Использование солнечной панели: Как использовать солнечные панели

Содержание

Как использовать солнечные панели

Популярность альтернативной энергетики, основанной на использовании возобновляемых источников, увеличивается с каждым годом. Мировой тренд на экологичность применяемых технологий задает курс многим отраслям науки и техники. Показатели годовой выработки солнечной энергии в мире уверенно растут, ежегодно наращивая 33-36%.

Для пользователя главным плюсом солнечной энергии является ее автономность. Устройства, подключенные к солнечной батарее, не зависят от центральных сетей и локальных поставщиков. К тому же за счет отсутствия движущихся механизмов и узлов работа таких устройств абсолютно бесшумная.

Принцип работы солнечной батареи

Поскольку на сегодняшний день нет технологии, которая могла бы применять электромагнитное излучение Солнца в чистом виде, то энергию, полученную таким путем, требуется преобразовывать в другой тип – электрический ток. Именно для этого и нужны солнечные батареи.

Панели состоят из фотоэлектрических ячеек, упакованных в общую рамку.

На кремниевую пластину наносят небольшое количество бора и фосфора. Полупроводниковый фотоэлемент включает два слоя, каждый из которых имеет разную проводимость. В верхнем слое кремния с добавками фосфора (так называемый n-слой) появляются свободные электроны, а в нижнем слое кремния с добавками бора (слой p-типа) образуются «дырки». Попадание света на солнечную батарею провоцирует перемещение частиц из одного слоя в другой. Таким образом, генерируется электрический ток и по каналам движется в аккумулятор.

Мощность батареи зависит от площади панелей. Особенность всей конструкции заключается в том, что при выходе из строя одного фотоэлемента, его можно легко заменить на другой, а оболочка из пластика или закаленного стекла накрывает всю конструкцию и не дает факторам окружающей среды нарушить работоспособность системы. Важно сохранять в чистоте поверхность, так как грязь и пыль препятствуют прохождению солнечных лучей. Обязательным требованием также является равномерность освещения панелей солнцем. Если окружающие деревья и здания перекрывают доступ к солнечному свету или даже создают частичное затемнение на некоторых панелях, производительность системы неуклонно падает.

Эффективность солнечных панелей зависит еще и от температуры воздуха. Чем ниже температура, тем лучше. Кроме того угол падения лучей играет немаловажную роль. Если цель обеспечить максимальную энергию, то предпочтительно выбрать прямой угол.

Контроллеры

Чтобы использование энергии солнца было максимально эффективным, рекомендуется применять контроллер заряда для солнечных батарей. Он автоматически подбирает оптимальный режим работы, что в конечном итоге повышает производительность. Существует несколько видов контроллеров:

  • простые;
  • ШИМ;
  • mppt.

Простые контроллеры практически вышли из употребления, поскольку их срок службы крайне мал. Их главная функция – отключить батарею в том случае, когда будет достигнута заданная величина напряжения, и подключить вновь при снижении напряжения.

Применение контроллеров на основе широтно-импульсной модуляции (ШИМ) тока заряда является более современным решением. Эта технология позволяет использовать заряд на 100% и препятствует нагреванию аккумулятора. Главная цель: поддерживать постоянное напряжение.

Однако самой продвинутой на сегодняшний день можно назвать технологию на основе динамического алгоритма. Для того чтобы человек смог получать максимальное количество энергии от солнца, в панель встраивают специальный контроллер заряда mppt. Он сканирует систему и находит так называемую точку максимальной мощности (ТММ). Такие контроллеры особенно актуальны при мощности модулей от 200 Вт и в том случае, если напряжение нестандартное.

Каждый элемент системы должен быть подобран со знанием дела, чтобы функционирование ее было эффективным, бесперебойным и комфортным для человека.

Широкое применение системы солнечного энергоснабжения в бытовых целях позволяет сделать уверенный шаг в будущее. Это возможность сократить выбросы в атмосферу, но при этом оставить за человеком право пользоваться привычными благами цивилизации.

Солнечная батарея на балконе, опыт использования / Хабр

Привет Geektimes. Данная статья является продолжением предыдущей части, про туристическое зарядное устройство "Anker Solar 21Вт". Идея использования солнечной батареи для зарядки разных гаджетов мне показалась весьма перспективной, но конечно, 21Вт в качестве универсальной зарядки мало — хочется иметь возможность заряда не только в солнечную погоду, а для этого нужен запас по мощности. Поэтому были куплены полноценные солнечные панели и начаты эксперименты с ними.
Что из этого получилось, подробности под катом.

Железо


1. Солнечная панель

Тут есть разные варианты, но на балконе основным ограничением является наличие свободного места. Для понимания порядка цен, батарея на 50Вт стоит примерно 5000руб и выглядит так:


Размеры панели в мм — 540x620x30, вес 4кг.

Балконы по размеру бывают разные, исходя из габаритов панелей, вполне без проблем можно поместить 2 или 4 штуки, больше уже не влезет. Для теста было куплено 2 панели по 50Вт. Такая батарея дает около 18В под нагрузкой или 24В без нее, значит при использовании 2х батарей нужно рассчитывать на суммарное напряжение до 50В (к примеру многие dc-dc преобразователи штатно работают до 30В). Можно соединить батареи и параллельно, но тогда потери из-за длины проводов будут чуть выше.

2. Контроллер

Здесь есть 2 варианта:

— Солнечные панели + контроллер + аккумулятор

Это классическая конструкция: контроллер заряжает аккумулятор когда есть солнце, пользователь когда ему надо, эту энергию использует.


Преимуществ у данной системы несколько:

— энергией можно пользоваться когда угодно, а не только когда светло,
— возможность подключения инвертора и получения на выходе 220В,

— как бонус, резервный источник в доме на случай отключения электричества.

Недостаток один: использование аккумулятора большой емкости в корне убивает экологичность идеи данного мероприятия. Число циклов заряда/разряда аккумуляторов ограничено, они не любят переразряд, к тому же и аккумуляторы и контроллеры довольно-таки дорогие. Цена контроллера составляет от 1000р за самую дешевую ШИМ-версию, до 10000-20000р за более дорогую (и эффективную) версию с поддержкой MPPT (что такое MPPT можно почитать здесь). Цена аккумулятора составляет от 5000р за обычный гелевый аккумулятор на 40-50А*ч, некоторые используют батареи LiFePo4, они разумеется дороже.

— Grid-tie инвертер

Эта технология наиболее перспективна на данный момент.


Суть в том, что конвертор преобразует и отдает энергию сразу в домашнюю электросеть. При этом потребляемая от общей сети энергия уменьшается, домовой электросчетчик фиксирует меньшие показания.

В идеале, если солнечные панели дают достаточно энергии для всех потребителей, значение на электросчетчике вообще не будет расти. А если потребление квартиры/дома меньше, чем выработка солнечных панелей, то счетчик будет фиксировать «экспорт» энергии, что должно учитываться компанией-поставщиком электричества. В России правда такая схема пока не работает — более того, большинство старых электросчетчиков считают энергию «по модулю», т.е. за отдаваемую энергию еще и придется платить. Вроде в 2017 году вопросы микрогенерации на законном уровне обещали начать решать. Но впрочем для панелей на балконе все это имеет лишь теоретический интерес — их выработка слишком мала.

Цена grid-tie инвертора составляет от 100$, в зависимости от мощности. Отдельно стоит отметить микроинветоры — они ставятся прямо на батарею, и отдают сразу сетевое напряжение, однако рекомендуемая мощность панелей составляет не менее 200Вт. Инвертор крепится прямо на задней стенке солнечной панели, это позволяет соединять их так:


Но для балкона это разумеется, неактуально.

Тестирование


Первым делом было интересно выяснить, какую реальную мощность можно получить с солнечных панелей. Для этого за 15$ была куплена плата АЦП ADS1115 для Raspberry Pi:
Использовать ее просто, входное напряжение делится делителем и подается на аналоговый вход, на выходе имеем цифровые значения. Исходники для работы с АЦП можно взять здесь. Также был куплен датчик тока ACS712, датчик напряжения был сделан из кучки резисторов (дома нашлись только одного номинала). В качестве нагрузки была установлена обычная лампочка на 100Вт. Разумеется, от 48 вольт она не горела (лампочка расчитана на 220В), а лишь еле-еле светилась. Сопротивление спирали составляет 42 Ома, что по напряжению позволяет примерно оценить мощность (хотя у лампы накаливания сопротивление нелинейно, но для грубой прикидки сойдет).

Первая тестовая версия выглядела так:

Технофетишистам не смотреть!

Исходник был допилен, чтобы данные и текущее время сохранялись в CSV, также на Raspberry Pi был запущен web-сервер, чтобы скачивать файлы по локальной сети.

Результаты за обычный вполне ясный день с переменной облачностью выглядят так:


Видно что пик напряжения приходится на раннее утро, что есть следствие неправильной установки панелей — в идеале они не должны стоять вертикально.

А вот так выглядит «провал» в день, когда набежали тучи, и пошел дождь:


Учитывая напряжение в 44В и сопротивление нити накала лампы в 42Ома, можно грубо прикинуть (нелинейность сопротивления лампы игнорируем), что в лучшем случае получаемая мощность P = U*U/R = 46Вт. Увы, КПД 100-ваттной панели при вертикальной установке не очень хорош — солнечные лучи падают на панель не под прямым углом. В худшем случае (пасмурно, дождь) мощность падает даже до 10Вт. Зимой и летом суммарная получаемая энергия также будет отличаться.

Опыт с отдачей энергии напрямую в сеть оказался неудачным: 500-ваттный инвертер от 45 ватт просто не заработал. В принципе это было ожидаемо, так что инвертор оставлен на будущее до переезда на место с балконом побольше.

В итоге, учитывая решение отказаться от буферных аккумуляторов, единственным рабочим вариантом оказалось использование dc-dc конверторов напрямую: к примеру вот такой конвертер может заряжать любые USB-девайсы, на его выходе уже есть и USB-разъем:

Есть модели чуть подороже, они имеют больший максимальный ток и большее число USB-разъемов:

Есть мысль также найти dc-dc-конвертер для зарядки ноутбука, их выбор на eBay весьма велик.

Заключение


Данная система имеет экспериментальный характер, но в целом можно сказать что оно работает. Как видно по графику, примерно с 7 утра и до 17 вечера отдаваемая панелями мощность более 30Вт, что в принципе не так уж плохо. В совсем пасмурную погоду результаты разумеется хуже.

Об экономической целесообразности речи разумеется не идет — при выработке 40Вт*ч по 7 часов, за неделю будет выработано 2КВт*ч. Окупаемость в ценах своего региона каждый может прикинуть самостоятельно. Вопрос разумеется не в цене, а в получении опыта, что всегда интересно.

Но куда девать энергию, вопрос пока открытый. Использовать 40Вт для зарядки USB-устройств это чересчур избыточно. На eBay есть grid tie инверторы на 300Вт с рабочим напряжением 10.5-28В, однако отзывов по ним мало, а тратить 100$ на тест не хочется. Если подходящее решение так и не найдется, можно считать что одна 50-ваттная панель является оптимумом для балкона — ею можно заряжать разные гаджеты, избыточность в этом случае минимальна.

По крайней мере, уже сейчас все домашние цифровые устройства (телефоны, планшет) переведены на «зеленую энергию» без особых хлопот. Есть мысль все-таки рассмотреть использование буферного LiFePo4 аккумулятора — но вопрос выбора и аккумулятора и контроллера пока открыт.

В дополнение: как подсказали в комментариях, можно использовать свинцовый аккумулятор, например автомобильный. Да, это действительно дешевый и работающий вариант, со 100-ваттной панелью будет достаточно примерно такого контроллера, ценой всего 10-20$ на eBay:

Фото
Гуглить по словам PWM Solar Charger.

Но это решение не совсем экологичное и не совсем интересное, поэтому в плане изучения технологий я его не рассматриваю. А если кому-то надо например, запитать видеокамеру на даче, то наверное вполне вариант.

Продолжение в следующей части. Краткую видео-версию также можно посмотреть в ролике на youtube.

PS: В комментарии просили выложить фото, в данный момент батареи выглядят так:

Фото

Такой размер панелей не мешает пользоваться балконом и в принципе не портит внешний вид. Также, как подсказали в комментариях, выгоднее покупать панели бОльшей мощности, оптимумом по цене являются панели на 150-200Вт, но их размещение чуть сложнее, и надо уже прикидывать габариты, поместится панель или нет. Также встает вопрос надежного крепежа.

Использование солнечных панелей в качестве альтернативного источника энергии в школе

Принцип работы солнечной батареи очень прост, он заключается в эффекте полупроводников. При нагревании фотоэлемента электроны из атомов кремния высвобождаются, их захватывают атомы нижней пластины солнечной панели. После чего электроны стремятся вернуться в своё первоначальное положение и двигаются по соединительным проводам с нижней пластины в верхнюю, отдавая свою энергию на зарядку аккумуляторов.

Цель

Разработать систему для зарядки телефонов от альтернативного источника энергии − солнечной батареи, данные и наработки которой в будущем могут быть использованы для создания системы регулирования освещённости и защиты от перегрева кабинетов, а также определить, в школах каких регионов России это решение будет наиболее эффективно.

Задачи

  • Создать работающий прототип модели установки.
  • Изучить особенности получения энергии при использовании солнечных батарей.
  • Изучить опыт других по созданию моделей альтернативных источников для получения энергии.
  • Определить условия эффективного применения разработанной установки.
  • Определить направления дальнейшего совершенствования разработанного устройства.

Описание

В данном случае фотоэлемент улавливает солнечную энергию и генерирует ток, который заряжает сначала аккумулятор, а потом и само мобильное устройство.

Главная особенность использования установки на солнечных батареях – это отсутствие необходимости её питания от розетки и возможность размещения в любом удобном месте, освещённом солнцем.

Описание системы

Система представляет собой солнечную батарею на автоматически поворачивающемся креплении, подключённую к аккумулятору, от которого можно заряжать другие устройства. Поворотная основа требуется для сохранения перпендикулярного положения батареи относительно солнца, чтобы выдаваемая ею мощность была максимальна. Она поворачивается с заданной скоростью в течение дня, а именно пол-оборота за 12 часов посредством 12 поворотов на 15 градусов.

Параллельно с инженерной частью проекта авторы изучили географо-экологические особенности некоторых регионов России для прогнозирования эффективности сконструированной установки.

Результат

Проанализировав погодные условия, авторы решили протестировать установку в городе Кисловодск. Связались с директором одной из школ и договорились о проведении испытания системы на их базе. После этого планируется проведение дополнительных тестов в своей школе. Также составили первую версию концепта для дальнейшего развития проекта.

В условиях Москвы использование системы целесообразно максимум с апреля по октябрь из-за небольшой продолжительности светового дня и меньшего количества солнечных дней.

Оснащение и оборудование

•    Солнечные панели
•    Конструктор «LEGO educational division»
•    Провода
•    Крепления
•    Вольтметр
•    Амперметр
•    Реостат
•    Программное обеспечение
•    ДСП
•    Аккумулятор
•    Солнечная батарея
•    Контроллер
•    АКБ
•    Инвертор

Принцип работы солнечной батареи — как работает солнечная панель?

Если раньше люди были зависимы от централизованного энергоснабжения, то сейчас у всех есть хорошая альтернатива – солнечные батареи. Такое оборудование идеально для установки в частных домах, дачах, на промышленных объектах. Электростанции стали доступнее по цене и разнообразнее по видам и мощности. В этой публикации мы детальнее рассмотрим принцип работы солнечной батареи, ее виды и преимущества использования в быту и на производстве.

Устройство и история появления солнечных батарей

Человечество уже давно задумывалось об использовании неиссякаемой энергии солнца. Первые попытки предпринимались еще в двадцатом веке. Тогда была разработана концепция термальной электростанции. Однако на практике она показывала очень низкую эффективность, ведь концепция подразумевала трансформацию энергии солнца. Проанализировав первую неудачу, ученые пришли к выводу, что необходимо использовать солнечные лучи напрямую. Такой принцип был открыт в 1839 году. Его основал Александр Беккерель. Однако до появления первых полупроводников прошло немало лет. Они были изобретены лишь в 1873 году. Этот год можно назвать началом работы над современными прототипами электростанций.

Если говорить о том, из чего состоит солнечная батарея, то изначально стоит упомянуть фотоэлементы. Их можно назвать маленькими генераторами. Именно они выполняют основную функцию – собирают энергию солнца. Сегодня есть несколько видов солнечных панелей, о которых будет рассказано в следующем разделе. Однако, независимо от вида, современная панель представляет собой основу определенного размера, на которой размещаются вышеупомянутые фотоэлементы. Эти элементы очень хрупкие, поэтому они дополнительно защищаются стеклом и полимерной подложкой.

Однако солнечные панели – это лишь часть всей электростанции. Также в нее входят другие элементы:

  1. Аккумуляторная батарея.
  2. Контролер заряда.
  3. Инвертор.
  4. Стабилизатор.

Каждый из перечисленных устройств выполняет свою функцию. Аккумулятор – накапливает и хранит добытую энергию, контролер – контролирует мощность, подключает и отключает батарею, анализируя уровень заряда. Инвертор называют еще преобразователем. Это оборудование превращает прямой ток в переменный. Благодаря ему электричество можно использовать для бытовых целей. Последней составляющей электростанции является стабилизатор. Он защищает всю систему от скачков напряжения.

Какие виды солнечных батарей существуют?

Есть несколько классификационных признаков, по которым все солнечные панели делятся на разные виды:

  1. Тип устройств.
  2. Материал изготовления фотоэлектрического слоя.

По типу устройства выделяют два вида: гибкие и жесткие. Первый тип отличается своей пластичностью. Такую панель можно легко скрутить в трубочку, ничего не повредив. Твердая панель не меняет своей формы. По материалу изготовления есть три вида: аморфные, поликристаллические, монокристаллические.

Аморфные батареи могут быть гибкими. Они непривередливы к месту установки, но КПД такого устройства очень низкий. Он составляет не более шести процентов. Поликристаллические изделия отличаются низкой ценой. Однако они более эффективны в пасмурную погоду. В очень жаркую погоду их выработка снижается чуть больше чем у монокристаллических модулей.

Если необходим максимальный эффект от электростанции, то следует отдавать предпочтение панелям с монокристаллическими элементами. Уровень их КПД достигает двадцати пяти процентов. Монокристаллические панели являются более дорогими, так как монокристаллический кремний при производстве требует больших энерго и временных затрат.

Сфера применения солнечных батарей

С разработкой новых технологий и развитием концепции питания от солнечной энергии сфера применения панелей стала довольно широкой. Раньше такие устройства обычно устанавливались на небольших частных домах или дачах. Они применялись исключительно в бытовых нуждах, так как потребляемая мощность была минимальная. Сейчас же есть мощнейшие электростанции, показывающие высокую эффективность работы. По этой причине сфера применения панелей стала больше.

Интересный факт! Энергии, которую выделает Солнце за одну секунду, может хватить для обеспечения электричеством всего человечества на пятьсот тысяч лет.

Солнечные батареи стали активно применяться на промышленных и коммерческих объектах, позволяя значительно экономить на их энергоснабжении. Также панели устанавливают на сельскохозяйственных предприятиях, на фермах, военно-космических объектах. Менее мощные панели применяются для изготовления различных приспособлений для быта: фонариков, калькуляторов, зарядных устройств, др. Они служат источником энергии там, где нет возможности подключиться к центральной сети. Такие приспособления пользуются большим спросом у охотников, рыбаков, любителей походов.

Важно! Солнечные электростанции современного образца будут эффективны везде: как в доме, так и на большом промышленном объекте. Однако для этого они должны быть правильно подобраны по необходимой мощности. Расчет данного параметра должен осуществляться специалистом.

Как работает солнечная панель: принцип работы устройства простым языком

Если предстоит покупка солнечных батарей, то нужно обязательно ознакомиться не только с их устройством, но и с принципом работы. Итак, как работает солнечная панель? Несмотря на внешнюю простоту устройства, принцип работы такой электростанции довольно сложный. Он основан на фотоэлектрическом эффекте, который достигается при помощи фотоэлементов.

Солнечные панели собирают лучи. Они попадают на фотоэлектрический слой. Солнечный свет приводит к высвобождению электронов из двух слоев. На освободившиеся место из первого слоя встают электроны второго слоя. Происходит постоянное движение электронов, что приводит к естественному образованию напряжения на внешней цепи. В результате один из фотоэлектрических слоев приобретает отрицательный заряд, а второй – положительный.

Эти действия приводят в работу аккумулятор. Он начинает набирать и хранить заряд. При этом уровень заряда аккумулятора постоянно контролируется. Если он низкий, контролер включает в работу солнечную панель. В случае высокого заряда это же устройство панель отключает. Далее включается в работу инвертор. Он преобразовывает ток из постоянного в переменный. С его помощи на выходе электростанции появляется напряжение в 220 В. Это дает возможность подключать и питать от электростанции бытовые приборы.

Подключение солнечной панели

Эффективность и правильность работы солнечных батарей зависит не только от их вида, мощности, но и от установки и подключения. Должна быть разработана правильная схема подключения всех элементов электростанции и грамотно выбрано место для установки солнечных панелей. Такую работу можно доверять только профессионалам.

Не секрет, что выходное напряжение одной панели относительно невысокое. Обычно используются несколько батарей одновременно. Все панели должны подключаться параллельно-последовательным способом. Такой тип подключения позволяет обеспечивать максимальную эффективность работы оборудования.

Преимущества, недостатки панелей

Солнечные батареи стали дешевле, что сделало их доступнее для более широкого круга потребителей. Однако перед покупкой каждый человек должен детально ознакомиться с преимуществами и недостатками этого источниками энергоснабжения. Среди его неоспоримых достоинств стоит отметить следующие:

  • экологическая безопасность. В наше время экология – это одна из насущных проблем. Солнечные электростанции работают без вреда окружающей среде. Они не выделяют при работе вредных веществ;
  • быстрая окупаемость. Стоимость электричества, как для бытовых пользователей, так и для предприятий, постоянно растет. С установкой панелей удается полностью или частично перейти на альтернативный источник энергии, являющийся абсолютно бесплатным и доступным каждому. Благодаря этому, покупка и установка оборудования окупается за считанные годы работы;
  • легкость использования электростанции. Несмотря на сложное устройство и принцип работы, эксплуатировать станцию довольно просто. Главное – следить за исправностью ее составляющих и не экономить на обслуживании, которое требуется не так часто;
  • быстрая установка. Профессионалы монтируют все элементы станции буквально за несколько часов или дней (в зависимости от количества панелей, мощности, др.). Больше времени занимает подбор составляющих и покупка оборудования.

Недостатки у таких установок тоже имеются. Самый основной заключается в дороговизне оборудования. Однако не стоит забывать, что большой вклад при покупке быстро окупится многолетним бесплатным использованием энергии солнца. Вторым серьёзным недостатком солнечных панелей является их зависимость от внешних факторов. Эффективность их работы зависит от погоды, температурных условий, положения по отношению к Солнцу, от чистоты поверхности.

Как достичь максимальной эффективности работы батарей?

Солнечную электростанцию имеет смысл ставить только в регионах с длительным световым днем. Там, где день короткий, можно применять панели только в качестве дополнительного источника света, но не основного. Как уже было замечено, разные виды солнечных батарей имеют свой КПД. Чтобы добиться максимального эффекта, следует выбирать устройства с максимальной производительностью, несмотря на их дороговизну.

Большую роль будет играть правильность расчета мощности всей установки. Это позволит подобрать необходимый размер и количество панелей, мощность других комплектующих станции. Также залогом эффективной работы панелей является мощный аккумулятор. В системе должно быть два аккумулятора, особенно в зимнее время года. Второй аккумулятор позволит накапливать достаточно энергии для обеспечения электричеством объекта в короткие световые дни.

Нельзя забывать и о других факторах, которые влияют на работу станции. Панели должны быть расположены под правильным углом, их нужно обязательно держать в чистоте. В противном случае, КПД батарей будет значительно снижаться.

Материал, способный сделать солнечную энергию «удивительно дешевой» | Энергетика

Ученые открыли, что материал, известный уже сто лет, может снизить затраты на получение солнечной энергии.
Солнечные батареи нового типа, изготовленные из материала, который, по сравнению с кремнем, значительно дешевле как для производства, так и в эксплуатации, могут генерировать такое же количество энергии, как и используемые сегодня солнечные панели. Несмотря на то, что возможности этого материала только начинают осознаваться, он привлек внимание ведущих специалистов в области солнечной энергетики, и несколько компаний уже сегодня работают над его коммерческим использованием.
Создавшие новую технологию специалисты говорят, что она может привести к появлению солнечных панелей, стоимость которых составит 10-20 центов за 1 Кватт производимой энергии. Сегодняшние солнечные батареи имеют стоимость примерно 75 центов за 1 Кватт. Министерство Энергетики США заявляет, что при стоимости в 50 центов за Кватт, использование солнечной энергии сможет конкурировать с получением энергии на основе ископаемого топлива.
В прошлом, ученые в области солнечной энергетики, в поисках более дешевых способов преобразования солнечной энергии разделились на два лагеря. Одни предлагали способы удешевления производства солнечных батарей. Но такие батареи были относительно неэффективными. В последнее время все больше специалистов направляли свои усилия на создание очень эффективных солнечных панелей, пусть даже они и будут требовать более высоких затрат на их производство.
Новый материал может соединить лучшие достижения этих двух направлений - создать солнечные панели с высокой эффективностью, и при этом не требующие больших затрат при их производстве.
Один из ведущих исследователей в области солнечной энергетики, Мартин Грин из Университета Нового Южного Уэльса (Австралия), говорит, что его впечатлил быстрый прогресс в этом направлении. Солнечные батареи, использующие этот материал, «могут изготавливаться с использованием очень простой, и весьма недорогой технологии. При этом эффективность батарей увеличивается очень заметно», - говорит он.
Минерал «перовскит» (титанат кальция) известен более ста лет, но до сравнительно недавнего времени никто не пытался использовать его для создания солнечных батарей. Этот минерал очень хорошо абсорбирует свет. В то время как традиционные кремниевые солнечные панели имеют толщину около 180 микронов, новые батареи используют для поглощения такого же количества света слой материала, толщина которого не превышает одного микрона. Пигмент перовскита является полупроводником, который также хорошо передает электрический заряд, создаваемый, когда на него падает свет.
«Этот материал удивительно дешев», - говорит Майкл Гэтзел (Michael Grätzel), известный специалист в области солнечной энергетики, именем которого назван созданный им тип солнечных батарей. Его группа разработала наиболее эффективные из созданных сегодня перовскитовых солнечных батарей. Они преобразуют в электричество 15 процентов получаемой ими солнечной энергии. Это намного больше, чем у других, недорогих в производстве солнечных батарей. Основываясь на достигнутых показателях, и известных свойствах преобразования света, специалисты заявляют, что эффективность новых солнечных батарей легко может быть увеличена дл 20-25 процентов, а это уже соответствует рекордам (которые, как правило, достигаются в лабораторных условиях) для большинства распространенных типов солнечных батарей. При массовом производстве реальная эффективность может быть несколько ниже. Но имеет смысл сравнивать достигнутую в лабораторных условиях эффективность перовскитовых солнечных батарей, с лабораторными рекордами других материалов. Гэтзел говорит, что перовскит в солнечных батареях, скорее всего, окажется, «великодушным» материалом, сохраняющим высокую эффективность при массовом производстве, поскольку производственный процесс довольно прост.
Перовскитовые солнечные батареи могут изготавливаться путем напыления на лист стекла или металлической фольги пигмента перовскита вместе с несколькими другими слоями материалов, способствующих движению электронов внутри батареи. Это не совсем те напыляемые солнечные батареи, мгновенно превращающее любую поверхность в генератор электроэнергии, которые описываются фантастами в своих романах. Однако процесс изготовления настолько прост, что почти приближается к этому идеалу. «Очень маловероятно, что кто-нибудь, когда-нибудь сможет купить тюбик «солнечной краски», но все слои солнечной батареи могут изготавливаться с той же легкостью, как и покраска поверхности», - говорит Генри Снайт, физик из Оксфордского Университета, который, работая с группой ученых в Азии, сообщил о наиболее эффективных солнечных батареях нового типа.
Когда перовскит был впервые использован в солнечных батареях в 2009 году, их эффективность была очень низкой - они преобразовывали в электричество лишь около 3.5 процента солнечного света. Они также были недолговечными, поскольку перовскит растворяется в жидком электролите. До того, как батареи прекращали свою работу, ученые едва успевали провести измерения. Но в прошлом году несколько технических инноваций, на базе которых был найден способ замены жидкого электролита твердым материалом, позволили решить эти проблемы, и начать исследования в направлении создания наиболее эффективных солнечных батарей.
«В период с 2009 по 2012 была опубликована только одна статья. Затем, в конце лета 2012 их словно прорвало», - говорит Снайт. Эффективность быстро удвоилась, а затем удвоилась еще раз. И ожидается, что эффективность будет продолжать расти, поскольку ученые применяют методы, которыми улучшали эффективность солнечных батарей других типов.
Снайт работает над коммерциализацией новой технологии, создав новую компанию Oxford Photovoltaics, уже собравшую капитал в 4.4 миллиона долларов. Гэтзел, чья оригинальная технология солнечных батарей сегодня используется в потребительских продуктах, таких как рюкзаки и футляры для iPad, продает лицензию на новую технологию компаниям, которые намерены использовать традиционные кремниевые панели для крупномасштабного производства солнечной энергии.    
Как и любой новый игрок на рынке солнечных панелей, характерном высокой конкуренцией, перовскит столкнется с определенными проблемами в вытеснении кремниевых солнечных батарей. Стоимость кремниевых солнечных батарей снижается, и некоторые аналитики считают, то она сможет упасть ниже 25 центов за Кватт. А это устранит основную часть экономических преимуществ использования перовскита, и снизит стимулы для инвестиций в новую технологию. Ожидается, что процесс производства перовскитовых солнечных батарей (который может быть сведен к разбрызгиванию жидкости по поверхности, или использованию пара для нанесения пигмента) будет несложным. Но фактически требуется более десяти лет для того, чтобы новая технология солнечных батарей, перешла из лабораторной фазы к рыночному продукту. А за эти десять лет кремниевые солнечные батареи могут уйти слишком далеко вперед.
Грин говорит, что одной из возможностей могло бы быть использование перовскита в качестве дополнения, а не в качестве замены солнечных батарей.  Перовскит можно наносить на традиционные кремниевые солнечные батареи, увеличивая их эффективность, и снижая общую стоимость на одни ватт. Такой подход позволит прорваться на рынок солнечной энергетики с меньшими усилиями, чем при предложении совершенно нового типа солнечной батареи.
Еще одной проблемой может стать наличие в пигменте перовскита некоторого количества токсичного свинца. Необходимо проведение испытаний, показывающих, насколько токсичность свинца увеличивает токсичность перовскита. Также необходимо предпринять определенные шаги для сбора и переработки отработанных батарей, чтобы предотвратить попадание перовскита в окружающую среду. Такой подход сегодня применяется к свинцово-кислотным батареям стартеров в автомобилях. Кроме того, вместо свинца в солнечных батареях можно использовать олово или другое вещество.

Некоторые вопросы о солнечных батареях

Ежедневно на нашу планету поступают миллиарды киловатт солнечной энергии. Люди уже давно начали использовать эту энергию для своих нужд. С течением прогресса для преобразования энергии солнечного света стали использовать солнечные батареи. Все новые и ещё неизвестные нам технологии, вызывают недоверие, и порой сложно поверить в их эффективность. У большинства обывателей солнечные батареи до сих пор устойчиво ассоциируются как минимум с элементом космического корабля. Поэтому давайте вкратце разберем какая эффективность у солнечных батарей, могут ли они работать в прохладном и облачном климате, требуют ли они обслуживания, необходима ли для солнечных батарей система слежения за солнцем, за какое время окупятся солнечные батареи.

 

Эффективность солнечных батарей.

 

На эффективность фотоэлементов и солнечных панелей из них влияют целый ряд факторов. В числе основных можно назвать следующие:

  • погодные и климатические условия
  • смена дня и ночи
  • неравномерность освещения
  • рост температуры
  • загрязнение
  • необратимые потери.

Мощность солнечных энергетических систем зависит от интенсивности солнечного излучения. Понятно, что если интенсивность солнечного излучения мала или отсутствует вовсе, то мощность солнечных панелей снижается. Для того, чтобы уменьшить влияиние этого недостатка, гелиосистемы снабжают аккумуляторами, которые, накопив энергию днем, в ночное время отдают свою энергию потребителю. Как правило, в ночное время суток потребление электроэнергии снижается и, если речь идет об автономных гелиосистемах обеспечения электроэнергией, запаса энергии вполне хватает для обеспечения потребностей в электроэнергии ночью.

Равномерная освещенность солнечной батареи обеспечивает высокую её эффективность. Если какой-то фотоэлемент, входящий в состав солнечной панели освещен менее интенсивно, чем соседний, то он становится паразитной нагрузкой и снижает общую энергоотдачу солнечных панелей. Для того, чтобы уменьшить влияние этого фактора, иногда удобно отключить затененный фотоэлемент. Для обеспечения максимальной эффективности солнечная панель должна быть ориентирована точно на солнце. Чтобы это достичь иногда используют поворотные системы с системой автоматического слежения за положениям Солнца.

Рост температуры солнечного элмента негативно сказывается на его способности генерировать электрический ток. Солнечные панели, особенно для больших гелиоэнергетических систем необходимо охлаждать. Пыль и влага, оседая на поверхности солнечных панелей также негативно сказываются на их эффективности. Поэтому необходимо время от времени проводить мероприятия по очистке поверхности солнечных батарей от пыли и грязи. Иногда поверхность солнечных панелей покрывают специальным составом, уменьшающим степень загрязнения поверхности солнечной батареи.

Ключ к повышению эффективности солнечных батарей лежит в уменьшении необратимых потерь солнечной энергии в процессе взаимодествия солнечного света и вещества, из которого изготовлены фотоэлементы. Уменьшение необратимых потерь в фотоэлементах приведет к увеличению их КПД. В среднем, КПД солнечных эксплуатируемых сейчас панелей не превышает 15-20%. В лабораториях ведутся работы по увеличению этого показателя. Увеличение КПД всего на один или два процента уже считаются хорошим результатотм. В средствах массовой информации можно найти информацию о том, что КПД отдельных фотоэлментов, измеренный в лабораторных условиях, приближается к 45%.

 

Могут ли солнечные батареи работать в прохладном и облачном климате .

 

Количество солнечной радиации, достигающее поверхности Земли, зависит от различных атмосферных явлений и от положения Солнца как в течение дня, так и в течение года. Облака - основное атмосферное явление, определяющее количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. В любой точке Земли солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, уменьшается с увеличением облачности. Следовательно, страны с преобладающей облачной погодой получают меньше солнечной радиации, чем пустыни, где погода в основном безоблачная. На формирование облаков оказывает влияние наличие таких особенностей местного рельефа, как горы, моря и океаны, а также большие озера. Поэтому количество солнечной радиации, полученной в этих областях и прилегающих к ним регионах, может отличаться. Например, горы могут получить меньше солнечного излучения, чем прилегающие предгорья и равнины. Ветры, дующие в сторону гор, вынуждают часть воздуха подниматься и, охлаждая влагу, находящуюся в воздухе, формируют облака. Количество солнечной радиации в прибрежных районах также может отличаться от показателей, зафиксированных в областях, расположенных внутри континента.

Количество солнечной энергии, поступающей в течение дня, в значительной степени зависит от местных атмосферных явлений. В полдень при ясном небе суммарное солнечное излучение, попадающее на горизонтальную поверхность, может достигнуть (например, в Центральной Европе) значения в 1000 Вт/м2 (при очень благоприятных погодных условиях этот показатель может быть выше), в то время, как при очень облачной погоде - ниже 100 Вт/м2 даже в полдень.

Облачность действительно влияет на работу солнечных батарей. Количество энергии, производимой Вашими солнечными батареями, напрямую зависит от количества солнечных лучей, которые они получают.

В безоблачный день под прямыми солнечными лучами солнечные батареи получают максимум света. Именно в эти часы пик они будут производить максимальное количество энергии.

Когда солнце затягивается облаками, уровень света понижается. Однако это не перекрывает производство энергии. Если, несмотря на облачность, света все же достаточно, чтобы предметы на земле отбрасывали тень, Ваши батареи будут работать примерно в половину своей мощности. Более плотная облачность еще больше уменьшит эффективность батареи. И наконец, в очень пасмурный день солнечные батареи будут производить минимум полезной энергии.

Влияние облачности на солнечную батарею может быть удивительно благоприятным. Невероятно, но в плохую погоду Ваши солнечные батареи будут воспроизводить энергию, полученную в часы пик!

Если солнце окажется в просвете между облаков, произойдет нечто удивительное: Ваши солнечные батареи будут получать прямые солнечные лучи плюс отраженный свет облаков! Таким образом, они получат даже больше света, чем в ясный день!

Следовательно, облачность может повысить эффективность работы солнечных батарей в ясную погоду вплоть до 50 и более процентов!

Солнечные батареи более эффективны при более низких температурах, чем в горячем климате. Зимой в мороз выработка электричества может быть выше номинальной мощности, рассчитанной при 25 градусов тепла. На сегодня Германия является мировым лидером по выработке электроэнергии производимой Солнечными электростанциями, хотя и не имеет солнечный климат.

Количество пасмурных дней в Германии достаточно велико. Наведите справки о климате Германии, и Вы убедитесь в этом сами. Согласно сайту погоды, для нее характерны: "умеренный морской климат, прохладное пасмурное лето и зима с большим количеством осадков, время от времени возможны теплые горные ветра (фены)".

Несмотря на свой климат, на сегодняшний день Германия является самым крупным потребителем солнечной энергии в мире. 

В 2006 году в Германии открылся самый большой в мире солнечный парк. Ей также принадлежит самый современный проект жилого комплекса, работающего на солнечной энергии - поселок из 50 таких домов, который производит гораздо больше энергии, чем потребляет!

 

Требуют ли солнечные батареи обслуживания.

 

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. 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 нужно проверять, что все части находятся в рабочем состоянии. 

Плановое техническое обслуживание системы на солнечных батареях :

Раз в месяц:  

1. Внешний осмотр, проверка креплений, ограждений и конструкций оборудования; 

2. Чистка панелей солнечных батарей; 

3. Проверка электрических силовых кабелей, соединяющие блок с распределительным щитом, на отсутствие порезов, трещин, и признаков стирание изоляции, по необходимости производить подтяжку резьбовых соединений Оборудования; 

4. Контроль и запись состояния автоматики и показаний КИПа, уровня заряда аккумуляторных батарей;

 5. Контроль состояния конструктивных узлов блока на предмет коррозии, прочность креплений панелей кожуха; 

Раз в квартал: 

6. Корректировка положения панелей в зависимости от времени года; 7.  Проверка уровня электролита при необходимости пополнение дистиллированной водой. 

Раз в полгода: 

8. Подтягивание резьбовых соединений проводов генератора, при необходимости замена предохранителей, наконечников, зачистка контактов;

 Раз в год: 

9. Проверка плотности электролита, корректировка с учетом заряда и температуры батареи;  

 

Необходима ли для солнечных батарей система слежения за солнцем.

 

После начала использования солнечных батарей для производства электроэнергии в промышленных масштабах инженеры и проектировщики стали искать способы по повышению эффективности таких электростанций. Общая дисперсия света Солнца, которая определяется изменением направления падения солнечных лучей на фотоэлементы, не позволяла эффективно использовать солнечные батареи в течение всего светового дня. Выход из такой ситуации был найден достаточно быстро – солнечные панели стали устанавливать на подвижном основании, подключенном к системе слежения за Солнцем. 

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. 

 

 За какое время окупятся солнечные батареи. 

 

При оценке окупаемости сетевых проектов необходимо учитывать стоимость традиционной электроэнергии, которая будет замещаться за счет использования «солнечной». Например, расчеты для объектов, работающих по трех-тарифным счетчикам и потребляющих электроэнергию в дневное бизнес-время по цене 1,3 грн. за кВт*ч показали, что окупаемость инвестиций составляет от 13 до 8 лет в зависимости от географического расположения. При этом в расчетах окупаемости не было учтено постоянное повышение тарифов на традиционную электроэнергию, которое происходит в последнее время все чаще и чаще.

   Что касается несетевых солнечных электростанций, то их применения обычно оправдано в тех случаях, когда нет возможности подключиться к сети, наблюдаются регулярные перебои с электроснабжением или же выделенной мощности не хватает для работы в дневное время. При этом использование резервных или полностью автономных солнечных электростанций становится актуальным, а иногда – даже единственным способом обеспечить гарантированное электропитание объекта.

   Наибольшая эффективность таких станций достигается при условии, что мощность, генерируемая ФЭС в дневное время, не превышает мощности, потребляемой нагрузкой.

   Расчет окупаемости в таких случаях должен проводится не в сравнении со стоимостью кВт*ч традиционной электроэнергии, а с учетом капитальных затрат на модернизацию линий электропередач и увеличение мощности трансформаторных подстанций. Необходимо также, провести сравнение со стоимостью электроэнергии, вырабатываемой с применением других типов генераторов (например, дизельных генераторов). Соответственно, срок окупаемости несетевых солнечных электростанций сильно зависит от особенностей конкретного проекта и может изменяться в очень широких пределах.

   Из приведенных выше данных видно, что в Украине существует достаточно много возможностей и предпосылок для строительства солнечных электростанций различного типа с окупаемостью инвестиций менее 10 лет. С учетом этого факта и других известных преимуществ солнечных электростанций можно смело утверждать, что привлекательность солнечной энергетики в Украине с каждым днем будет возрастать.

 

 

 

Использование энергии солнца на Крайнем Севере: от фантазии к реальности

Фото: Kate Brady

Вчера на вебинаре, организованном объединением Bellona и Ассоциацией развития возобновляемой энергетики (АРВЭ), создавалось впечатление, что будущее уже наступило: человечеству удалось приручить солнце в суровых условиях Крайнего Севера. Да, именно там, где полгода зима, три-четыре месяца отсутствует солнечный свет, крайне суровый климат и хрупкая экосистема, появляется все больше и больше проектов по использованию энергии солнца.

Старший советник по электромобильности и возобновляемой энергетике объединения Bellona Юрий Сергеев рассказал, ссылаясь на доклад Международного Энергетического Агентства, что солнце уже к 2025 году может стать самым главным источником электроэнергии в Европе. Согласно самому консервативному сценарию Агентства, фотоэлектрическая солнечная энергетика будет расти на 13% в год в среднем до 2030 года. Возобновляемая же энергетика (ВИЭ) будет обеспечивать порядка 80% роста мирового потребления электроэнергии в течении следующего десятилетия. 

Юрий также отметил, что солнечная энергетика уже стала дешевле энергии угольных станций в большинстве стран. Рынок солнечных панелей демонстрирует рекордное снижение себестоимости: солнечные модули могут себе позволить как предприятия, так и частные потребители. Они легко монтируются, не загрязняют окружающую среду, неприхотливы в обслуживании. 

А что же Крайний Север? 

Очень иллюстративными проектом в этом направлении является переоборудование аэропорта на архипелаге Шпицберген. По словам бывшего управляющего аэропорта в Лонгербюене Карла Эйнара, главной задачей проекта было сократить выбросы СО2 с помощью возобновляемых источников энергии.

«Мы начали работать в этом направлении в 2015 году и столкнулись с очень мощной критикой и скептическим отношением. Было сказано много: что это невозможно в условиях темноты, что это будет дорого, оборудование не выдержит суровых климатических условий. Да, четыре месяца в году у нас темнота, еще четыре – полярный день, когда солнце не садится вообще, и еще четыре месяца у нас есть и день, и ночь. Но было два показателя, которые вселяли в нас энтузиазм. Во-первых, вся энергия, которую получал наш аэропорт [ранее], была получена с помощью дизеля и угля, что дорого и экологически неприемлемо для Арктики. Во-вторых, у нас показатель дневного света – 3 500 часов в год. Для сравнения в Осло 4 200 часов», – рассказал он.

Начали с малого, построив в 2015 году небольшую солнечную электростанцию мощностью 7,5 кВт, и уже только благодаря ей удалось сократить использование дизеля на 50% в год. 

Это был экспериментальный проект, на котором его участники учились применять технологии на Крайнем Севере. Они видели, что многие панели повреждались из-за льда, и стали устанавливать их с определенной стороны и под определенным углом. Оборудуя панелями само здание аэропорта, они устанавливали часть из них вертикально на стенах, часть – на крыше под углом 15 градусов, отметив, что вертикальные панели оказались в два раза эффективнее панелей на крыше. Позже облицевали панелями ангары.

У этих панелей нет ограничений по температуре, но на Шпицбергене и нет большого перепада температур. Да, столбик термометра может опускаться до минут 30 и ниже, но это редкость. Средняя температура по году здесь колеблется в районе -5 градусов.

«Мы сделали однозначный вывод: солнечные панели на Крайнем Севере работают очень хорошо, а низкие температуры повышают их эффективность. Солнечные установки оказались более чем в два раза рентабельней на Шпицбергене, чем на материке. Технических сложностей вообще никаких не было: ни проблем со снегом – он просто скатывался с панелей, ни с ветром. Но главное для нас – это полученная экологическая выгода за счет замены угля солнечной энергией», – рассказал Эйнар.

По его словам, с мая по июль до 17% энергопотребностей аэропорта покрывается за счет солнечных панелей. Сейчас компания экспериментирует с ветроустановками и использованием биогаза в дополнение к энергии солнца.

Еще один неочевидный, но крайне успешный проект – использовать солнечные панели на крышах домов не только для получения энергии, но и для освобождения от снега. Его разработчик – Томми Стронберг из норвежской компании Innos даже получил награду за свою идею. Крыша освобождается от снега за несколько часов работы системы.

Томми также рассказал, что с 1970-х годов поменялся не только климат, но и качество снега. Раньше снег выпадал и таял, а сейчас леденеет, примерзает к крыше и накапливается, он стал более влажным и плотным. Поэтому крыши домов, построенных полвека назад, не выдерживают нынешней снеговой нагрузки более 150 кг на 1 кв. м.

«Мы стали разрабатывать технологии, как убрать снег с крыши, и что делать со снегом по весне. Наша технология растапливает снег на крыше быстрее, чем он накапливается при самом мощном снегопаде, а талая вода уходит по сточным трубам. При растапливании снега начинается производство энергии – панели разогреваются и очищают крышу. Наши установки работают в Норвегии, Швеции и Германии. Панели устанавливаются «домиком», растапливая снег они вырабатывают энергию. Обычно мы стаиваем 50 кг в день с квадратного метра в центре страны, а на севере показатель доходит до 100 кг», – самым рутинным голосом рассказал Стронберг.

И тут российские участники вспомнили, каким образом происходит очистка крыши от снега на их домах, что в Москве, что в городах на Крайнем Севере. Непроизвольно встал вопрос, а что же в России? Насколько можно приручить энергию солнца в нашей стране, большая часть которой находится за Полярным кругом.

По словам первого заместителя председателя Комитета по энергетике Госдумы РФ Валерия Селезнева среднегодовое поступление энергии прямого солнечного излучения в Арктике варьируется от 2 до 4 кВт/час на квадратный метр ежедневно, а это очень хороший показатель. Для сравнения, в южных регионах Германии он достигает 3,4 Квт/час. В Якутии в ясные летние дни поступление солнечной энергии могут достигать показателей в 6-8 Квт/час.

Использование энергии солнца в Якутии Фото: Кадр из презентации Алексея Скоробатюка, директора ООО «Новый Полюс»

Он подчеркнул, что вопрос стоит не в эффективности использования энергии солнца на Крайнем Севере, а в стратегической целесообразности использования ВИЭ в стране. Признание или непризнание Россией современных технологий будет во многом определять уровень развитости страны.

«Крайний Север – это не только Северный Морской Путь, экология Арктики, но и ее общемировая ценность. Может это не будет только солнечная энергетика, это будут разные ВИЭ, но солнце может по всем показателям занимать достойную часть энергообеспечения Крайнего Севера», – рассказал он.

Селезнев отметил, что количество сложностей в электро- и тепло обеспечении «северов» зашкаливает: проблема завоза топлива, сложная навигация в короткие сроки, сложная перевалка с одного транспорта на другой, большая доля дорогого дизельного топлива, износ ЛЭП, потери в электросетях.

«Все это дает возможность экономически обоснованно применять современные дорогостоящие технологии, тем более что у нас есть все основания стратегического, экономического и нормативно-правового характера. Другая проблема в отрицании. Россия богата традиционными энергоресурсами, мы привыкли не считать деньги. По большому счету, у нас нет острой экономической необходимости перехода на ВИЭ, но нас к этому подталкивает международное сообщество. Важно понимать, что если мы не будем принимать эти тенденции, и ВИЭ технологии как технологии будущего, у нас в ближайшем будущем будут и неконкурентные технологии и товары, и технологическая отсталость», – уверенно заявил первый заместитель председатель Комитета по энергетике Госдумы РФ.

Он уверен, что России в обозримом будущем нужно будет адекватно перестроить свой энергобаланс, чтобы ВИЭ в нем занимали не менее 20% (как подчеркнул спикер, атомная энергетика не должна при этом учитываться как ВИЭ, хотя иногда в России ее причисляют к ВИЭ-технологиям).

Директор АРВЭ Алексей Жихарев тоже согласен, что вся российская нормативно-правовая база декларирует использование ВИЭ в труднодоступных и удаленных регионах. Приняты важные стратегические документы и программы поддержки ВИЭ, но в части удаленных территорий существуют только стратегические документы по Арктике, которые носят уровень декларации без конкретных мероприятий и источников финансирования и т.д. 

«Это одна из причин, по которой мы не наблюдаем большого развития ВИЭ. Нужна конкретная программа, которая должна включать развитие инвестиций и стимулирование развития технологий. Сейчас много мифов, что ВИЭ в Арктике плохо работают и неэффективны. Перед нами стоит важная задача – показать, как эти мифы опровергнуть и какие технологии лучше применять в Арктических районах», – уверен он.

Солнечная панель - Energy Education

Рис. 1. Солнечная панель, состоящая из множества фотоэлектрических элементов. [1]

Солнечная панель или солнечный модуль является одним из компонентов фотоэлектрической системы. Они построены из серии фотоэлектрических элементов, собранных в панель. Они бывают различных прямоугольных форм и устанавливаются в комбинации для выработки электроэнергии. [2] Солнечные панели, иногда также называемые фотоэлектрическими элементами , собирают энергию Солнца в виде солнечного света и преобразуют ее в электричество, которое можно использовать для питания домов или предприятий.Эти панели можно использовать для дополнения электричества здания или для обеспечения энергией в удаленных местах.

В дополнение к жилому и коммерческому использованию солнечная энергия используется в крупных промышленных или коммунальных целях. В этом случае тысячи или даже миллионы солнечных панелей объединяются в обширную солнечную батарею или солнечную ферму, которая обеспечивает электричеством большие городские жители.

Из чего сделаны солнечные панели?

Главный компонент любой солнечной панели - это фотоэлемент.В частности, несколько солнечных элементов используются для создания одной солнечной панели. Эти клетки являются частью устройства, преобразующего солнечный свет в электричество. Большинство солнечных панелей изготовлено из солнечных элементов кристаллического кремниевого типа. [2] Эти элементы состоят из слоев кремния, фосфора и бора (хотя существует несколько различных типов фотоэлектрических элементов). [3] После изготовления эти ячейки выкладываются в виде сетки. Количество используемых ячеек во многом зависит от размера создаваемой панели, поскольку существует множество различных вариантов размеров. [2]

После размещения ячеек панель герметизируется для защиты ячеек внутри и покрывается неотражающим стеклом. Это стекло защищает солнечные элементы от повреждений и не является отражающим, чтобы солнечный свет все еще мог достигать элементов. [2] После герметизации эта панель помещается в жесткий металлический каркас. Эта рама предназначена для предотвращения деформации и включает дренажное отверстие для предотвращения скопления воды на панели, поскольку скопление воды может снизить эффективность панели.Кроме того, задняя часть панели также герметична, чтобы предотвратить повреждение. [2]

Как работают солнечные батареи

основная статья

Солнечные панели служат способом установки ряда солнечных элементов, чтобы их уникальные свойства можно было использовать для выработки электроэнергии. Отдельные клетки поглощают фотоны от Солнца, что приводит к выработке электрического тока в клетке за счет явления, известного как фотоэлектрический эффект. [3] Инвертор используется для преобразования постоянного тока, генерируемого солнечной панелью, в переменный ток. Вместе эти две технологии создают фотоэлектрическую систему. [3] При установке солнечной панели выбирается правильная ориентация, чтобы солнечная панель была обращена в направлении, наиболее подходящем для конкретного применения. Чаще всего это необходимо для получения максимальной годовой энергии, но не всегда.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

Фотогальваника и электричество - U.S. Управление энергетической информации (EIA)

Фотоэлектрические элементы преобразуют солнечный свет в электричество

Фотоэлектрический элемент, обычно называемый солнечным элементом, - это немеханическое устройство, которое преобразует солнечный свет непосредственно в электричество. Некоторые фотоэлементы могут преобразовывать искусственный свет в электричество.

Фотоны переносят солнечную энергию

Солнечный свет состоит из фотонов или частиц солнечной энергии. Эти фотоны содержат разное количество энергии, соответствующее разным длинам волн солнечного спектра.

Фотоэлемент изготовлен из полупроводникового материала. Когда фотоны попадают в фотоэлектрическую ячейку, они могут отражаться от ячейки, проходить через ячейку или поглощаться полупроводниковым материалом. Только поглощенные фотоны дают энергию для выработки электричества. Когда полупроводниковый материал поглощает достаточно солнечного света (солнечной энергии), электроны вытесняются из атомов материала. Специальная обработка поверхности материала во время производства делает переднюю поверхность ячейки более восприимчивой к смещенным или свободным электронам, так что электроны естественным образом мигрируют на поверхность ячейки.

Поток электроэнергии

Движение электронов, каждый из которых несет отрицательный заряд, к передней поверхности элемента создает дисбаланс электрического заряда между передней и задней поверхностями элемента. Этот дисбаланс, в свою очередь, создает потенциал напряжения, подобный отрицательному и положительному полюсу батареи. Электрические проводники на ячейке поглощают электроны. Когда проводники соединены в электрической цепи с внешней нагрузкой, такой как батарея, в цепи течет электричество.

Эффективность фотоэлектрических систем зависит от типа фотоэлектрических технологий.

Эффективность, с которой фотоэлементы преобразуют солнечный свет в электричество, зависит от типа полупроводникового материала и технологии фотоэлементов. Эффективность имеющихся в продаже фотоэлектрических модулей в среднем составляла менее 10% в середине 1980-х годов, увеличилась примерно до 15% к 2015 году и сейчас приближается к 20% для современных модулей. Экспериментальные фотоэлементы и фотоэлементы для нишевых рынков, таких как космические спутники, достигли почти 50% эффективности.

Как работают фотоэлектрические системы

Фотоэлектрическая ячейка является основным строительным блоком фотоэлектрической системы. Размер отдельных ячеек может варьироваться от примерно 0,5 дюйма до примерно 4 дюймов в поперечнике. Однако одна ячейка производит только 1 или 2 Вт, что достаточно для небольших нужд, например, для питания калькуляторов или наручных часов.

Фотоэлементы

электрически соединены в корпусном, водонепроницаемом фотоэлектрическом модуле или панели. Фотоэлектрические модули различаются по размеру и количеству электроэнергии, которую они могут производить.Вырабатывающая мощность фотоэлектрического модуля увеличивается с увеличением количества ячеек в модуле или площади поверхности модуля. Фотоэлектрические модули могут быть соединены в группы, чтобы сформировать фотоэлектрический массив. Массив фотоэлектрических модулей может состоять из двух или сотен фотоэлектрических модулей. Количество фотоэлектрических модулей, подключенных к фотоэлектрической матрице, определяет общее количество электроэнергии, которое может генерировать массив.

Фотоэлектрические элементы вырабатывают электричество постоянного тока (DC). Это электричество постоянного тока можно использовать для зарядки батарей, которые, в свою очередь, питают устройства, использующие электричество постоянного тока.Почти вся электроэнергия поставляется в виде переменного тока (AC) в системах передачи и распределения электроэнергии. Устройства, называемые инверторами , используются на фотоэлектрических модулях или в массивах для преобразования электричества постоянного тока в электричество переменного тока.

фотоэлементов и модулей будут производить наибольшее количество электроэнергии, когда они обращены прямо к солнцу. Фотоэлектрические модули и массивы могут использовать системы слежения, которые перемещают модули так, чтобы они постоянно смотрели на солнце, но эти системы дороги. Большинство фотоэлектрических систем имеют модули в фиксированном положении, при этом модули обращены прямо на юг (в северном полушарии - прямо на север в южном полушарии) и под углом, который оптимизирует физические и экономические характеристики системы.

Солнечные фотоэлектрические элементы сгруппированы в панели (модули), и панели могут быть сгруппированы в массивы разных размеров для производства небольшого или большого количества электроэнергии, например, для питания водяных насосов для воды для скота, для электроснабжения домов или коммунальных услуг -масштабное производство электроэнергии.

Источник: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (защищено авторским правом)

Применение фотоэлектрических систем

Самые маленькие калькуляторы мощности и наручные часы для фотоэлектрических систем.Более крупные системы могут обеспечивать электричеством перекачку воды, питание коммуникационного оборудования, электроснабжение отдельного дома или предприятия или формировать большие массивы, которые снабжают электричеством тысячи потребителей электроэнергии.

  • Фотоэлектрические системы могут поставлять электроэнергию в местах, где отсутствуют системы распределения электроэнергии (линии электропередач), а также они могут поставлять электроэнергию в электрическую сеть.
  • Массивы
  • PV могут быть установлены быстро и могут быть любого размера.
  • Воздействие на окружающую среду фотоэлектрических систем, установленных на зданиях, минимально.

Источник: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (защищено авторским правом)

Источник: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (защищено авторским правом)

История фотовольтаики

Первый практический фотоэлектрический элемент был разработан в 1954 году исследователями Bell Telephone. Начиная с конца 1950-х годов, фотоэлементы использовались для питания U.С. Космические спутники. К концу 1970-х фотоэлектрические панели обеспечивали электроэнергией удаленные или автономные и населенные пункты, в которых не было линий электропередач. С 2004 года большинство фотоэлектрических систем в Соединенных Штатах Америки подключено к сети, - они подключены к электросети - и установлены на / или рядом с домами и зданиями, а также на объектах энергоснабжения коммунальных предприятий. Технологический прогресс, снижение затрат на фотоэлектрические системы, а также различные финансовые стимулы и государственная политика помогли значительно расширить использование фотоэлектрических систем с середины 1990-х годов.Сотни тысяч подключенных к сети фотоэлектрических систем сейчас установлены в Соединенных Штатах.

Управление энергетической информации США (EIA) оценивает, что производство солнечной электроэнергии на фотоэлектрических электростанциях коммунального масштаба увеличилось с 76 миллионов киловатт-часов (кВтч) в 2008 году до примерно 88 миллиардов кВтч в 2020 году. По оценкам EIA, около 42 миллиардов кВтч было произведено небольшими -масштабируйте подключенные к сети фотоэлектрические системы в 2020 году по сравнению с 11 млрд кВтч в 2014 году. Электростанции коммунального масштаба имеют не менее 1000 киловатт (или один мегаватт (МВт) мощности по выработке электроэнергии, а малые системы вырабатывают менее одного мегаватта) вместимость.Большинство небольших фотоэлектрических систем расположены на зданиях и иногда называются крышными фотоэлектрическими системами.

Последнее обновление: 26 марта 2021 г.

Как солнечные панели работают в вашем доме?

Солнечная энергия растет во всем мире по мере того, как все больше и больше стран начинают использовать возобновляемые источники энергии. Солнце светит каждый день (ладно, только не в Великобритании), и удивительно, что энергия, которую оно дает Земле в течение одного часа, может удовлетворить глобальные потребности в энергии на целый год.

Однако мы можем использовать только 0,001 процента этой энергии, поэтому нам просто нужно использовать как можно больше энергии, которую предлагает эта невероятная звезда в центре Солнечной системы.

Использование солнечных панелей восходит к 1839 году, когда Александр Эдмон Беккерель открыл фотоэлектрический эффект, объясняя, как электричество может быть произведено из солнечного света. Умный мальчик.

Стоимость солнечной энергии снизилась в последние годы по мере роста требований «зеленой энергии» и повышения технической эффективности.

Сегодня солнечные панели - это жизнеспособный способ сократить ваши счета за электричество (хотя поначалу они могут быть дорогими), а также позволить вам внести свой вклад в битву за самоокупаемость или, по крайней мере, уменьшить углеродный след в твой дом. Это простой способ помочь спасти планету, поэтому вы поступаете правильно со своими детьми и детьми ваших детей.

Как солнечные панели работают в домах?

Солнечные панели работают, поглощая солнечный свет с помощью фотоэлектрических (PV) элементов, обычно после того, как их разместили на крыше дома.Панели преобразуют этот солнечный свет в энергию постоянного тока (DC), которая проходит внутри дома, к инвертору, который, в свою очередь, преобразует его в энергию переменного тока (AC), которая затем течет через электрическую панель дома, питая любые приборы электричеством. Любой избыток электроэнергии будет отправлен в электрическую сеть, которая, в свою очередь, обеспечит вас электроэнергией, необходимой, если вы используете больше, чем создают панели.

Это очень много всего за один присест, так что вот ваш четырехэтапный обзор:

  1. Солнечные панели поглощают энергию солнца и преобразуют ее в электричество постоянного тока.
  2. Электроэнергия постоянного тока от ваших солнечных панелей преобразуется в электричество переменного тока с помощью инверторной технологии (электричество переменного тока используется в большинстве бытовых приборов).
  3. Электроэнергия течет через ваш дом, питая электронные приборы и устройства.
  4. Любая дополнительная электроэнергия, произведенная солнечными панелями, возвращается в электрическую сеть.

Итак, как солнечные панели генерируют электричество?

Готовы ко второму уроку естествознания? Каждый фотоэлемент - это, по сути, сэндвич (правда, не такой вкусный, как BLT), состоящий из двух пластин полупроводящего материала, такого как кремний.Когда свет взаимодействует с кремниевой ячейкой, он побуждает электроны двигаться, что инициирует электрический ток, известный как «фотоэлектрический эффект».

Вы отвлеклись, думая о BLT, не так ли? Не волнуйтесь, бывает. Давайте вернемся к теме и разберемся, как это работает:

  1. Солнечные элементы поглощают поступающую энергию в виде солнечного света.
  2. Электроны начинают течь, генерируя электрический ток.
  3. Электропроводка улавливает электрический ток и объединяет его с мощностью от других солнечных батарей.

Фотоэлектрические солнечные панели - обзор

9.7 Плавающие солнечные фотоэлектрические системы

Солнечные фотоэлектрические панели, спроектированные и установленные для плавания на водоемах и генерирования энергии, называются плавающими солнечными фотоэлектрическими системами (FSPV). Водные объекты, такие как водохранилища, плотины гидроэлектростанций, промышленные пруды, пруды для водоочистки, горнодобывающие пруды, озера и лагуны, могут использоваться для создания систем FSPV. В системах FSPV солнечные панели, инверторы, кабели и молниеотводы устанавливаются на плавучей платформе на понтонной основе, а плавучая конструкция закрепляется на якоре и пришвартована.

Солнечные фотоэлектрические электростанции требуют больших площадей земли по сравнению с другими режимами производства электроэнергии. Наличие земли - большая проблема. Это одна из основных причин, почему разные страны заинтересованы в технологии плавающих фотоэлектрических модулей. Во всем мире есть бесчисленные водоемы, большие и малые, подходящие для установки солнечных фотоэлектрических станций. Ниже приведены преимущества плавающих солнечных фотоэлектрических систем.

Повышенная энергоэффективность: Эффект испарительного охлаждения воды приводит к более низким рабочим температурам фотоэлектрических модулей.Ветер, дующий на поверхность воды, снижает загрязнение модулей. В сочетании с преимуществами уменьшения затенения и загрязнения более низкие рабочие температуры плавучей системы увеличивают ее мощность по выработке энергии по сравнению с наземной установкой [12].

Нет потери площади земли: Поскольку установки FSPV устанавливаются на водной поверхности, потребность в земле значительно снижается, и можно сэкономить ценные земли. Также будут сокращены проблемы с полосой отвода для линии электропередачи.

Контроль испарения воды: Установки FSPV, установленные на водоемах, вызывают затенение водных поверхностей, уменьшая количество света и ветра, контактирующего с водной поверхностью, что приводит к уменьшению потерь воды из-за испарения. Скорость испарения напрямую зависит от размера площади, покрываемой плавучей платформой. С помощью плавающей солнечной энергии можно предотвратить около 70% испарения, что, в свою очередь, поможет удерживать достаточное количество воды в каналах и небольших речных водоемах [13].Маловероятно, что это сильно повлияет на экологию водоема, кроме того, это уменьшит испарение, что поможет сохранить уровень воды в течение экстремального лета.

Ограничение роста водорослей: Поскольку растения FSPV создают тень на поверхности воды, они уменьшают количество солнечного света, достигающего поверхности воды, что может вызвать уменьшение роста водорослей. Это делает воду менее загрязненной и помогает производить кислород, необходимый для водных организмов, поддерживая и минимизируя связанные с этим затраты на очистку воды и рабочую силу.

Простота очистки: В случае установки FSPV на внутренних водоемах вода всегда доступна для очистки. Как правило, районы с высоким потенциалом солнечной энергии имеют тенденцию быть пыльными и засушливыми, поэтому по сравнению с их наземными аналогами, плавающие фотоэлектрические системы не только должны работать в среде с низким уровнем запыленности, они всегда могут использовать спринклер, чтобы вымыться. Однако качество воды необходимо проверять и использовать в соответствии с рекомендациями производителей фотоэлектрических модулей.На гидроэлектростанциях, построенных на базе водохранилищ, солнечная энергия может заменить гидроэнергетику в дневное время, когда доступно солнце. В таком случае накопленная вода в резервуаре будет служить эффективной системой хранения энергии. Развертывая установки FSPV на водохранилищах гидроэлектростанций и используя уже существующую инфраструктуру и опорные соединения, можно сэкономить новые инвестиционные затраты. Электромеханические машины, такие как генераторы, не требуются, что сокращает количество стальных конструкций на заводе.Поэтому такие растения сравнительно более экологичны.

Строя электрические станции над водными объектами, государственные и энергетические компании могут сэкономить ценную недвижимость и стать источником дохода за счет более эффективного использования поверхности водохранилища, которая в любом случае простаивает.

Недостатки электростанций FSPV: Внедрение солнечной системы выработки энергии на воде обходится дороже, чем фотоэлектрическая система на земле / на крыше. Период строительства более продолжительный с системой на воде, потому что ряд процессов для установки солнечных панелей, таких как установка солнечных панелей на поплавки и соединение поплавков вместе.Эксплуатация и техническое обслуживание все еще остаются неопределенными в некоторых отношениях. Хотя это не требует прополки, необходимо удалить водоросли, которые растут на поплавках и панелях. Это окажет влияние на экосистемы, такие как морская аквакультура, из-за уменьшения солнечного света. Посетителям будет запрещено кататься на лодках по пруду. С осени до зимы различные виды птиц, в том числе перелетные и водоплавающие, отдыхают на плавучих креплениях солнечных батарей.

Установка и развертывание: В целом установка типовой установки FSPV проще и легче по сравнению с наземными солнечными фотоэлектрическими установками.Это потому, что: (а) строительные работы, такие как выравнивание почвы и профилирование, не требуются для подготовки площадки; (б) плавучая платформа, используемая для установки солнечных модулей, выполнена в виде отдельных модульных поплавков, которые являются сборными и соединены между собой, образуя большую секцию; и (c) плавучие платформы собираются на суше путем добавления рядов этих модульных соединяющихся поплавков. Каждый из этих рядов опускается в воду, когда добавляется следующий ряд, чтобы сформировать большую платформу. После завершения вся платформа буксируется к точному месту на водоеме с помощью лодок.В общем, стоимость установки установок FSPV мегаваттного масштаба зависит от следующих факторов: размера установки, местоположения проекта, глубины водоема, колебаний уровня воды, условий площадки, таких как скорость ветра и его направление, солнечное излучение, температура окружающей среды уровни влажности и т. д.

Компоненты системы FSPV: Все компоненты, используемые для системы FSPV, аналогичны наземным системам, за исключением плавучей платформы, систем якорной стоянки и швартовки. Солнечные модули видят очень высокий уровень влажности.Итак, кабели и разъемы часто касаются поверхности воды. Поэтому при выборе солнечных модулей следует проявлять больше осторожности. Необходимо проверить характеристики заднего листа при более высоком уровне влажности и условиях повышенной влажности. Пригодность заднего листа, клея, распределительной коробки и разъемов должна быть проверена для этой среды путем проведения дополнительных испытаний. Уплотнение кромок, соединение соединительной коробки, соединительная коробка, кабели и разъемы, а также характеристики рамы для этих влажных условий должны быть проверены путем их квалификации путем проведения суровых испытаний.Методология тестирования находится в стадии разработки. Для системы FSPV можно использовать бескаркасные стеклопакеты с герметиком POE с надлежащим уплотнением кромок. Двухсторонние солнечные модули могут быть невыгодными для приложений FSPV, поскольку коэффициент альбедо очень низкий из-за меньшего зазора между поверхностью воды и модулем.

Струнные инверторы могут использоваться для FSPV. Системное напряжение 1500 В вызывает проблемы с дугой и ускоряет проблему ПИД, поэтому 1000 В может поддерживаться как системное напряжение. КПД инвертора будет выше из-за более низкой рабочей температуры.Соотношение постоянного и переменного тока можно оптимизировать, оценив выход энергии, соответствующий более низкой температуре модуля. В зависимости от масштаба и расстояния от берега инверторы могут быть установлены либо на берегу озера, либо на отдельной плавучей платформе. Как правило, для FSPV меньшей мощности инвертор может быть расположен на суше рядом с фотоэлектрическими батареями, в противном случае для электростанций большой мощности рекомендуется размещать инвертор на плавучей платформе, чтобы избежать чрезмерных резистивных потерь.

Кабели: Для обеспечения движения плавучей платформы из-за ветровой нагрузки и колебаний уровня воды требуется дополнительная длина кабеля в виде провисания.Если не обеспечить достаточной длины и провисания кабеля, это может привести к разрыву и разрыву кабелей из-за натяжения. Кабель должен быть правильно подобран с учетом минимального падения напряжения и потерь мощности. Кабели могут быть проложены либо через плавучую платформу, либо через подводные кабели. Для удержания кабелей на поверхности воды с помощью плавучей платформы необходимо использовать кабельные лотки, кабельные каналы, кабельные стяжки или зажимы, а также держатели кабельных зажимов, чтобы избежать контакта кабелей с водой. Следует проявлять осторожность при выборе кабелей для систем FSPV.Используемые кабели должны быть устойчивы к ультрафиолетовому излучению, и рекомендуется использовать кабели для защиты от прямых солнечных лучей. Точно так же кабели переменного тока могут быть проложены либо через отдельные специальные поплавки, либо с использованием подводных кабелей для подключения к основной электрической инфраструктуре на берегу в случае заводов FSPV. Размер участка, расстояние до берега, размещение инверторов, трансформаторов, качество воды и колебания уровня воды играют жизненно важную роль при выборе размера кабеля и его прокладки.

Как работают солнечные панели? ДА Энергетические решения

Солнечные панели превращают световую энергию солнца, а не его тепло, в электричество.Основная часть солнечной панели, которая выполняет это, - фотоэлектрический (PV) элемент. Каждая солнечная панель имеет около 60 фотоэлементов, соединенных вместе, которые преобразуют солнечный свет в электричество.

Внутри каждого фотоэлемента находятся два тонких слоя кремния, зажатых между двумя металлическими контактами.

Когда солнечный свет попадает на верхний слой кремния, его электроны «возбуждаются» и стекают вниз к нижнему слою в виде постоянного тока (DC). С помощью металлических контактов это движение превращается в электрическую цепь.

Но этого недостаточно для питания дома. Бытовая техника не может использовать этот тип электричества, поэтому его необходимо преобразовать в другой вид тока. Здесь на помощь приходит инвертор.

Что делает инвертор

Инвертор преобразует постоянный ток (DC), вырабатываемый вашими солнечными панелями, в переменный ток (AC), необходимый для работы ваших электроприборов. Вероятно, это самая важная часть всей системы.

Небольшой блок, установленный внутри вашего дома, инвертор принимает постоянный ток и пропускает его через трансформатор, так что он по сути становится типичным бытовым 120-вольтовым переменным током.Оттуда ток проходит через блок предохранителей и счетчик к вашим приборам.

Любую неиспользованную электроэнергию можно вернуть в национальную сеть.

Часто задаваемые вопросы

Работают ли солнечные батареи ночью / в темноте?

Строго нет - солнечные батареи ночью не слишком эффективны. Но теперь стало проще, чем когда-либо, накапливать энергию, которую ваши панели производят в течение дня. Батареи - самый популярный способ сделать это, и они становятся все более доступными и доступными, поскольку с каждым годом продолжают дешеветь.

Работают ли солнечные батареи в пасмурные дни?

Есть. Обычного дневного света более чем достаточно, чтобы панели выполняли свою работу. Они не нуждаются в ярком солнечном свете, хотя они более продуктивны в ясные солнечные дни и летом, когда световой день больше. Они также лучше работают в местах с меньшей облачностью.

Работают ли солнечные батареи зимой?

Да. Поскольку солнечные панели преобразуют энергию солнечного света (его «солнечное излучение»), а не его тепло, в электричество, зимнего дневного света достаточно для панелей для питания вашего дома.

Работают ли солнечные батареи под снегом?

В то время как снежная, зимняя погода действительно может улучшить производительность солнечной панели - белый снег может отражать солнечный свет на панели, а холод лучше для панелей, чем сильный жар - если панели покрыты снегом, они вообще не будут работать .

Солнечные панели часто устанавливают под углом, поэтому может выпасть большая часть снега. Но если нет, вам нужно будет найти способ очистить панели от снега, иначе это будет гораздо менее продуктивно.

Солнечные батареи работают в тени?

Есть, но не так хорошо. На вашей крыше не должно быть теней и препятствий (например, деревьев), поскольку все, что блокирует солнечный свет, сделает ваши солнечные панели менее эффективными.

Как солнечные панели работают с батареями?

С солнечными батареями вы используете электроэнергию по мере ее производства. Однако теперь доступны солнечные батареи, которые накапливают энергию, которую ваши панели производят в течение дня, чтобы вы могли использовать ее позже.

Существуют разные типы солнечных батарей, все с разными функциями и возможностями.Некоторые из них размером с автомобильный аккумулятор, а другие могут быть размером с генератор или стиральную машину.

Большинство людей, у которых установлены солнечные панели, обходятся без батарей, поскольку они счастливы вернуться к электроэнергии из национальной сети, когда их панели сами не вырабатывают электричество. Обычно солнечные батареи решают люди, решившие жить «вне сети».

Как солнечные панели работают в автономном режиме?

Вне сети означает отключение от национальной сети.Это означает, что для работы автономных солнечных панелей требуется аккумуляторная батарея.

Автономная система должна:

  • вырабатывать достаточно электроэнергии круглый год
  • имеют достаточно емкости аккумулятора для удовлетворения потребностей домашнего хозяйства

Поскольку эти системы дороги в обслуживании из-за стоимости аккумуляторов, инверторов и резервных генераторов, их обычно можно найти только в удаленных районах, где невозможно подключение к электросети.

Эффективны ли солнечные панели?

Условия для солнечных панелей никогда не бывают идеальными, и поэтому они никогда не бывают эффективными на 100%.Фактически, большинство жилых панелей имеют КПД около 20%, что звучит мало, но на самом деле этого достаточно, чтобы покрыть большую часть (или даже все) потребление энергии домохозяйством.

По мере того, как отрасль солнечных технологий продолжает развиваться, мы можем ожидать большей эффективности от солнечных систем для жилых помещений в будущем.

Работают ли солнечные панели на плоских крышах?

В то время как большинство солнечных панелей наклонены, солнечные панели также могут работать на плоских крышах, поскольку в них используются специальные монтажные рамы, которые позволяют наклонять их под оптимальным углом.Дополнительные преимущества в том, что плоские крыши:

  • более легкий доступ, что значительно упрощает установку и обслуживание панелей
  • Не нужно брать плитку
  • сделать панели менее заметными с улицы

Поделиться этой историей


Solar Components 101 - Узнайте о солнечных панелях, инверторах и стеллажах

Количество солнечной энергии, которое ежегодно расходуется на квадратную милю, равно 4 миллионам баррелей нефти.Так как же фотоэлектрическая система превратит самый богатый источник энергии на планете в пригодное для использования электричество переменного тока?

Сгруппированные вместе в «солнечную батарею», солнечные панели собирают электроны солнечного света. Все еще в форме электричества постоянного тока (DC), эти электроны должны быть посланы через, чтобы преобразоваться в электричество переменного тока, которое вы используете ежедневно

Когда вы производите больше электричества, чем потребляете, вы отправляем электроэнергию обратно в электросеть.Ваш электросчетчик вращается в обратном направлении, экономя ваши деньги на счетах за электричество.

Когда вы не используете солнечную энергию, которую ваша система собирает в дневное время, вы возвращаете ее коммунальной компании в качестве кредита на счет за электричество.

Электросеть похожа на вашу «батарею», потому что вы используете электроэнергию от коммунальной компании для питания вашего дома ночью, когда темно.

Подавляющее большинство солнечных панелей состоит из элементов, изготовленных из монокристаллического или поликристаллического кремния.Хотя между ними есть тонкие различия, ни один из них не нужен лучше другого.

Раньше монокристаллические панели считались лучшими, потому что они сделаны из монокристаллов кремния, и они также традиционно имели более высокую пиковую эффективность. Поликристаллическая технология улучшилась до такой степени, что монокристаллические элементы не обязательно означают лучшую солнечную панель.

Более важная проблема при выборе солнечной панели для вашего применения - это качество производителя и гарантия, предлагаемая на продукт.

Выбор между поли и моно может зависеть от ряда факторов, включая ваше географическое положение и солнечную инсоляцию. Проконсультируйтесь с квалифицированным установщиком солнечных батарей по поводу наилучшего выбора для вашего конкретного применения.

Для каждой подключенной к сети солнечной системы электричество, производимое вашими солнечными панелями, должно быть преобразовано из постоянного тока (DC) в переменный ток (AC) с помощью сетевого инвертора. Электропитание переменного тока, которое не используется в вашем доме, возвращается в электрическую сеть.

Различные приложения будут определять, что лучше использовать: струнный инвертор или микроинверторы.Если у вас есть сомнения, позвоните нам по телефону (866) 798-4435.

Как и микроинверторы, оптимизаторы мощности расположены на каждой панели. Однако вместо того, чтобы преобразовывать электричество постоянного тока в электричество переменного тока на панели, они «оптимизируют» электричество постоянного тока перед отправкой его в центральный инвертор. Такой подход приводит к более высокому общему уровню эффективности, чем у обычного струнного инвертора.

Получите более высокую производительность от своей солнечной фотоэлектрической системы, интегрировав струнный инвертор с оптимизаторами мощности, такими как SolarEdge System.Система SolarEdge, разработанная для фотоэлектрических солнечных батарей в жилых, коммерческих и коммунальных предприятиях, не только максимизирует выходную мощность отдельных модулей, но также обеспечивает функцию онлайн-мониторинга, которая чаще всего недоступна для систем с микроинверторами.


Как солнечные панели остаются на крыше?

Прикрепить солнечные панели к крыше не так просто, как купить пачку гвоздей и забивать их молотком, пока панели не будут чувствовать себя в безопасности.

Нет, солнечные панели классифицируются в строительном кодексе как «Компоненты и облицовка» и, следовательно, должны быть полностью интегрированы в конструкцию здания.

Это означает, что изделия, используемые для монтажа солнечных панелей, крепятся к стропилам и спроектированы таким образом, чтобы выдерживать те же нагрузки и среду, что и крыша.

Факторы, которые следует учитывать при установке солнечных батарей

За последнее десятилетие был разработан ряд продуктов для крепления солнечных панелей к зданию.Но выбор правильного продукта будет зависеть от местных и конкретных факторов, таких как погода и стиль крыши.

Например, домовладельцам в прибрежной Калифорнии не нужны солнечные батареи, способные выдерживать снеговые нагрузки или ураганный ветер. Однако им необходимо иметь дело с коррозионным воздействием морской соли в воздухе.

И наоборот, люди на северо-востоке должны учитывать как ураганный ветер, так и снеговые нагрузки, а также коррозионное воздействие высокой влажности и морской среды.

Что входит в систему крепления?

Монтажные системы для солнечных батарей состоят из трех частей: (1) крепления на крыше, (2) монтажные рейки и (3) зажимы для модулей.

Каждый из этих компонентов может различаться по размеру, весу и материалу, поэтому производители обычно предоставляют подробную информацию, чтобы помочь в выборе компонентов и проектировании системы.

Некоторые производители даже предлагают бесплатные инструменты онлайн-дизайна для помощи в планировании.

Для каждой крыши есть приставка

Крепления на крышу являются основой или фундаментом любой солнечной батареи.Существует несколько различных типов и стилей крепления солнечных батарей, каждая из которых предназначена для определенных кровельных материалов.

Битумная черепица из композитного материала - самый распространенный кровельный материал в США. Ряд крепежных изделий для крыш из композитной черепицы спроектирован как структурный анкер и как водонепроницаемая плита. Эти «интегрированные» продукты помогают сократить время и затраты, связанные с установкой навесного оборудования.

Черепичные и шиферные крыши, напротив, требуют более сложных изделий с более трудоемкими процедурами монтажа.Эти проблемы усугубляются тем фактом, что плитка хрупкая и может треснуть, если с ней не обращаться осторожно.

Домовладельцы с этими типами крыш должны ожидать немного более высоких затрат при получении предложений от установщиков солнечных батарей. Кроме того, неплохо заранее обсудить, как установщик планирует избежать повреждения плиток или заменить их в случае повреждения.

Рельсы всех форм и цветов

Монтажные рейки для солнечных батарей обычно изготавливаются из алюминия.Алюминий прочный, легкий и устойчивый к коррозии, что делает его отличным материалом для строительства крыш.

Большинство рельсов имеют «анодированное» покрытие, что означает, что на их поверхности имеется защитный слой, предотвращающий повреждение или коррозию поверхности. Эта особенность гарантирует чистый внешний вид в будущем, предотвращая накопление оксидов на поверхности алюминия. Предотвращение этого накопления также является ключом к тому, чтобы любое будущее обслуживание солнечной батареи было простым и беспроблемным.

Анодирование доступно в «прозрачном» (серебристом) или «черном» цвете, в зависимости от эстетических предпочтений клиента. Рельсы с «фрезерной отделкой» не анодируются и лучше всего подходят для сухих, неморских и непромышленных регионов, таких как юго-западная пустыня.

Помимо вариантов анодирования, производители часто предлагают монтажные рейки более одного размера. Разные размеры рассчитаны на разные ветровые и снеговые нагрузки.

Большой рельс для тяжелых условий эксплуатации всегда обеспечивает достаточную прочность конструкции, но может быть дороже, чем необходимо.Часто средний или легкий рельс обеспечивает более чем достаточную прочность конструкции для умеренного климата, а также минимизирует стоимость и вес материала на крыше.

Зажимы, которые буквально «кусаются»…

Последний компонент системы крепления - хомуты.

Большинство зажимов известны как зажимы «сверху вниз», потому что они прикрепляют верхнюю поверхность солнечного модуля к пазу в монтажной рейке, которая поддерживает модуль снизу.Эти зажимы очень безопасны, а также быстро устанавливаются и упрощают любое техническое обслуживание в будущем.

Новые конструкции зажимов, устанавливаемых сверху вниз, включают «зубцы», которые входят в рамку модуля. Эти зубцы фактически создают заземляющее соединение с модулем, что обеспечивает дополнительную меру электробезопасности для солнечной установки.

Все зажимы

с этой возможностью сертифицированы в соответствии со стандартом испытаний лаборатории страховщика 2703.

К счастью, зубы маленькие и остаются скрытыми под зажимом, что позволяет избежать неприглядных «следов укусов».

Всегда выбирайте проверенного поставщика

Последний и самый важный компонент любой солнечной установки - это доверие.

Солнечные установки рассчитаны на работу десятилетиями без капитального ремонта. Это требует высокой степени доверия к продукции и качеству изготовления, подкрепленной многолетним опытом.

Часто бывает трудно различить разницу между уважаемой компанией и дешевым конкурентом.Домовладельцы должны подробно обсудить продукт и варианты гарантии со своим установщиком. Гарантия должна быть не менее десяти лет, а в идеале - двадцати или более.

Также убедитесь, что установщик имеет опыт работы с производителем продукта. Надежным поставщиком будет тот, кто доказал ценность своей гарантии годами сотрудничества со своими партнерами по установке.

Как работают солнечные панели

Как и большинство других источников энергии, эффективность солнечной энергии зависит от трех основных процессов; сбор, преобразование и хранение.

Коллекция

Чем больше солнечного света получает солнечная панель; тем больше мощности он способен произвести. Поэтому интегрированные солнечные системы часто устанавливают в местах, которые большую часть дня получают прямой солнечный свет, например, на открытых полях или на крышах домов, где поблизости нет деревьев или других препятствий.

Преобразование энергии

Солнечные панели состоят из фотоэлементов, которые реагируют на ультрафиолетовые лучи и преобразуют их в электричество. Каждая ячейка состоит из проводящих материалов из кремния, который очень реактивен к солнечной энергии.Из-за того, что газы и элементы Солнца обладают высокой реакционной способностью, протоны из этих материалов постоянно перемещаются в быстром темпе от Солнца к Земле. Когда эти протоны вступают в контакт с определенными элементами на Земле, такими как кремний, происходит химическая реакция. Протоны солнечных лучей заставляют электроны уходить из атомов, составляющих кремний, что генерирует электрический ток.

Энергия этих движущихся атомов может быть преобразована в чистый источник энергии с помощью проводов, протянутых через систему солнечных батарей.Эти провода преобразуют энергию движущихся электронов кремния в электричество, которое можно использовать для питания чего угодно.

Накопитель энергии

Сами по себе солнечные панели не накапливают энергию; электричество просто создается внутри клеток и затем переносится через проводники к электрическому устройству, например, лампочке. Однако системы солнечных панелей могут быть подключены к специальным батареям, которые способны накапливать эту энергию для дальнейшего использования.

Поскольку солнечные панели могут вырабатывать энергию только при контакте с ультрафиолетовыми лучами, они не генерируют энергию в ночное время.Вот почему блоки накопления энергии часто используются в сочетании с системой солнечных батарей. Эти батареи могут накапливать дополнительную электроэнергию, производимую в солнечные дни, чтобы ее можно было использовать позже или продать обратно энергетической компании.

Технические факторы

Солнечные панели сконструированы и состоят из шести основных компонентов.

  1. Рама

    Обычно изготавливается из алюминия, рама обеспечивает жесткость конструкции и защищает агрегат от внешних воздействий.

  2. Стекло

    Защищает верхнюю часть панели и позволяет ей получать оптимальный солнечный свет.

  3. EVA

    Связывает компоненты панели вместе и защищает ее от грязи, воды или чего-либо еще от повреждения ячеек.

  4. Ячейки

    Двигатели, преобразующие солнечный свет в электричество.

  5. Задняя стенка

    Задняя часть устройства, защищающая от воды и грязи.

  6. Соединения / Соединители

    Передает электроэнергию, произведенную устройством.

В самом низу панели находятся разветвительные и соединительные провода. Они отвечают за передачу солнечной энергии, производимой панелью, на устройство с питанием или батарею.

Над этими проводами расположены солнечные элементы, состоящие из очищенного кремния. Чтобы увеличить количество электронов в этих кремниевых элементах, производители солнечных панелей могут добавлять в элемент дополнительные элементы, такие как фосфор и бор, чтобы уравновесить положительные и отрицательные заряды для лучшего электрического выхода.

Между элементами и поверхностью солнечной панели находится несколько кусков стекла особой конструкции. Они предотвращают попадание загрязнений, таких как вода или грязь, в клетки. Стекло также обладает высокой отражающей способностью и отлично пропускает большое количество УФ-лучей непосредственно в солнечные элементы.

Заключение

Процесс преобразования солнечных лучей в полезную солнечную энергию может показаться сложным решением, но общая концепция довольно проста. Солнце обеспечивает неограниченный и возобновляемый источник энергии, который в сочетании с правильными элементами может быть использован для питания нашего мира.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *