Вместо этого, следует учесть только два параметра:
инсоляция, которые мы только что обсуждали,сколько энергии вам нужно.
Чтобы получить очень грубую оценку того, насколько большая система, вам нужна, посмотрите на ваш счет за электричество и выясните, сколько вы используете кВтч в сутки.
Средний дом использует около 900 кВт-ч в месяц, или около 30 кВт-ч в день. Умножьте это на 0,25. Мы получаем 7,5, так что нам нужно 7,5 кВт системы.
Типичная солнечная панель вырабатывает до 120 ватт, или 0,12 кВт в день. Для обеспечения 7,5-кВт, вам нужно около 62 панелей. Одна панель может быть примерно 142 на 64 сантиметров, так что 62-панели будет занимать примерно 65 квадратных метров.
Также следует учесть инсоляцию и сколько часов пик солнечного света вы получаете в день, и также внести коррективы, если вы используете аккумуляторные батареи с панелями. Поэтому лучше всего обратиться к профи.
5. Расходы
В 1956 году солнечные батареи стоили около $ 300 в расчете на ватт. Систему 7,5 кВт могли бы себе позволить только очень богатые.
Сегодня цены упали значительно. В большинстве районов, солнечные батареи работают около $ 3-5 за ватт. Вы будете платить ближе к $ 3, если вы установите его самостоятельно, а ближе к $ 5, если у вас есть профессионалы, чтобы это сделать. Для панелей 7,5-кВт или 7500 ватт, вы могли бы заплатить от $ 22 500 до $ 37 500 долларов.
Если вам нужно меньше электроэнергии, конечно, число становится ниже. Если вы только потребляете 600 кВт-ч в месяц, или 20кВт/день, вы могли бы установить систему мощностью до 5 кВт., Которая будет стоить ближе к $ 15 000.
Конечно множно частично обеспечивать дом солнечной энергией. Если вы хотите инвестировать в солнечные батареи $ 10 000, вы можете дополнить электроэнергию из сети с 1,5-кВт солнечной системой.
Тем не менее, десятки тысяч долларов за солнечные батареи все еще довольно непомерные расходы — тем более, что это может занять десятилетия, пока эти деньги отобьются обратно.
Хотя на западе уже практикуют аренду солнечных батарей. Там нет авансовых платежей. Домовладельцы платять ежемесячную арендную плату за использование панелей, а компания по прокату владеет ими и поддерживает их.
6. Утилизация
Срок службы солнечных панелей 40-50 лет, контроллера и инвертера 15-20 лет, аккумуляторов в зависимости от типа и характера использования — 4-10 лет.Хотя вопрос утилизации солнечных панелей остается открытым, только 30% всех производителей принимают обратно их обратно для переработки.
Но тем не менее спрос на отработанные солнечные панели с каждым годом растет. Так как добыча редких металлов становится все более дорогим удовольствием и переработка панелей приведет к повторному их использованию.
Кроме того: существует вторичный рынок фото- и ветроэлектрических установок, на котором уже отработанное оборудование может находить дальнейшее применение.
В странах с переходной экономикой можно использовать уже бывшие в использовании солнечные модули. Благодаря более интенсивному солнечному излучению, эти модули могут вырабатывать больше электроэнергии.
Примером торговли может служить проект SecondSol – онлайн-площадка, на которой проводится купля-продажа отработанных модулей.
Метки: обзор • познавательно • свет • солнечные батареи • солнце • тонкости • электричествоКомментарии:
oppps.ru
Как применяются солнечные батареи в быту?
Вряд ли сейчас можно найти такую сферу человеческой деятельности, в которой не использовались бы фотоэлементы, напрямую преобразующие энергию солнечного света в электричество.
Объединенные в десятки, сотни, тысячи, связанные между собой, эти элементы образуют солнечные батареи, которые вырабатывают электрический ток такой мощности, что можно обеспечить потребности жилых домов, производственных помещений, фермерских хозяйств. Портативные батареи обеспечивают электроснабжение небольших приборов и устройств.
Солнечные батареи на крыше многоэтажного дома
Жилые дома отдают электричество
Все чаще можно видеть дома, на скосах крыш которых красуются панели солнечных батарей. Эти панели выглядят настолько эстетично, что в некоторых местах их устанавливают перед домами в качестве декоративных украшений. Жильцы таких домов практически полностью обеспечивают себя электроэнергией.
Электричества, вырабатываемого батареями, вполне достаточно для того, чтобы освещать помещения, питать все электроприборы и технику: стиральные машины, холодильники, телевизоры, пылесосы. В холодное время года можно, не заботясь об экономии, включать электрообогрев дома. Мало того, электричества вырабатывается порой столько, что его излишки отдаются в общую электросеть, принося владельцам дополнительный доход, постепенно компенсирующий расходы на энергоперевооружение дома.
Солнечные батареи на крышах небольших домов
Гелиоэнергетика пришла и в деревни
Специфика фермерских хозяйств такова, что под солнечные панели можно выделить значительно больше места, чем в городе. Помещения для содержания животных, птиц, как правило, имеют большие размеры, и на их крышах можно установить достаточно мощную конструкцию.
Электричество, вырабатываемое этими панелями, обеспечивает работу электродоильных аппаратов, поилок, сепараторов, смесителей, насосных станций. В инкубаторах поддерживается постоянная, заданная температура, а также освещение. В молочных хозяйствах солнечные панели питают все приборы и механизмы, задействованные в процессе переработки молока, производства сыров, масла, других молочных продуктов.
Солнечные батареи на крышах фермерского хозяйства
Волшебный чемоданчик и не только он
Наверняка каждый из нас имел дело с различными приборами, работающими от фотоэлементов – солнечными батареями в миниатюре. Это и электронные часы, и калькуляторы, и миниатюрные радиоприемники, и многое другое. В быту солнечные батареи нашли такое широчайшее применение, что порой уже невозможно представить, как раньше обходились без этого.
Мобильный телефон. Он есть, наверняка, у каждого. Но частенько в самый нужный момент он вдруг оказывается разряженным. Сейчас появились портативные зарядные устройства на фотоэлементах. Конечно, небольшие размеры этих устройств не дают возможности очень быстро зарядить телефон. Но минут 15-ти – 20-ти вполне достаточно для того, чтобы сделать нужный звонок.
А немецкая компания Vodafone выпустила мобильный телефон, который питается от солнечных батарей. То есть его аккумулятор постоянно подзаряжается от солнца. Такой телефон незаменим в дальних поездках, вылазках на природу и там, где могут возникнуть проблемы с зарядкой аккумулятора. Есть и другие подобные модели.
Мобильный телефон Vodafone
Канадская фирма WeWi Telecommunications выпускает ноутбуки SOL, которые работают только от солнечных батарей.
Ноутбук SOL
Фирма BRUNTON наладила выпуск тонкопленочных зарядных устройств, которые можно в буквальном смысле этого слова свернуть в трубочку. Кстати, для тонкопленочных панелей отнюдь не обязательно попадание прямого солнечного света. Для нее вполне достаточно рассеянного освещения.
Зарядное устройство на тонких пленках фирмы BRUNTON
Эта же фирма выпускает сумки для ноутбуков. Наружная сторона их представляет собой солнечную панель. Сумка может вместить в себя ноутбук с диагональю экрана до 17-ти дюймов и с помощью специальных переходников позволяет заряжать аккумуляторы любых ноутбуков.
Сумка – зарядное устройство для ноутбуков
О возможностях солнечных батарей можно было бы говорить очень много. Для них находят самое неожиданное применение:
- авторучка со встроенными фотоэлементами, микроаккумулятором и светодиодом, чтобы можно писать в темноте;
- куртка с тонкопленочным фотоэлементным покрытием и вшитыми нагревательными элементами, не дающая замерзнуть в самые лютые морозы и др.
Фантазия человеческая неистощима. И кто знает, какие еще горизонты могут открыть нам новые технологии и научные изыскания в области солнечной энергетики.
solarb.ru
Где используются солнечные батареи
Современные солнечные батареи нашли широкое применение в различных отраслях, таких как: космонавтика, авиастроение, электрообеспечение строений и наружного освещения, автомобилестроение, водный транспорт, детские игрушки и паркинги с электрозаправками. Давайте подробнее рассмотрим все эти сферы использования солнечных батарей.
Космонавтика
Космонавтика, именно в этой сфере солнечные батареи нашли свое главное применение. Эти устройства являются автономными источниками электричества, снабжающие электроэнергией все системы и установки жизнеобеспечения космических станций, а также обеспечивают бесперебойную и четкую работу всей аппаратуры. Батареи одновременно питают электричеством оборудование и заряжают аккумуляторы, которые будут снабжать электроэнергией космические устройства в теневых участках орбиты.
Самолетостроение
Использование солнечных батарей в самолетостроении стало наиважнейшим достижением в истории покорения неба. Благодаря светогенераторам самолеты могут находиться в небе достаточно продолжительное время, не использую при этом топлива. Двигатели самолетов, оснащенных солнечными установками, работают на сгенерированном электричестве. В полете в светлое время суток происходит заряд аккумуляторов самолета, которые в темноте будут отдавать свой заряд двигателям для продолжения полета. Такие самолеты необходимы для связи и разведки, а также для наблюдения в гражданских и научных целях.
Энергообеспечение зданий
Для резервного (в случаях аварийного отключения станций или подстанций, обрывов линий электропередач) или основного (в тех случаях, когда нет возможности подключения к централизованному источнику электроэнергии) энергообеспечения жилых и производственных зданий, а также систем уличного освещения солнечные батареи являются идеальным оборудованием. Учитывая, что при традиционной выработке электроэнергии, это касается ТЭЦ, происходит сжигание ископаемого топлива, в процессе чего выделяется огромная масса вредных газов, ведущих к мировому парниковому эффекту.
Даже Англиканская церковь стала призывать человечество к использованию солнечных батарей. Так в Великобритании церковь святого Михаила в городе Хардфордширд стала пионером в применении «зеленого электричества». На крыше этой церкви были установлены солнечные батареи.
Принц Чарльз, также озабочен проблемами экологической обстановки в мире. Он увлекся проектами альтернативной энергии и планирует оборудовать дворец Clarence House, которых находится в Лондоне солнечными батареями.
В планы Министерства обороны США входит сокращение вредных выбросов (углекислого газа) с территории военной базы Перл Харбор и сделать ее экономически независимой. Благодаря оборудованию солнечными батареями крыш, военная база сократит свою потребность в нефтепродуктах на 5 667 баррелей в год, а выброс углекислого газа на 3 118 тонн в год.
Солнечными генераторами оснащаются и другие строения, такие как маяки, расположенные вдали от централизованного электроснабжения. Также этими устройствами оборудуются надводные буи и указатели.
Автомобили и другие транспортные средства
В автомобилестроении солнечные установки начинают становиться приоритетом в развитии этой отрасли. Экологически безопасный транспорт – это не просто дань моде, а жизненно необходимая мера. В «зеленых» автомобилях в светлое время суток двигатели приводятся в движение за счет электричества, выработанного солнечным генератором, а в темное время - за счет заряженных аккумуляторов. Такой автомобиль может развивать значительную скорость – 135 км/ч.
Водный транспорт постепенно тоже комплектуют солнцегенераторами. Это касается в основном туристический парк небольших судов. Так в Турции, а именно в городе Далян, известный как курортный город по многочисленным его каналам туристов развозят экологичные лодки, оборудованные солнечными батареями. Правда скорость таких эко – лодок невелика и составляет всего 10 км/ч. Но туристам эта скорость только во благо, они успевают рассмотреть все достопримечательности и пофотографировать.
Где еще используются солнечные батареи?
Самые маленькие пользователи электроэнергии тоже не остались в стороне от наступления «солнечного» электричества. Это связано с заменой обычных батареек на солнечные генераторы. Так любимые машинки, оснащенные солнечными батареями, стали экологически безопасными и практически вечными, если не были разобраны в первые дни игры. Касается это конечно не только машин. Существует большое количество занимательных и развивающих игрушек оснащенных солнечными батареями, благодаря внедрению технологии «солнечного» электричества нет необходимости покупать, а затем выбрасывать использованные гальванические элементы и пристально следить за тем, чтобы они не оказались во рту у малыша. А такая игрушка как макет эко – дома еще и поучительна. Она демонстрирует все возможности солнечных батарей, установленных на крыше частного дома.
Строительство «солнечных» парковок вырастает пропорционально производству гибридных автомобилей. Таким строительством занимаются развитые страны Евросоюза, США и Япония. На крышах этих «заправок» устанавливаются солнечные генераторы, которые заряжают не только припарковавшиеся автомобили, но и аккумуляторы большой мощности. Электрической энергии аккумуляторных батарей хватает только на собственные нужды самой заправки, что делает их энергетически независимыми. В темное время суток автомобили «заправляются» от стационарной сети.
Южнокорейские изобретатели предлагают свое новое изобретение, связанное с решением проблемы зарядки всевозможных устройств (мобильных телефонов, планшетов, ноутбуков и т.п.), в походных условиях. Это устройство, своего рода, солнцегенератор. Оно вырабатывает достаточно электроэнергии для зарядки аккумулятора практически любого гаджета.
solarb.ru
Преимущества и недостатки солнечных батарей
Миллиарды киловатт лучистой энергии посылает на Землю Солнце – источник жизни на нашей планете. Использование этой энергии и преобразование в столь необходимое нам электричество решается применением в качестве преобразователей солнечных батарей. Солнечные батареи – один из самых перспективных источников электроэнергии как для промышленных предприятий, так и для бытового использования.
Солнечная батарея (модуль, панель) представляет собой фотоэлектрический генератор постоянного тока, принцип действия которого основан на физическом свойстве полупроводников: фотоны света выбивают электроны из внешней орбиты атомов полупроводника, создавая при этом достаточное количество свободных электронов для возникновения электрического тока. При замыкании цепи возникает электрический ток. Для получения требуемого количества мощности обычно одного или двух элементов недостаточно. Поэтому их объединяют в панели, где соединяют параллельно или последовательно для получения необходимых параметров по току и напряжению. Площадь таких панелей варьируется в диапазоне от нескольких квадратных сантиметров до нескольких квадратных метров. При увеличении числа панелей увеличивается и производимая мощность. Эффективность преобразования солнечной энергии в электричество зависит не только от площади батареи, но и от интенсивности солнечного света и угла падения лучей, а значит КПД батареи определяется ее местоположением (географической широтой), погодой, временем года и суток.
Основным достоинством солнечной батареи, как и солнечной энергетики вообще, является общедоступность и неисчерпаемость источника энергии (Солнца).
Теоретически признанная экологическая безопасность солнечных батарей увеличивает число потенциальных потребителей солнечной энергии, особенно среди поклонников «зеленых» технологий. Здесь нельзя не отметить, что в производстве фотоэлементов и в используемых для их производства материалах, а также в дополнительном оборудовании для солнечных электростанций (аккумуляторах) зачастую используются токсичные вещества.
Солнечные батареи практически не изнашиваются, поскольку не содержат движущихся частей и крайне редко выходят из строя.
Длительный срок службы без ухудшения эксплуатационных характеристик – 25 лет и более, что подтверждено многолетней практикой использования.
Функционирование солнечных батарей не зависит от технических неполадок энергопоставщиков.
Солнечным батареям не нужно топливо, что дает возможность не зависеть ни от цен на него, ни от проблем с транспортировкой.
Кроме того, солнечные батареи бесшумны, чем выгодно отличаются от ветровых систем.
Энергия, генерируемая солнечными батареями фактически является бесплатной (одно «но» – все это только после того, как в солнечную энергосистему уже были вложен начальный капитал и она окупилась).
Одним из преимуществ фотоэлектрических систем является модульность. При увеличении энергопотребления и/или финансовых возможностей домовладелец, использующий солнечные батареи в качестве источника электроснабжения, может увеличивать мощность системы за счет добавления дополнительных фотоэлектрических модулей.
Однако, несмотря на весомое количество достоинств, солнечные батареи чаще используют в качестве вспомогательного источника электроснабжения.
Причин для этого несколько и наиболее значимыми из них является высокая стоимость солнечной батареи и недостаточный КПД. В среднем 1 кв. метр площади солнечной батареи прозводит не более 120 Вт полезной мощности. Этой энергии недостаточно даже для работы компьютера. В среднем КПД используемых для электроснабжения зданий солнечных батарей составляет 14%, что меньше КПД традиционных источников энергии.
Высокой стоимостью батарей обусловлен и длительный срок окупаемости, а, следовательно, и высокая цена производимой энергии в течение этого срока. С усовершенствованием существующих технологий и появлением новых разработок этот недостаток постепенно преодолевается. Вообще, солнечные батареи в современных российских условиях – пока еще дорогое удовольствие. На Западе ситуация лучше, благодаря государственным программам поддержки «зеленых» технологий и крупным инвестициям в солнечное производство.
Солнечные батареи малоэффективны в зимнее время, а также при пасмурной и туманной погоде. Зависимость от погодных условий вынуждает использовать солнечные батареи в совокупности с другими альтернативными источниками энергии в составе гибридных систем, а также применять аккумулирующие системы для сохранения энергии на случай непогоды.
Поток солнечной энергии на поверхность земли зависит от географической широты и климата местности. В разных местах земного шара количество солнечной энергии, падающей на землю, может очень сильно разниться.
Для приборов, потребляющих большую мощность, солнечные батареи неприменимы.
Использование энергосистем на основе солнечных батарей требует установки дополнительного оборудования (аккумуляторов, инверторов и т. д.) и наличия вспомогательных помещений для его размещения.
Солнечные электростанции не вырабатывают электроэнергию в ночное время и недостаточно эффективно работают при рассеянном солнечном излучении, по утрам и вечерам. Ориентировка солнечных батарей относительно Солнца, позволяет увеличить генерируемый ими ток, однако ежедневная ориентировка батарей довольно затруднительна. Существующие системы слежения за Солнцем (трекеры) в какой-то степени спасают положение и увеличивают эффективность системы, однако они дороги и требуют технического обслуживания. Поэтому их применение обычно ограничивается крупными энергосистемами. Учитывая, что пик электропотребления приходится на вечерние часы и возможны колебания мощности при изменении погоды необходимо либо использование эффективных электрических аккумуляторов (а это тоже пока является проблемой), либо строительство мощных гидроаккумулирующих станций, также занимающих немалые площади, либо использование концепции водородной энергетики, тоже пока далекой от совершенства. Необходимо отметить, что никель- кадмиевые аккумуляторы плохо работают при повышенных и пониженных температурах. Понижение температуры аккумулятора ниже 0° С приводит к значительному понижению их мощности.
Для размещения мощных электростанций промышленного назначения требуются огромные свободные территории. Например, для электростанции мощностью 1 ГВт требуется несколько десятков квадратных километров площади. Эта проблема сейчас успешно решается размещением солнечных батарей на крупных солнечных электростанциях на высоте 1,8 – 2,5 метра, что дает возможность использовать земли под электростанцией для различных сельскохозяйственных нужд, например, выпаса скота. К тому же в мире пока еще достаточно крупных, неосвоенных человеком, территорий (например, пустынь). Применение солнечных аэростатных электростанций также может являться решением проблемы нахождения больших площадей земли под солнечные электростанции.
Поверхность солнечных панелей нужно периодически очищать от пыли и других загрязнений, что в случае крупных электростанций, занимающих несколько квадратных километров, вызывает определенные сложности.
КПД фотоэлементов уменьшается при их нагреве и, поскольку работают они под разогревающим их солнечным излучением, то возникает насущная необходимость установки систем охлаждения,как правило, водяных.
После 30 лет эксплуатации производительность фотоэлектрических элементов начинает снижаться.
Существенным недостатком солнечных батарей является наличие ядовитых веществ в составе самих фотоэлементов (свинца, кадмия, галлия, мышьяка и т. д.) и применение токсичных веществ при их производстве, несмотря на экологическую чистоту получаемой при этом электроэнергии. Через 30-50 лет использования батарей неизбежно возникает проблема их утилизации, которая пока еще не разрешена с точки зрения экологии.
Типы солнечных кремниевых батарей.
Различают несколько типов солнечных кремниевых батарей, в зависимости от способа изготовления. Самый эффективный тип солнечных панелей изготавливают из монокристаллического кремния. Помимо незначительного потемнения технологического полимера, являющегося герметиком для пластин, солнечные батареи практически не изменяют своих технологических параметров в течение длительного срока эксплуатации.
Солнечные батареи из поликристаллического кремния имеют максимальный КПД до 15% и срок эксплуатации, приближенный к сроку эксплуатации монокристаллического кремния. Себестоимость поликристаллического кремния незначительно ниже монокристаллического.
При достаточном количестве солнечных элементов можно создать солнечную батарею с практически любыми напряжением и током и способную обеспечить зарядку любого типа аккумуляторов. Все дело только в стоимости такой солнечной батареи. Конечно, не следует забывать, что мощная солнечная батарея будет занимать большую площадь для своей установки. Нужно также отметить, что если полноценное солнечное освещение батареи бывает ограниченное время суток, то желательно использовать солнечную батарею, обеспечивающую ускоренный зарядный ток, величина которого находится в пределах 0,15-0,3 от емкости аккумуляторов.
www.solarbat.info
Интересно почитать
ecoteco.ru
Солнечная батарея – использование в быту (макет дома)
ВВЕДЕНИЕ
Идея создания данного проекта пришла ко мне не случайно. Мой дядя недавно побывал в Израиле, где люди повсеместно используют солнечную энергию для бытовых нужд (освещение, обогрев домов, воды и т. д.). Эта тема меня очень заинтересовала, и я решил больше узнать об этом и попробовал создать макет дома, освещаемого с помощью солнечной батареи (или солнечного модуля).
Солнечная батарея — бытовой термин, используемый в разговорной речи или не научной прессе. Обычно под термином “солнечная батарея” подразумевается несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток.
История создания солнечной батареи
Еще в древности люди начали задумываться о возможностях применения солнечной энергии. Согласно легенде, великий греческий ученый Архимед сжег неприятельский флот, осадивший его родной город Сиракузы, с помощью системы зажигательных зеркал. Доподлинно известно, что около 3000 лет назад султанский дворец в Турции отапливался водой, нагретой солнечной энергией. Древние жители Африки, Азии и Средиземноморья получали поваренную соль, выпаривая морскую воду. Однако больше всего людей привлекали опыты с зеркалами и увеличительными стеклами. Настоящий “солнечный бум” начался в XVIII столетии, когда наука, освобожденная от пут религиозных суеверий, пошла вперед семимильными шагами. Первые солнечные нагреватели появились во Франции. Естествоиспытатель Ж. Бюффон создал большое вогнутое зеркало, которое фокусировало в одной точке отраженные солнечные лучи. Это зеркало было способно в ясный день быстро воспламенить сухое дерево на расстоянии 68 метров. Вскоре после этого шведский ученый Н. Соссюр построил первый водонагреватель. Это был всего лишь деревянный ящик со стеклянной крышкой, однако вода, налитая в немудреное приспособление, нагревалась солнцем до 88°С. В 1774 году великий французский ученый А. Лавуазье впервые применил линзы для концентрации тепловой энергии солнца. Вскоре в Англии отшлифовали большое двояковыпуклое стекло, расплавлявшее чугун за три секунды и гранит – за минуту.
Первые солнечные батареи, способные преобразовывать солнечную энергию в механическую, были построены опять–таки во Франции. В конце XIX века на Всемирной выставке в Париже изобретатель О. Мушо демонстрировал инсолятор – аппарат, который при помощи зеркала фокусировал лучи на паровом котле. Котел приводил в действие печатную машину, печатавшую по 500 оттисков газеты в час. Через несколько лет в США построили подобный аппарат мощностью в 15 лошадиных сил.
Преимущества солнечной батареи
Одно из главных достоинств солнечной энергии – ее экологическая чистота. Правда, соединения кремния могут наносить небольшой вред окружающей среде, однако по сравнению с последствиями сжигания природного топлива такой ущерб – капля в море.
Полупроводниковые солнечные батареи имеют очень важное достоинство – долговечность. Притом, что уход за ними не требует от персонала особенно больших знаний. Вследствие этого солнечные батареи становятся все более популярными в промышленности и быту.
Несколько квадратных метров солнечных батарей вполне могут решить все энергетические проблемы небольшой деревушки. В странах с большим количеством солнечных дней – южной части США, Испании, Индии, Саудовской Аравии и прочих – давно уже действуют солнечные электростанции. Некоторые из них достигают довольно внушительной мощности.
Сегодня уже разрабатываются проекты строительства солнечных электростанций за пределами атмосферы – там, где солнечные лучи не теряют своей энергии. Уловленное на земной орбите излучение предлагается переводить в другой тип энергии – микроволны – и затем уже отправлять на Землю. Все это заучит фантастично, однако современная технология позволяет осуществить такой проект в самом близком будущем.
Солнечная энергетика открыта уже довольно давно. Но ее долго не рассматривали в качестве крупного источника энергии из–за дороговизны производства. Время шло, и технологии развивались. Солнечные панели подешевели и стали серьезным источником энергии. В прошлом году во всем мире суммарная мощность солнечных электростанций превысила 20 гигаватт! И этот показатель с начала нынешнего века удваивается каждые три года. В стороне только Россия (а зря, ведь плата за электроэнергию в стране велика).
Недостатки солнечной батареи
• Зависимость от погоды и времени суток.
• Как следствие необходимость аккумуляции энергии.
• Высокая стоимость конструкции.
• Необходимость постоянной очистки отражающей поверхности от пыли.
• Нагрев атмосферы над электростанцией.
Где производят солнечные панели?
В наше время тема развития альтернативных способов получения энергии как нельзя более актуальна. Традиционные источники стремительно иссякают и уже через каких–нибудь пятьдесят лет могут быть исчерпаны. И уже сейчас энергетические ресурсы довольно дороги и в значительной мере влияют на экономику многих государств.
Всё это заставляет жителей нашей планеты искать новые способы получения энергии. И одним из наиболее перспективных направлений является получение солнечной энергии. И это вполне естественно. Ведь именно Солнце даёт жизнь нашей планете и обеспечивает нас теплом и светом. Солнце обогревает все уголки Земли, управляет реками и ветром. Его лучи выращивают не менее одного квадриллиона тонн всевозможных растений, которые, в свою очередь, являются пищей для животных.
Производство солнечных панелей растет бешеными темпами, стараясь поспеть за стремительно растущим спросом. Причем одновременно растет спрос и для промышленных электростанций и для бытового потребления.
Лидером в производстве солнечных панелей является Китай. Здесь производят почти треть (29%) от общемировой продукции. При этом большая часть уходит на экспорт – в США и Европу. Примечательно, что американцы, являясь крупнейшим потребителем, производят лишь 6% от всех солнечных панелей, предпочитая инвестировать в перспективные крупные заводы в Китае.
Ненамного от Китая отстают Япония и Германия, которые производят соответственно 22% и 20% от общемировой продукции. Еще одним лидером является Тайвань – 11% рынка. Все остальные страны производят значительно меньшее количество солнечных панелей.
Создание дома
Идея использования солнечных батарей для нужд людей, так привлекла меня, что я решил смастерить макет дома из картона, освещаемого светодиодом, который питается от солнечной батареи. Для этого я собрал соответствующую схему электрической цепи. Для возможности использования освещения в пасмурную погоду и в ночное время, в цепь, возможно, подключить аккумуляторную батарею.
ВЫВОД
Использование электроэнергии от солнечных батарей выгодно не только из–за дешевизны, но и тем, что они не вредят окружающей среде. Но Россия и в частности Башкирия имеет мало солнечных дней в году. Поэтому для большей пользы природе и экономики актуально использовать комбинированные источники энергии, то есть солнечную энергию, сегодня следует рассматривать как дополнение к топливным, гидравлическим и ядерным энергоресурсом. Моей мечтой является создание мегаполиса, получаемого питание только от солнечной энергии. Через космическую станцию, направляющую лучи солнца в определенную точку на Земле.
Выполнил:
ученик МОУ СОШ №88г. Уфы, Республики БашкортостанИванов Николай
Руководитель:Учитель физики Лебединцева Татьяна Юрьевна
livescience.ru
Как работают солнечные батареи зимой: режим работы и уход
Большинство владельцев солнечных батарей используют их лишь в летнее время, что вполне логично. Однако в некоторых ситуациях дополнительная энергия необходима круглый год. Это означает, что фотопанели должны генерировать электричество и в межсезонье, и в зимний период. Отсюда возникает вопрос, будет ли солнечная батарея зимой работать достаточно эффективно, и сможет ли она справиться с возложенной задачей.
По сути, да, сможет. Ведь зимой (в ясные дни) солнце светит также ярко, а в пасмурные фотопанели улавливают отраженный (рассеянный) солнечный свет. Хотя общая производительность гелиобатарей все равно снизится. Собственное падение производительности – первая проблема, которая подстерегает желающих круглый год пользоваться энергией солнца. Вторая проблема – налипание снега (также вызывающее снижение энерговыработки).
Падение производительности
Согласно практическим данным, выработка солнечных панелей при зимнем сокращении светового дня падает в среднем в 1,5-2 раза. Поэтому запас мощности батарей для круглогодичного энергоснабжения дома надо рассчитывать с соответствующим превышением. Либо же стоит запастись дополнительным источником энергии (например, ветряным, дизельным или бензиновым генератором).
Кроме того, зимняя производительность зависит и от угла установки фотопанелей. Объясняется это разницей в сезонном положении солнца относительно горизонта. Зимой оптимальный угол наклона солнечных батарей должен быть равен широте места установки, увеличенной на 10-15°.
Но, говоря о зимнем снижении производительности, стоит вспомнить, что фотопанели отражают не только прямой, но и рассеянный солнечный свет. Иными словами, свет, отраженный от выпавшего вокруг панели снега. Поэтому небольшие сугробы вокруг батареи могут оказаться очень полезными. Но образование таких сугробов напрямую связано с другой зимней проблемой – налипанием снега на рабочую поверхность.
Налипание снега
Очистка рабочей поверхности от налипшего снега – обязательное условие зимней эксплуатации. В противном случае автономное энергоснабжение от солнца просто прекратится. Конечно, в более южных широтах, где снега зимой очень мало, эта проблема не играет такой роли как в северных регионах. На территории же, к примеру, центральной России без этого не обойтись.
Зимняя очистка снега бывает пассивной и активной. Пассивная заключается в заранее обдуманном способе установки панелей вертикальным образом либо на стене здания, либо на отдельной раме-стойке. Желательно, чтобы пространство хорошо продувалось ветром, тогда снег вообще не будет накапливаться на поверхности. Активный же метод представляет собой очистку поверхности батарей при помощи обычной швабры с длинным ворсом.
Особенности работы «под снегом»
Несмотря на то, что снег зимой создает определенную проблему, он же и во многом облегчает использование солнечных батарей. Дело в том, что когда фотопанели работают, активно заряжая аккумуляторы энергосистемы, они довольно сильно нагреваются. Летом охлаждение батарей является серьезной задачей, поскольку перегрев их может вывести из строя всю сеть. Зимой же, снег, скапливаясь вокруг батарей, создает определенный охлаждающий эффект. Точно также охлаждает батареи и снег, таящий на рабочей поверхности. Таким образом, в небольших количествах он играет не отрицательную, а положительную роль в зимней работе фотопанелей.
Еще одно преимущество окружающего снега – его высокая отражающая способность. Особенно важно это для батарей на поликристаллах, которые превосходно улавливают отраженный и рассеянный свет, повышая тем самым свою производительность.
solarb.ru
.jpg)
