Типы солнечных батарей: как устроены и как выбрать

Тем, кто хочет использовать технологии альтернативной электроэнергии, необходимо различать типы солнечных батарей. Эта сфера активно развивается, и на рынке представлены несколько разновидностей, но далеко не каждый тип подходит для использования в условиях климата России.

Ошибка в выборе обернется пустой тратой средств на батарею и ее монтаж, так как КПД будет нулевым. В нашей статье мы расскажем, какие бывают типы солнечных батарей, поговорим об их дополнительной классификации и разберем правила выбора и ухода за этим оборудованием.

Принцип работы солнечной батареи

Солнечная батарея – это экологически чистый источник энергии, используемый не только в промышленных масштабах, но и для локального домашнего пользования. Преобразуя солнечные лучи в постоянный ток, мы получаем возобновляемую энергию для обеспечения работы мелкой бытовой техники и даже подзарядки электромобилей, при этом не используя подключение приборов к электросети.

Солнечная батарея работает по принципу фотоэлектрического преобразователя. При помощи полупроводников радиация солнца концентрируется на панелях, и в результате мы получаем электроэнергию с напряжением 220 В.

Внешний вид стандартной солнечной панели представляет собой прямоугольник-пластину. Это ее самая узнаваемая форма. На ней размещается определенное количество кремниевых пластинок, покрытых закаленным стеклом. Благодаря системе проводников свободные потоки частиц накапливаются в аккумуляторе, и при помощи инвертора постоянный ток преобразуется в переменный с напряжением 220 – 230 В.

Преимущества использования солнечных батарей

Рассмотрим подробнее плюсы использования солнечных батарей:

• Автономность. Эксплуатация подобного рода источника альтернативной энергии не зависит от цен на коммунальные услуги или работы топливно-энергетического комплекса страны в целом. Если с задачей отопить дом полностью солнечная панель может не справиться, то на обеспечение энергией котла отопления ее мощности будет достаточно.
• Экономичность. Чтобы начать использовать панели как источник энергии, не обязательно обустраивать для этого специальное место. Значительно снижается стоимость услуг в период отопительного сезона. Мощности солнечной батареи хватит на обслуживание бытовых электроприборов. Кроме того, окупаемость установки наступает в течение 3 лет, а прослужит изделие в среднем 25 лет.
• Простота установки. Для монтажа солнечной батареи не требуется разрешение каких-либо государственных органов.
• Экологическая безопасность. Является экологически чистым источником альтернативной электроэнергии. Солнечные батареи безопасны для человека и природы.

Кроме достоинств использование солнечных батарей имеет и ряд недостатков. Главный из них – это зависимость от климатической зоны и погодных условий. В дождь, снег и пасмурную погоду работа панелей неэффективна. Кроме того, в масштабах одного дома/квартиры одной установки все равно не хватит, чтобы удовлетворить все запросы по его обеспечению электроэнергией.

Типы кремниевых солнечных батарей

Основной компонент состава, из которого изготавливаются солнечные батареи – это кремний. В России внушительное количество его залежей сосредоточено на Среднем Урале и в Западной Сибири, что в перспективе обеспечивает развитие использования альтернативных источников энергии. Кремний прост в добыче и отличается хорошими проводниковыми свойствами.

Монокристаллические батареи

Современные монокристаллические батареи изготавливаются из самого чистого кремния, без использования примесей. Для одной такой панели из цилиндрического бруска металла вырезают несколько слоев кремния. В готовом виде блоки имеют вид закругленного квадрата, проще – соты. В производстве используют только односторонне ориентированные кристаллы кремния.

После того как они затвердеют, их нарезают на тонкие пластины и соединяют электродной сеткой. Для работы готовой панели также требуется дополнительное оборудование, чтобы в течение дня разворачивать ее для захвата солнечных лучей. Значительные затраты на сложное производство несут в себе внушительную цену готового изделия. Однако высокий КПД (17-25%) такой солнечной батареи компенсирует все минусы.

Поликристаллические батареи

В отличие от первого типа, производство поликристаллических батарей значительно дешевле за счет того, что кремний используется не такой чистоты. Кроме того, на производстве опускается стадия вытягивания, а кремниевый состав получают путем постепенного охлаждения. Но вместе со снижением затрат на производство уменьшается и КПД такой панели – всего 18% и менее.

Аморфные батареи

Изготавливаются такие панели как при помощи кремния, так и с использованием пленочной технологии.

В качестве основы панели используют силан, иными словами, кремневодород, который наносят на подложку батареи. Несмотря на довольно низкий КПД устройства (до 5%), элементы из аморфного кремния способны более эффективно использовать рассеянный солнечный свет, а значит, имеют возможность осуществлять деятельность по производству тока даже в пасмурную погоду. Это, безусловно, их главное преимущество на рынке.

Типы безкремниевых солнечных батарей

Кроме кремния для изготовления солнечных батарей также используют и ряд других редких и дорогостоящих металлов. Они обладают высоким КПД (более 30%), но проигрывают своим кремниевым оппонентам в высокой цене.

Солнечные панели из редких металлов

Такой тип солнечных батарей активно используется в экстремальных погодных условиях, к примеру, его применяют для облицовки зданий в эквариториальной Африке, где днем поверхности могут нагреваться до 80 градусов. Для их изготовления обычно используют теллурид кадмия.

Не стоит забывать о том, что кадмий – довольно токсичный металл, а галлий, индий и теллур настолько редки и отличаются крайне высокой ценой, что наладить массовое производство с использованием этих металлов практически невозможно.

Из-за высокого показателя КПД этот тип солнечных батарей активно использовался в космической отрасли.

Принцип работы небольшой панели заключается в том, что на ее поверхности лучи от сотен зеркал концентрируются и генерируют ток, одновременно передавая тепло водяному теплообменнику. На выходе пар, который образуется после нагрева воды, запускает вращение турбины, которая и генерирует электроэнергию. Таким образом, энергия солнца максимально эффективно двумя способами преобразуется в электрическую.

Полимерные и органические аналоги

Разработка этих типов солнечных батарей началась относительно недавно, всего десяток лет назад, но их создатели уже могут похвастаться значительными успехами проделанной работы. Первенство в этой гонке уверенно закреплено за европейской фирмой Heliatek, которая уже оснастила своими технологичными и безопасными солнечными панелями несколько зданий.

Толщина одной такой пленочной конструкции составляет всего 1 мм.

Производство полимерной панели в разы дешевле ее кристаллических аналогов с использованием кремния

Из плюсов этой модели можно отметить:

• Экологически безопасную эксплуатацию и утилизацию.
• Дешевое производство.
• Гибкую конструкцию.

Если в будущем все недостатки будут устранены, полимерные панели могут оказать серьезную конкуренцию остальным типам солнечных батарей.

Дополнительная классификация солнечных батарей

Классификация и типы солнечных батарей (модулей):

• Фотоэлектрические преобразователи. Напрямую преобразуют солнечное излучение в электроэнергию. Конструкция представляет собой несколько элементов, соединенных в модуль. Из таких модулей впоследствии собираются батареи. Огромное преимущество фотоэлектрического преобразователя – это то, что он использует как прямое, так и рассеянное излучение, не требуя слежения за солнцем, а, значит, не нуждается в обслуживании.
• Гелиоэлектростанции. Их используют энергию солнца для приведения в движение различные технические устройства: от моторных лодок до дирижаблей. Технически принцип концентрации солнечных лучей можно привести в действие путем использования различных оптических зеркал, линз и т.д. Наиболее эффективным следует считать зеркала. Именно они позволяют получить более мощное излучение.
• Солнечные коллекторы. Это техническое устройство, которое позволяет преобразовать солнечную энергию в тепловую. Обычно их применяют в качестве нагревательных установок для обеспечения горячего водоснабжения в автономном режиме. Коллекторы имеют способность доводить жидкости до температуры 100-200 градусов цельсия, а их мощность будет варьироваться в зависимости от полезной площади устройства.

Критерии выбора подходящего типа солнечной батареи

Все вышеперечисленные типы солнечных батарей имеют свои достоинства и недостатки. Сделать правильный выбор в пользу одного из них можно, основываясь на ваших конкретных нуждах и потребностях, а также особенностях помещения, для которого они предназначены.

Если у вас большой дом и вполне достаточно места для установки солнечной электростанции, воспользуйтесь менее эффективными, но экономичными поликристаллическими панелями. Для небольших пространств наиболее подходящим вариантом станет установка монокристаллического модуля.

Тонкопленочные панели будут одинаково хороши как для установки на просторных крышах зданий, так и для небольших мобильных солнечных батарей, которые устанавливаются на дома на колесах или моторных лодках, к примеру.

Прежде чем ставить тот или иной тип солнечной батареи, рассчитайте уровень затрат и ее итоговую эффективность. Если устройство подходит вам по всем параметрам, смело устанавливайте и забудьте о классических источниках питания.

Правила обслуживания и ухода за солнечными батареями

Уход за любой солнечной батареей прост и понятен. Это традиционно сухая чистка от пыли, листьев, а также снега в зимнее время. В качестве инструмента можно взять обычную тряпку или воспользоваться шлангом, поливая модули небольшим напором воды.

Со снегом такая же ситуация. Аккуратно сметите снег щеткой или руками, предварительно надев варежки или перчатки.

Если солнечные панели занимают все покрытие крыши, необходимо воспользоваться удлиненной палкой с веником или щеткой.

Помимо ухода за поверхностью панелей, не стоит забывать и об их техническом обслуживании.

На что стоит обратить особое внимание:

• Крепление. Проверьте, насколько оно прочно и нет ли коррозии.
• Изолирующие трубки. Выполняют функцию защиты проводов. Вследствие их поломки возможно повреждение кабеля и вероятна перспектива дорогостоящего ремонта.
• Выполнить проверку инвертора на наличие перегрева или повреждений. Произвести чистку фильтров.
• Очистить поверхность панелей от видимых преград, которые могут мешать проникновению солнечного света.
• Контакт с землей. Исключить слабые контакты и плохое заземление.
• Кремниевые пластинки. В случае их неисправности возможно снижение уровня электроэнергии.

Популярные производители солнечных батарей

Сегодня на рынке довольно много производителей, которые предлагают свои товары в этом сегменте. Чтобы не ошибиться с выбором, обратите внимание на технические характеристики устройства. Не экономьте на качестве панелей, от этого зависит срок службы батареи.

Рассмотрим наиболее интересные варианты:

• LG Energy. Компания занимается производством панелей порядка 30 лет, из них в промышленных масштабах – 11. Устройства среднего и высокого ценового сегмента гарантируют работоспособность в течение 25 лет. Производство налажено на заводе в Южной Корее, и товар экспортируется в страны Северной Америки и Европы.
• SunPower. Американцы создают одни из самых долговечных и эффективных моделей солнечных батарей. КПД панелей за 25 лет снижается всего на 8%. Отличаются высокой стоимостью.
• REC Group. Норвежская компания производит свои панели в Сингапуре. Также знаменита высоким уровнем качества и гарантией 20-ти летнего срока службы. КПД снижается медленно, что продлевает возможность эксплуатации еще на несколько лет. Предлагает панели средней и высокой ценовой категории.
• Panasonic. Широко известный бренд. Гарантия качества и долговечные устройства. Панели имеют высокую эффективность 18-20%, особенно в условиях использования в средних широтах.
• Jinko Solar. Китайский производитель бюджетных и среднего сегмента панелей. Несмотря на относительно низкую стоимость, продукция отличается высоким качеством и имеет гарантию 25-30 лет.
• Trina Solar. Еще один «китаец», который производит панели с неплохими показателями работы. Отличается низкой ценой, однако и гарантия на устройство всего 10 лет. КПД при этом за время эксплуатации падает на 10%. По мнению специалистов панели этой фирмы – это отличное соотношение «цена–качество».
• Longi Solar. Компания-новичок из Китая. В производстве использует монокристаллы, которые обеспечивают бесперебойную работу даже при низких температурах и в условиях плохой освещенности. КПД от 18 до 20%.

Сегодня пальмой первенства среди солнечных панелей по праву обладают кристаллические кремниевые устройства. Они оптимально подходят для повседневных нужд, а также для обеспечения энергией небольших промышленных объектов. Однако новые разработки не заставляют себя долго ждать, возможно, в ближайшем будущем солнечное излучение станет еще более доступным источником энергии.

Вся информация о ценах и партнерах актуальна на момент публикации статьи. Действующие магазины-партнеры Халвы.