Характеристики
Светочувствительные элементы существуют двух типов — монокристаллические и поликристаллические. Есть еще пленочные, правда они редко используются в бытовой продукции. Технология производства монокристаллических элементов сложнее и дороже. Но она позволяет повысить производительность солнечных элементов почти на двадцать процентов. Это позволяет делать солнечные батареи меньшего размера. Кроме того, из-за того, что более чистые монокристаллы медленнее стареют, это повышает эффективность работы в течение всего срока службы на сорок процентов. Теоретически срок службы монокристаллических панелей может достигать пятидесяти лет, в то время, как поликристаллических — только около двадцати пяти лет.
Таким образом, первоначальные более высокие затраты на приобретение монокристаллических панелей со временем окупятся, и их эксплуатация выйдет выгоднее, чем поликристаллических. Однако для местности, где количество солнечных дней в году преобладает, нет особой необходимости в высокой чувствительности элементов солнечной батареи, поэтому имеет смысл использовать более дешевые поликристаллические.
В маркировке солнечных батарей присутствуют буквы BB с цифрами, например, BB4 или BB9. Это обозначение количества соединительных проводников между ячейками. Ранние солнечные батареи имели один соединительный проводник, потом их количество стало увеличиваться. Чем больше проводников, тем эффективнее работает ячейка, тем меньше ток в каждом проводнике, а, следовательно, меньше перегрев. Общее сопротивление батареи падает, что также увеличивает ее производительность на несколько процентов
Кроме того, в случае механического повреждения одного или даже нескольких проводников, остальные продолжают передавать ток, а это значит, чем большее число проводников, тем выше надежность и коэффициент полезного действия. На данный момент разработаны двенадцатипроводные ячейки.
Обозначение MBB — мультибар, то есть многошинный проводник, означает, что проводников более 9, например 12. В мультишинных устройствах используются проводники круглого сечения, а не прямоугольного, как в предыдущих моделях, что меньше затеняет светопоглотительные элементы и поэтому повышает коэффициент полезного действия.
Кроме вышеперечисленных основных различий, существуют еще интересные технологические особенности, которые упоминаются в паспорте солнечных батарей.
Например, если указано применение технологии PERC, то это означает, что задняя сторона ячейки работает более эффективно за счет микроотверстий, изготовленных с применением лазера. Это дает прирост производительности солнечной панели порядка полутора процентов. На стоимости это почти не отражается. Технологию PERC применяют и на монокристаллических и на поликристаллических панелях. Это увеличивает чувствительность ячеек, в результате они начинают лучше работать при слабом освещении. Технология PERC хороша для местности с недостатком солнечных дней.
Half Cell — это технология которая снижает внутреннее сопротивление элементов, благодаря разделению их на две половинки, что поднимает КПД. Кроме того, это повышает надежность.
Теперь возьмем десяток наиболее продаваемых моделей на текущий момент и проанализируем их характеристики.
Лучшие солнечные панели
Перечисленные ниже солнечные панели входят в топ лучших, среди попавших в рейтинг их изготовителей.
delta sm 150 12 p
Батарея поликристаллического типа, мощность которой составляет 150 Вт, а напряжение 12В, в составе – 36 элементов. Для того, чтобы ее сделать, применялись элементы первой категории. Ориентация выполнена на то, чтобы собирать рассеянную энергию в пасмурную погоду и холодное время года, при температуре от +40 до – 85 градусов. Производится в Китае и имеет срок гарантии 10 лет.
exmork фсм 100п
Модуль поликристаллического типа, состоящий из 36 элементов, напряжением 12 В и мощностью 100 Вт.
Класс качества – первый. Оптимальная температура для работы составляет + 45 градусов. Гарантия 10 лет, производится в Китае.
topray 100 ватт 12в
Панель из кремниевого монокристалла, отличительной особенностью которой является гибкость.
Указанные напряжение и мощность составляют 100 Вт и 12 В. В составе батареи – 32 ячейки. Параметры идентичны предыдущим двум вариантам.
feron ps0303 150w
Панель с возможностью переноски, мощность которой равна 150 Вт, напряжение – 17,6 В. Назначением становится питание электроприборов, рабочее напряжение которых равно 12-14 В, и зарядки аккумуляторов автомобилей. Выпускается в Китае, срок гарантии – 3 года.
delta sm 200 12 p
Панель для преобразования солнечной энергии мощностью 200Вт и напряжением 12 В. Категория качества – А, в составе содержится 72 кремниевых ячейки. Для того, чтобы обеспечить работу без потерь мощности необходима температура до +47 градусов. Производится в Китае, срок гарантии – 10 лет.
solar battery 30w
Панель для сбора солнечной энергии, мощностью 30 Вт и напряжением 12 В. Диапазон рабочих температур составляет от -40 до + 50 градусов. Может быть использована исключительно в качестве резервного источника питания. Гарантия – 1, 5года, предполагаемый срок службы – 10 лет. Выпускается российской компанией «Бастион».
feron ps0401
Портативная солнечная батарея, с возможностью запаса электрической энергии. Тип батареи – литий-ионная. Номинальная температура работы – 10-45 градусов тепла. Напряжение в модуле составляет 9В, мощность – 3 Вт.
nesl am sf7
Мобильная компактная система для получения электроэнергии от Солнца, с возможностью складывания.
В составе – солнечная батарея и накопитель. На панели присутствует выход USB, что позволяет применять их для подзарядки небольших мобильных устройств, или присоединения накопителя. Температурный режим работы от -20 до + 50 градусов. Срок службы- порядка 20 лет. Производится в Китае.
solar pack sw h05
Представляет собой переносное устройство для зарядки различных устройств. Согласно информации производителя, имеет высокую производительность, и эффективность. Наличие выхода USB 5 дает возможность зарядки разного рода мобильных телефонов и других гаджетов.
topray solar tps 102 15
Портативная батарея, в основе производства которой лежит технология использования тонкой пленки.
Поглощает не только энергию прямых лучей солнца, но и рассеянное излучение в пасмурную погоду.
Отличительной особенностью становится прочный корпус из алюминия, и двойное прочное стекло.
Ориентация модели – зарядка аккумуляторов 12В, а также питание домашних электроприборов.
Производится в Китае.
Среди производителей солнечных батарей первое место принадлежит Китаю, опередившему все остальные страны, включая США. Какие солнечные панели лучше выбрать, а также, какие солнечные батареи из них будут лучшим вариантом солнечных панелей для дома, будет зависеть от количества обслуживаемых устройств и условий работы.
Принцип работы солнечной батареи
Любая солнечная батарея представляет собой фотоэлектрический преобразователь, использующий для получения электрической энергии световую. Практическую ценность в настоящее время имеет фотоэлектрический эффект в полупроводниковых материалах.
За счет появления свободных носителей, энергии которых недостаточно для преодоления запрещенной зоны образуется разница потенциалов (напряжение) между электродами элемента. При подключении внешних цепей между ними возникает электрический ток.
Схема работы солнечных батарей
Фотоэлементы на базе различных полупроводников преобразуют в электрическую энергию различные части солнечного спектра Так, кристаллические кремниевые модули захватывают до 80% излучения со смещением в красную сторону, пленочные элементы на основе аморфного кремния могут работать и в инфракрасном диапазоне, диоксид титана поглощает фиолетовые и ультрафиолетовые лучи.
Мнение эксперта
Гребнев Вадим Савельевич
Монтажник отопительных систем
Теоретически в часть поглощенного солнечного излучения может быть преобразована в электрическую энергию, однако на практике пока удалось добиться КПД преобразования порядка 15-25% для элементов серийного производства.
В некоторых лабораторных образцах исследователи вплотную подошли к 50%-й отметке. При получении таких же результатов в промышленном производстве стоимость генерации может снизиться более чем вдвое, по сравнению с современным уровнем.
Виды солнечных панелей
Солнечная панель представляет собой объединенные между собой фотоэлектрические элементы, которые преобразуют энергию Солнца в электрический ток.
По технологии производства фотоэлементов все солнечные панели делятся на две большие группы: кремниевые и пленочные. Их типы и особенности будут рассмотрены ниже в таблице.
| Группа | Тип | Особенности | КПД, % |
|---|---|---|---|
| Кремниевые | Монокристаллические (mono-Si) | Представляют собой один кристалл кремния. Имеют квадратную форму с округленными углами. Цвет серый или от черного до синего (с антиотражающим покрытием). Лучше всего преобразуют прямое солнечное излучение. Самые дорогие. | от 15 до 22 |
| Кремниевые | Поликристаллические (poly-Si) | Блок кристаллов кремния соединенные между собой. Имеют квадратную форму. Цвет серебристо-серый или синий (с антиотражающим покрытием). Поглотительная способность прямого солнечного излучения хуже. Лучше использовать для выработки энергии из рассеянного излучения. Дешевле, чем монокристаллы. | от 12 до 18 |
| Кремниевые, пленочные | Аморфные | Занимают промежуточное положение, т.к. изготовлены из кремния, но в виде пленки. Представляют собой напыление полупроводника из кремния на основу. Удобны в использовании. В течение полугода-года выгорают на солнце, в связи с чем, снижается их мощность. | от 5 до 6 |
| Пленочные | На основе теллурида кадмия | Имеют вид пленки, которая наносится на стекло. Зеркального темно-зеленого или черного цвета. Чаще применяется в космосе и на орбите Земли. Токсичны: выделяют вредный кадмий. Сложная утилизация. | от 10 до 12 |
| Пленочные | На основе CIGS (селенида меди-индия) | Имеют вид пленки, полупроводником в которой используется селенид меди-индия. Цвет от темно-серого до черного. Подвержены коррозии. | от 15 до 20 |
| Пленочные | Полимерные | Имеют вид очень тонкой пленки. Дешевые в производстве, не выделяют вредных веществ. | от 5 до 6 |
Теперь, ориентируясь в видах солнечных панелей, рассмотрим, в каких областях жизнедеятельности человека применяется каждый из них.
Критерии выбора солнечных батарей
Для того чтобы понять, как правильно выбрать солнечные панели для дома, дачи или другого объекта, вам нужно четко сформулировать задачу, которую собираетесь решить с помощью такой установки
Важно, чтобы по своей энергоотдаче солнечная батарея покрывала потребности объекта в выработке электроэнергии. Задайте себе вопрос, в вашем случае нужна большая солнечная электростанция или достаточно портативных солнечных батарей и как их выбрать? Необходимо учесть также тип и месторасположение объекта, для которого будете использовать солнечные панели
Приобретая гелиопанель, подсчитайте заранее номинальную мощность всех электроприборов, которые планируется питать от этого источника энергии, определитесь с местом установки самой панели и ее допустимыми габаритными размерами.
При выборе солнечных панелей учитывайте следующие критерии.
Мощность
Это один из важнейших показателей эффективности работы солнечной батареи, влияющий на выбор того или иного устройства
При этом важно обращать внимание на такой параметр, как допустимая погрешность номинальной мощности. Эта величина показывает, насколько реальное значение мощности может отклоняться от указанных значений в техпаспорте устройства, что влияет на конечную производительность панели.
Размеры панели
Во многом зависят от того, какой объект нужно обеспечить электроэнергией
Как выбрать солнечные панели для дачи – это один вопрос, совсем другой вопрос, как подобрать солнечные панели для дома, а если речь идет о промышленном или сельскохозяйственном объекте – это вообще отдельная задача, решать которую надо со специалистами. В любом случае, размеры солнечной батареи напрямую связаны с мощностью устройства – чем больше мощность, тем больше размеры солнечной батареи. К примеру, панель мощностью 300 Вт имеет гораздо большие размеры, чем панель на 100 Вт – это обязательно надо учитывать. Поэтому при выборе панели определенной мощности важно заранее понимать размеры места, где она будет монтироваться – чтобы его было достаточно или была возможность его расширить при необходимости.
Тип солнечной панели. Тоже связан с особенностями работы панели и влияет на ее габаритные размеры. Существует несколько типов панелей: поликристаллические, монокристаллические, тонкопленочные. Что выбрать – зависит от того, где и как вы планируете использовать солнечную панель. Например, выбирать для частного дома нужно один тип солнечных батарей, для предприятий или объектов общественного использования – другой.
Коэффициент полезного действия (КПД) или эффективность работы ФЭП (фотоэлементов). Показывает, какое количество в целом поступившей солнечной энергии на плоскость панели затем преобразуется в электрический ток. КПД отчасти зависит от типа панели, хотя между моно- и поликристаллическими панелями разница в КПД небольшая. Существенное значение этот показатель будет иметь в том случае, когда площадь для установки панели ограничена. В таком случае, выбрав солнечные батареи с более высоким КПД, можно уменьшить площадь их установки.
Цена. Самыми недорогими и доступными по стоимости считаются тонкопленочные модели панелей. Однако по продуктивности они существенно уступают другим видам панелей и при гораздо большей площади генерируют меньшее количество энергии. Наиболее эффективными и самыми компактными по размерам признаны монокристаллические солнечные панели, но они являются и самыми дорогими. Их однозначно рекомендуют выбирать в случае, когда бюджет не ограничен. Поликристаллические панели на сегодняшний день считаются наиболее оптимальным выбором по сочетанию цены, параметров и результативности. Они лучше работают в пасмурную погоду, им присуща неплохая производительность, гармоничная комбинация эффективности и экономичности.
Часто спрашивают
Солнечные батареи во время эксплуатации деградируют. На какой промежуток времени они рассчитаны?
Батареи класса качества А (GradeA), как правило, получают гарантию на 15-25 лет. За это время снижение показателей от номинальных не превышает 20%.
Как можно добиться стабильной отдачи от монокристаллических панелей в Средней полосе?
Инсоляция в этих регионах не способствует эффективной работе монокристаллических батарей. Несколько улучшить положение можно за счет поворотных устройств слежения за светилом, но их реализация существенно удорожает установку в целом.
Обязательно ли чистить/мыть панели?
Не обязательно, большинство производителей говорят, что для нормальной работы достаточно природных осадков, смывающих пыль. Однако несколько раз в сезон обдать водой из шланга будет не лишним. Конечно же, обязательно убирать снег зимой после снегопадов.
Возможно ли использовать в российских условиях солнечные батареи как единственный источник энергии, или следует дублировать его сетью?
При правильном расчете количества панелей и дополнительного оборудования (аккумуляторов, инвертора) солнечная электростанция вполне справится с электроснабжением дома без дублирующих источников.
На рынке сегодня множество предложений разных компаний. Чьи солнечные батареи покупать?
Большинство мелких производителей используют модули компаний, входящих в ТОП 10. Репутацию же производителя легко проверить на сайте Калифорнийской (https://gosolarcalifornia.org/equipment/pv_modules.php) или Европейской TUV (https://www.tuev-sued.de/industry_and_consumer_products/certificates) лабораторий.
Характеристики кремниевых солнечных батарей
Кварцевый порошок — это сырьевой материал для кремния. Данного материала на Урале и Сибири очень много, поэтому именно кремниевые солнечные панели есть и будут в большем обиходе, чем остальные подтипы.
Монокристалл
Монокристаллические пластины (mono–Si) содержат в себе синевато–темный цвет, равномерно размещенный на всей пластине. Для таких пластин применяется максимально очищенный кремний. Чем он чище, тем солнечные батареи имеют КПД выше и самую наибольшую стоимость на рынке таких устройств.
Преимущества монокристалла:
- Наивысший КПД — 17–25%.
- Компактность — задействование сравнительно с поликристаллом меньшей площади для развертывания оснащения в условиях тождества мощности.
- Износостойкость — бесперебойная работа выработки электроэнергии без замены основных комплектующих обеспечивается за четверть века.
Недостатки:
- Чувствительность к пыли и грязи — осевшая пыль не дает батареям работать со светом от светила и соответственно уменьшает КПД.
- Высокая цена равна увеличенному сроку окупаемости.
Так как mono–Si нуждаются в ясной погоде и лучах Солнца, панели устанавливаются на открытых местах и поднятые на высоту. Насчет местности, то предпочтение отдается местности, в которой ясная погода обыденность, а количество солнечных дней приближено к максимальному.
Поликристалл
Поликристаллические пластины (multi–Si) наделены неравномерным синим окрасом из–за разнонаправленности кристаллов. Кремний не настолько чист, как в используемых mono–Si, поэтому КПД несколько ниже, вместе со стоимостью таких солнечных батарей.
Положительные факты поликристалла:
- Коэффициент полезного действия 12–18%.
- При неблагоприятной погоде КПД лучше, чем у Mono–Si.
- Цена данного агрегата меньше, а сроки окупаемости намного ниже.
- Ориентация на солнце не принципиальна, поэтому можно размещать их на крышах различных строений.
- Длительность эксплуатации — эффективность поглощения энергии и аккумулирования электричества падает до 20% спустя 20 лет непрерывной эксплуатации.
Недостатки:
- КПД уменьшен до 12–18%.
- Требовательность к месту. Для развертывания нормальной станции выработки электроэнергии нужно больше места, чем при задействовании батареи из монокристалла.
Аморфный кремний
Технология производства панелей существенно отличается от предыдущих двух. В приготовлении задействованы горячие пары, опускающиеся на подложку без образования кристаллов. При этом используется меньше производственного материала и это учитывается при формировании цены.
Преимущества:
- Коэффициент полезного действия — 8–9% во втором поколении и до 12% в третьем.
- Высокий коэффициент полезного действия при не совсем солнечной погоде.
- Возможность использования на гибких модулях.
- Эффективность батарей не падает вниз при повышении температуры, что позволяет монтировать их на всякие поверхности с нестандартной формой.
Основным недостатком можно считать меньший КПД (если сравнивать с иными аналогами), в связи с чем требуется большая площадь для получения сопоставимой отдачи от оборудования.
Коллекторы: получение тепла из солнечной энергии
Солнечные коллекторы
Солнечные батареи могут применяться для обогрева объектов, нагрева жидкости. Возможность получения тепла обусловлена способностью батареи накапливать энергию. Это позволяет повышать температуру теплоносителя в трубах, за счет чего обеспечивается не только нагрев жидкости, но и обогрев всего объекта. Солнечные коллекторы функционируют по определенной схеме. Их основные элементы конструкции:
- насосная станция;
- бак-аккумулятор;
- контроллер;
- трубы и фитинги.
Виды коллекторов:
- плоские: состоят из плоского абсорбера, покрытия, теплоизолирующего слоя;
- вакуумные (трубчатые): состоят из стеклянной колбы, теплоизоляционный материал заменен на вакуум, который заполняет емкость (в ней также находится абсорбер).
У второго варианта есть существенное преимущество – низкие теплопотери. По этой причине вакуумные коллекторы применяются повсеместно там, где не могут быть установлены плоские аналоги.
Как соединять солнечные батареи?
Солнечная панель – это простой источник питания, как аккумулятор или батарейка. Поэтому, для них действуют все те же законы, что и для источников питания. Солнечные панели можно соединять с друг другом последовательно, параллельно или даже последовательно-параллельно. Более подробно про виды соединений источников питания читайте в этой статье.
Последовательное соединение
Вот так выглядит параллельное соединение солнечный панелей. В этом случае суммируется выдаваемая сила тока, а напряжение остается таким же
параллельное соединение солнечных панелей
Параллельное соединение
Если же вы хотите увеличить напряжение, то следует соединять панели последовательно. В этом случае у вас напряжения, получаемые с каждой солнечной панели будут суммироваться.
последовательное соединение солнечных панелей
Последовательно-параллельное соединение
Если вы хотите увеличить и напряжение и выдаваемую силу тока, то в этом случае соединяют панели последовательно-параллельно
последовательно-параллельное соединение солнечных панелей
Конструкция солнечной батареи
Солнечная батарея конструктивно представляет собой устройство для преобразования солнечной энергии в электрическую. Состоит батарея из следующих функциональных узлов:
- алюминиевой рамки;
- закаленного стекла с антибликом;
- ламинированной пленки (передней и задней поверхностей );
- элементов (ячеек) соединенных проводниками;
- защитной пленки;
- соединительной коробки.
Принцип работы солнечных батарей.
В конструкции предусмотрены диоды для защиты элементов от перегорания в результате перегрева в частично затененных областях. Выход из строя отдельной составляющей может привести к неисправности всей панели.
Ламинирующие пленки предназначены для герметизации конструкции и обеспечения плотного прилегания полупроводниковой пластины к стеклу. Плотное прилегание обеспечивает минимальные потери мощности, которые возникают из-за преломления света. Герметизация также используется для защиты от атмосферных осадков и коррозии. Для того чтобы солнечные лучи достигли поверхности полупроводниковых элементов, им необходимо пересечь границы стекла и ламинирующей пленки. Если стекло во всех моделях солнечных батарей одинаковое, то пленка имеет отличительные характеристики. Характеристики пленки влияют на выходные характеристики панели.
При выборе солнечной батареи проверить качество пленки невозможно, поэтому приходится верить производителю. Перед выбором советуем ознакомиться с репутацией производителей солнечных производителей.
По качеству все полупроводниковые солнечные элементы разделены на 3 типа:
- Grade A – высокого качества при старении теряется мощность примерно на 5%;
- Grade B – среднего качества старении теряется мощность не более 30%;
- Grade C – низкого качества старение элементов приводит к потерям мощности более чем на 30%.
При выборе солнечной батареи важным параметром считается такой параметр, как выходное номинальное напряжение, которое зависит от количества полупроводниковых элементов в схеме. Стандартный модуль рассчитан на напряжение 12 В и состоит из 36 элементов. Их различают по мощности. Для увеличения тока используют параллельное соединение, а для увеличения напряжения последовательное соединение. Напряжение каждого элемента составляет 0,5 В, при присоединении 36 штук выходное напряжение равно примерно 18 вольт. Этого напряжения вполне достаточно как для заряда аккумулятора, так и для присоединения преобразователей с 12 на 220 В. Если брать модуль, в котором содержится 72 элемента, то выходное напряжение будет составлять 24 В.
Схема солнечной батареи.
Если 72 элементная батарея рассчитана на 12 вольт, то скорее всего это конструкция не из цельных полупроводниковых составляющих, а из их частей, соединенных по смешанной схеме. Смешанная схема представляет собой как параллельное, так и последовательное соединение кристаллов солнечных элементов. Приобретать такую конструкцию не рекомендуется по причине низкой надежности из-за большого количества соединений с большей вероятностью появления микротрещин.
Какие модули относят к нестандартным? Модуль, который состоит не из 36 и не 72 элементов. Для того чтобы его соединить с системой, необходим специальный контроллер. Выбирая солнечный модуль, руководствуйтесь значение необходимого напряжения для системы (12, 24, 48 В).
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.
