Гибкие солнечные батареи: обзор типовых конструкций, их характеристик и особенностей подключения

Преимущества и недостатки

Тонкопленочные солнечные батареи имеют высокий уровень производительности даже в том случае, если наблюдается только рассеянный солнечный свет. Если в регионе преобладает количество пасмурных дней, именно такой вариант является предпочтительным перед жесткими кремниевыми панелями.

Пленка эффективна и в странах с жарким климатом, так как она обладает стойкостью и долго выдерживает жару. Она может стать не только источником альтернативной энергии, но и послужить интересным дизайнерским ходом. Благодаря гибкости, возможности ее монтажа значительно расширяются, а конструкция крыши точно не пострадает, если имеются ограничения в плане нагрузки.

Однако перед тем, как серьезно задуматься о ее приобретении, следует знать и о ряде недостатков:

  • Несмотря на постоянное совершенствование разработок, пленочная солнечная батарея пока еще не может похвастаться высоким уровнем КПД и мощности.
  • Она пока стоит очень дорого: производство таких элементов еще не поставлено на широкий оборот.
  • Срок службы невысок: обычно, он редко превышает 3-4 года.
  • В жаркую погоду может очень сильно нагреваться, что снижает все рабочие показатели.

Монокристаллические кремниевые солнечные элементы

Монокристаллические солнечные батареи представляют собой электрически соединенные элементы, изготовленные из тонких (240 мкм) пластин монокристалла кремния. Оптические оси ориентированы в одном направлении, используется материал высокой (более 99.99%) чистоты. Это обеспечивает максимальную эффективность преобразования. При теоретически возможном для кремниевого элемента КПД 30% у серийных образцов показатель достигает 18-24%.

Внешне монокристаллические батареи легко отличить – они имеют глубокий черный цвет, элементу в процессе порезки придается форма правильного квадрата (прямоугольника) со срезанными углами.

Технологий производства таких солнечных батарей – рекордсмен по стоимости среди кремниевых элементов. Высокая цена производства объясняется сложными процессами очистки сырья, выращивания монокристалла и его точной порезки.

Есть у таких элементов и другой серьезный недостаток – из-за точной ориентировки оптических осей кристаллов, оптимальную отдачу можно получить только при падении солнечных лучей перпендикулярно плоскости элемента. При существенном изменении угла освещения, а также в рассеянном свете наблюдается резкое снижение генерации.

Поликристаллические кремниевые элементы

Поликристаллические кремниевые элементы

В поликристаллических батареях элемент включает множество кристаллов с хаотической ориентацией оптических осей. Для их производства не требуется сырье с высокой степенью очистки – могут использоваться вторичные источники (в частности, переработанные кремниевые батареи), отходы металлургического производства.

В результате стоимость изготовления значительно снижается. Однако при этом уменьшается и эффективность преобразования – лучшие образцы демонстрируют эффективность на уровне 15-18%.

Мнение эксперта
Гребнев Вадим Савельевич
Монтажник отопительных систем

Такие показатели позволили потеснить на рынке монокристаллические панели. В настоящее время на долю поликристаллов приходится более 53% продаж кремниевых батарей, против немногим более 30% у монокристаллических.

Внешне поликристаллические представляют собой правильной формы прямоугольные пластины насыщенного синего цвета. Стоимость генерации «синих» панелей составляет около 0.7-0.9: за 1 Вт. При этом они демонстрируют значительно меньшее снижение при рассеянном освещении и падении света под углами, отличными от 90 градусов.

Отопление солнечной энергией домов

Принцип работы солнечной батареи для отопления дома кардинально отличает их от всех описанных выше приспособлений. Это совершенно другое устройство. Описание следует ниже.

Главной деталью отопительной системы, работающей на энергии солнца, является коллектор, принимающий его свет и преобразовывающий его в кинетическую энергию. Площадь этого элемента может варьироваться от 30 до 70 квадратных метров.

Для крепления коллектора используется специальная техника. Между собой пластины соединены металлическими контактами.

Следующим компонентом системы является накопительный бойлер. В нем происходит трансформация кинетической энергии в тепловую. Он участвует в нагревании воды, литраж которой может достигать 300 литров. Иногда такие системы поддерживаются дополнительными котлами на сухом топливе.

Завершают систему солнечного отопления настенные и напольные элементы, в которых по тонким медным трубам, распределенным по всей их площади, циркулирует нагретая жидкость. Благодаря низкой температуре запуска панелей и равномерности теплоотдачи, помещение прогревается достаточно быстро.

Как добиться максимальной эффективности

При покупке солнечных батарей для дома очень важно подобрать конструкцию, которая сможет обеспечить жилище электроэнергией достаточной мощности. Считается, что эффективность солнечных батарей в пасмурную погоду составляет приблизительно 40 Вт на 1 квадратный метр за час

В действительности, в облачную погоду мощность света на уровне земли составляет приблизительно 200 Вт на квадратный метр, но 40 % солнечного света – это инфракрасное излучение, к которому солнечные батареи не восприимчивы. Также стоит учитывать, что КПД батареи редко превышает 25 %.

Иногда энергия от интенсивного солнечного света может достигать 500 Вт на квадратный метр, но при расчетах стоит учитывать минимальные показатели, что позволит сделать систему автономного электроснабжения бесперебойной.

Каждый день солнце светит в среднем по 9 часов, если брать среднегодовой показатель. За один день квадратный метр поверхности преобразователя способен выработать 1 киловатт электроэнергии. Если за сутки жильцами дома израсходуется приблизительно 20 киловатт электроэнергии, то минимальная площадь солнечных панелей должна составлять приблизительно 40 квадратных метров.

Однако, такой показатель потребления электроэнергии на практике встречается редко. Как правило, жильцы израсходуют до 10 кВТ в сутки.

Если говорить о том, работают ли солнечные батареи зимой, то стоит помнить, что в данную пору года сильно снижается длительность светового дня, но, если обеспечить систему мощными аккумуляторами, то получаемой за день энергии должно быть достаточно с учетом наличия резервного аккумулятора.

При подборе солнечной батареи очень важно обращать внимание на емкость аккумуляторов. Если нужны солнечные батареи работающие ночью, то емкость резервного аккумулятора играет ключевую роль. Также устройство должно отличаться стойкостью к частой перезарядке

Также устройство должно отличаться стойкостью к частой перезарядке.

Несмотря на тот факт, что стоимость установки солнечных батарей может превысить 1 миллион рублей, затраты окупятся уже в течении нескольких лет, поскольку энергия солнца абсолютно бесплатна.

Выбор

Одним из важных критериев выбора являются климатические условия местности, в которой будут установлены гелиопанели. Учитывается количество солнечных дней в году и длина самого дня. Исходя из этих данных, определяется мощность электроэнергии, которую должна вырабатывать батарея в час или сутки. Для северных районов подойдет текстурированное стекло, оно эффективно справляется с работой даже в пасмурные дни. Модули из микроморфного кремния не требуют точной ориентации на солнце, их суммарная годовая мощность превосходит другие тонкопленочные батареи. На них часто останавливают свой выбор жители районов с малой освещенностью.

Выбирая модуль для дома, необходимо продумать, какие электроприборы будут востребованы, хватит ли для них мощности предполагаемой покупки.

При покупке учитывается тип конструкции, материал, толщина фотоэлемента, производитель модуля – все это влияет на цену, качество и длительность работы. Не обязательно переплачивать за иностранные бренды, хорошо себя зарекомендовали модули российского производства, ориентированные на наши климатические условия.

Для расчета количества модулей, следует учитывать, что семья из 4 человек, в среднем, потребляет 200–300 кВт электроэнергии в месяц. Солнечные панели вырабатывают с одного квадратного метра примерно от 25 Вт до 100 Вт в сутки. Для полного удовлетворения дома в потребностях электричества, понадобится 30–40 секций. Оснащение солнечными батареями обойдется семье около 10 тысяч долларов. Устанавливать панели следует на южную сторону крыши, куда попадает максимальное количество солнечных лучей.

Чтобы определиться с выбором, следует понять, какой тип модуля больше подходит покупателю:

  • Монокристаллические фотоэлементы стоят 1,5 доллара за Вт. Они имеют меньшие размеры и более эффективны, чем другие виды подобных батарей. Их общее покрытие занимает меньше места. Учитывая мощность и качество, лучше сделать выбор в их пользу. Единственным минусом является высокая стоимость.
  • Поликристаллические батареи стоят 1,3 доллар за Вт. По мощности они уступают монокристаллическим, но и оцениваются дешевле. Бюджетные возможности привлекают покупателей, к тому же последние разработки подобных батарей сильно приблизили их КПД к монокристаллическим аналогам.
  • Солнечные тонкопленочные панели имеют меньше мощности на один квадратный метр, чем предыдущие модели. Ситуацию выравнивает появление на рынке модулей из микроморфного кремния. Они вырабатывают хорошую суммарную мощность за годовой отрезок времени, отлично себя зарекомендовали в работе видимого и инфракрасного спектра. Для них не важна привязанность к солнечным лучам. Срок эксплуатации батарей составляет 25 лет. Модули имеют недорогую технологию производства, это сказалось на их стоимости – 1,2 доллара за Вт.
  • Большой интерес представляет собой гибридная панель, так как она генерирует тепловую и электрическую энергию. Конструкция соединяет в себе коллектор тепла и элементы фотоэлектрической батареи.

По описанию солнечных батарей видно, что для территорий с малой освещенностью больше подойдут панели микроморфного кремния, южные районы могут воспользоваться поликристаллическими батареями. Для тех, кто не стеснен материально, отличным выбором станут более мощные монокристаллические фотоэлементы.

Сегодня еще остаются претензии к гибким солнечным панелям, но завтрашний день, несомненно, за ними. Их активное усовершенствование приводит к снижению стоимости, они уверенно вытесняют кристаллические аналоги из промышленной и бытовой сферы деятельности человека.

II. Небольшие гибкие солнечные батареи – 20 ватт.

У этого же продавца в перечень самых продаваемых панелей вошла довольно компактная версия 420 на 330 мм, толщиной также всего 3 мм. В комплект входит:

  • переходник на прикуриватель;
  • адаптер с парой USB-коннекторов;
  • один провод с зажимом-«крокодилом».

Предназначение и параметры

Такая панель также подразумевает установку на крыше автомобиля или катера, а может использоваться для подзарядки аккумулятора автомобиля, с подключением через коннектор.

Заявленная пиковая мощность, согласно сертификату – 20 ватт. Проверил.

1.  На солнце она действительно выдала этот показатель – 20 вольт и 1 ампер.

2.  Через USB в помещении, даже через чистое стекло, у меня получилось выжать при зарядке смартфона только 0,3 — 0,5 ампера.

3.  Подключил светодиодную ленту – на это раз длинную, на 55 метров сразу. Обнаружил, что даже если совсем отвернуть панель от окна на 180 градусов, диоды все равно горят! Пусть и не слишком ярко.

4.  После разворота и установки гибкой панели у окна полноценную яркую подсветку удается обеспечить без проблем.

Мой вариант применения

Лично я такие панели использую и планирую использовать в дальнейшем для подзарядки уличных светильников. Точнее, их аккумуляторов через контроллер. Хотя большинство людей покупают данную версию в авто и на природу. Если вас интересует больше информации – в магазине о ней очень много отзывов.

Кстати, мои уличные светильники работают уже 3 года только от энергии солнца и встроенных в них аккумуляторов, рассчитанных на 18 часов непрерывной. Так что плюс от такого альтернативного источника энергии серьезный.

И последнее. Существует вариант подключать такие панели к портативным камерам видеонаблюдения. Это тоже очень интересная идея. Одну из таких камер я уже сделал полностью автономной, за счет использования именно такой солнечной панели. И сейчас тестирую этот гибрид. В будущем постараюсь сделать обзор – не пропустите.

Лучшие солнечные панели из аморфного кремния с Алиэкспресс

ТОП-3 модели.

Lichjiangsolar 1W6V – баланс цены и качества

Открывает подборку сбалансированная модель от компании Lich. Здесь заявлена мощность 1 Вт, 20% коэффициент полезного действия. Самая батарея состоит из 4 ячеек с аморфным кремнием. Имеет толщину 1 мм и весит всего 27 г, поэтому ее легко переносить в рюкзаке. Все панели хорошо сгибаются, защищены от дождя и воздействия высоких или низких температур.

Посмотреть на Aliexpress

Мощность1 Вт
КПД20%
Число экранов1
Вес27 г
Размеры200х100 мм

Плюсы:

  • компактность;
  • эффективность;
  • небольшой вес.

Минусы:

  • стоимость;
  • не работает в мороз.

Allpowers AP-18V7.5W – вариант для автомобиля

Недорогая, но довольно производительная модель, работающая при мощности 7.5 Вт. применяется для зарядки смартфонов, повербнков, игрушек с электроуправлением и не только. Батарея размещена в тканевом чехле, а на задней стороне корпуса присутствуют присоски для крепления на бортовой панели.

Посмотреть на Aliexpress

Мощность7.5 Вт
КПД22-25%
Число экранов1
Вес0.323 кг
Размеры320х128 мм

Плюсы:

  • доступность;
  • гарантия 1.5 года;
  • переходники в комплекте;
  • защита от перенапряжения.

Минусы:

  • скорость зарядки;
  • мало мощности.

Lichjiangsolar 0.3W – самая маленькая

Завершает рейтинг очень компактная модель, которая при весе 10 г имеет размеры всего 19х3.5 см. это фотоэлектрические элементы для самостоятельной сборки зарядного устройства. защищены от коррозии и влажности, могут использоваться при температурах от -40 до +80 градусов, поэтому подходят для любых регионов.

Посмотреть на Aliexpress

Мощность0.3 Вт
Число экранов1
Вес10 г
Размеры190х35 мм

Плюсы:

  • компактность;
  • доступность;
  • простота сборки.

Минусы:

не найдено.

Тонкопленочные CdTe батареи

Тонкопленочные CdTe батареи

Солнечные батареи на основе теллурида кадмия (CdTe) могут стать реальной альтернативой кремниевым элементам. В настоящее время они демонстрируют эффективность преобразования, в среднем, на 20% выше аналогичных аморфных кремниевых при стоимости на 20% ниже. Достигается это за счет уникальных характеристик полупроводника, обеспечивающую оптимальную ширину запрещенной зоны.

Изготавливаются такие панели путем нанесения слоя полупроводникового материала на тонкие пленки. Технология пока доступна ограниченному кругу производителей, однако серийный выпуск таких батарей уже налажен американской компанией First Solar.

Инструкция по монтажу гибких солнечных батарей

Первым шагом становится масштабное планирование, включающее в себя проектирование системы на основе расчета необходимой мощности.

Расчет количества панелей

В основу проектирования закладывают следующие данные:

  • суточную интенсивность использования энергии;
  • емкость задействованных аккумуляторов;
  • общую номинальную производительность фотоэлементов;
  • количество модулей.

Легче всего определиться с потреблением электроэнергии: достаточно посчитать запросы всех эксплуатируемых электроприборов, необходимые данные указываются на их маркировке. В соответствии с полученным значением приобретают инвертор – устройство, добывающее из постоянного тока переменный с заданным параметром частоты. Прибор подбирают с запасом минимум 0,5 кВт.

Следующий шаг – расчет аккумуляторных батарей исходя из того, какая получилась суммарная мощность потребителей с учетом 40% минимального их заряда. Количество солнечных панелей определяют, ориентируясь на регион и приоритетные модели оборудования.

Особенности размещения

При проектировании следует помнить, что гелиосистемы при нагревании рабочих компонентов функционируют менее эффективно. В частности, летом, когда панели раскаляются, они продуцируют меньше энергии, чем зимой – в холодные месяцы в солнечные дни фотоэлементы улавливают больше света для дальнейшей его переработки.

Размещение гибких солнечных панелей

С учетом того, что положение солнца в течение дня меняется, модули монтируют универсально – с южной стороны, наклонив не более чем на 40 градусов.

Последовательность монтажа

Гибкие солнечные панели в рулоне доступны для самостоятельного монтажа. В зависимости от климатических особенностей региона их размещают поверх кровельного пирога, на отдельно стоящих вспомогательных сооружениях, на фасаде объекта, притом решения можно комбинировать.

Чаще всего монтаж гелиосистемы производится на крыше. В тех случаях, когда конфигурация и габариты кровли не способствуют надежному размещению модулей, возводят вспомогательный каркас и на него крепят панели. Подобные проекты увеличиваются по стоимости, но они оптимальны, если крыша труднодоступна, имеет сложный рельеф. Фасад в качестве локации для модулей рационален в тех случаях, когда крыша имеет недостаточную площадь. Модули становятся элементом дизайнерской схемы, выполняют роль дополнительного украшения объекта.

Фотоэлектрические элементы покрываются с изнаночной стороны слоем липкой субстанции смолянистого происхождения. Для монтажа необходимо удалить с панели защитную пленку, чтобы можно было ее приклеить на выбранном участке. Площадку предварительно качественно зачищают и промывают. В процессе установки изделий не нужны специализированные элементы, обязательным требованием является лишь соблюдение мер безопасности. Следует придерживаться предлагаемой производителем схемы подключения компонентов, чтобы была соблюдена их последовательность.

Гелиомодуль оснащается с одного края парой выведенных проводов, поэтому каждое изделие нужно размещать таким образом, чтобы данные кабели в дальнейшем было проще соединить одной шиной, тем самым обеспечив последовательное подключение.

Принцип работы гибкой панели

Как же работают гибкие солнечные панели?  Основу света составляют частицы под названием фотоны. Когда на такую батарею падает квант света, в ней начинают двигаться  частицы, переходя  из одного слоя в другой, таким образом, возникает электрический ток. При попадании прямого  солнечного света  электричество культивируется  в каждой точке пластинки. Вывести ток с пластины становится возможным, благодаря дорожкам (каналам). Маленькая пластина может обеспечить работу  небольшого карманного фонарика. Когда пластины соединяются, мощность батареи увеличивается. Для зарядки телефона или ноутбука в походных условиях достаточно гибкой панели из четырех пластин.

Фотоэлементы могут работать от любого источника света, не только от солнечного. Солнечный свет есть всегда, даже если на улице пасмурная погода, батареи все равно получают необходимую энергию, пусть даже не в полную силу.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий