Солнечные батареи: описание различных видов и материалов нового поколения

Качество продаж и перспективы развития солнечных технологий

Современны рынок и его технологии продаж не оставляют у покупателя однозначной оценки. Особенно высокотехнологическое оборудование и устройства. Это касается и рынка по продаже солнечных систем электроснабжения. Так как технологии производства сами по себе очень энергоемкие, то при желании приобрести солнечные батареи или купить солнечную электростанцию для дома, цена в обоих случаях будет призывать к детальному анализу не только по техническим и технологическим особенностям, но и по экономическим обоснованиям.

Статья по теме:

Немаловажным фактором при покупке ФСЭ является качество услуг продажи. Если под ценой товара мы будем понимать только его чековый номинал, то под стоимостью мы можем в рамках статьи договориться понимать еще и все виды накладных расходов, надежность продавца и товара, а также затраты времени и моральные силы.

Так, стоимость солнечных батарей для дома или стоимость комплекта солнечной электростанции для дома одного и того же производителя у разных продавцов может существенно отличаться. Причина может быть следующей:

• предварительный инженерный расчет продавец не проводит. Значит, вам требуется обратиться в другое место. А это время и транспорт;
• продавец проектных работ не осуществляет. Придётся потратиться, использовать дополнительное время и транспорт;

3D-схема установки солнечных панелей

некоторые комплектующие у продавца отсутствуют. Вам опять придётся искать товар в другом магазине, что может быть дороже и опять потребуется дополнительное время и транспорт;
монтажных бригад по установке оборудования у продавца просто нет. Снова затраты по времени;
продавец логистикой не занимается

Значит, возможна ситуация, когда все будет в сборе, но одного важного элемента придётся ждать неизвестное количество дней. И так далее.

Будущее за альтернативными источниками энергии

Стремительное проникновение в нашу жизнь новых технологий применения альтернативных источников электричества и тепла направляет наш выбор все чаще приобретать солнечные электростанции, солнечные коллекторы (теплостанции), бытовые ветро- и гидростанции, а также применять тепловые насосы и разнообразные электрогенераторы. Так за последние годы получен значительный опыт в применении во многих сферах хозяйствования фото электрических систем электроснабжения. Это касается применения солнечных батарей и солнечных коллекторов в бытовых условиях: в частных домах и на дачах.

Использование солнечной энергии — оптимальное решения для дома и дачи

В заключение можно сказать, что рынок солнечных технологий в настоящее время предлагает широкий выбор разнообразного оборудования. И самое главное, учитывая приемлемую стоимость комплектов солнечных батарей для дома, отзывы об их высоком качестве и длительном периоде надежной эксплуатации, можно сделать вывод, что применение данного оборудование становится в большей степени целесообразным и позволяет участвовать в масштабных экологических проектах и программах.

Poweradd™ Apollo2 – в комплект входят аккумуляторы

Плюсы:миниатюрный размерМинусы:тусклый и капризный дисплей
Так уж вышло, что от Apollo 2 многого никто и не ожидал. Внешне она скорее напоминает аккумулятор от iPhone 6, нежели солнечную батарею. Всем известно, – чем больше размер пластины, тем больше солнечного света попадает на ее поверхность, и, соответственно, вырабатывается большее количество электроэнергии. По это причине маленькая, невзрачная Apollo 2 не вселяла уверенности в том, что сможет справиться с такой задачей. Но, – заряжается она не очень быстро, зато имеет емкость в 10 000 мАч (для тех, кто не в курсе – этого хватит, чтобы полностью зарядить 3+ смартфона), что позволяет быстро заряжать от нее любые портативные устройства. Удобная сумочка для ношения, 5 вольт мощности, USB-порты, одним словом, держите ее под рукой постоянно заряженной, и всегда сможете оживить свои подсевшие девайсы, где бы вы ни находились.

Цена: 1871 руб.

Описание комплектации и функция каждого устройства

В стандартную комплектацию солнечной электростанции входят:

• собственно модули или панели (как правило, их несколько),
• обычная аккумуляторная батарея,
• инвертор,
• контроллер,
• клеммы,
• кабель,
• стеллаж для установки.

Солнечные модули накапливают энергию, а затем преобразовывают ее в электрическую. Одна из функций контроллера — корректное распределение постоянного тока по находящимся в доме приборам, потребляющим электричество. Также он контролирует уровень температуры, режим зарядки и напряжения.

Инвертор — это преобразователь, который необходим для того, чтобы постоянный ток становился переменным, обеспечивая стабильное функционирование электропитания. Обычная аккумуляторная батарея (АКБ) нужна для накопления энергии, которая будет использована. Например, ночью или в пасмурные дни, когда солнце редко выходит из-за облаков или туч.

Коэффициент полезного действия

Этим параметром обозначают эффективность процесса фотоэлектрического преобразования. КПД кремниевых (Si) пластин составляет 18-25%. Лучшие показатели обеспечивают многослойные панели (GaInP, Ge, GaAs) — до 32%.

Пиковая нагрузка и среднесуточное потребление

Выбирают компоненты оборудования после оценки максимального потребления. Этот параметр зависит от вида нагрузки. Индуктивный характер сопротивления электромотора, например, увеличивает пусковой ток. Оптимизируют режим эксплуатации ограничением мощности. Исключают одновременное подключение к автономному источнику питания электрических плит и кондиционеров, другой техники с большим потреблением энергии. Чтобы вычислить емкость АКБ, рассматривают 24-часовой рабочий цикл оборудования.

EnerPlex Kickr II – гибкость

Плюсы:крючки и застежки для удобного ношения.Минусы:мощность на выходе 0,6 ампер.
Забудьте о батареях в жестких корпусах. Конечно, если они вам нравятся, то покупайте на здоровье. Но нет ничего лучше, чем батареи линии Kickr, которые можно запросто обернуть вокруг вашего рюкзака. Вы можете в буквальном смысле бросить ее на землю и топтать ногами или свернуть в рулон, не переживая, что она лопнет и разлетится на мелкие кусочки, оставив вас без возможности зарядить свой телефон. Запатентованная технология CIGS предлагает прекрасную мощность при малом весе. Этот устойчивый к атмосферным осадкам генератор весит всего лишь 450 грамм. 3 ватта энергии, полученной от солнечных лучей, выводятся наружу через микро или мини USB-порты, а также посредством 30-игольчатого разъема Apple.

Цена: 3222 руб.

Характеристика тонкопленочных панелей.

Производственный процесс тонкопленочных панелей заключается в вакуумном напылении фотоэлектрического материала в виде тонкой пленки на подложку-основу. В зависимости от требуемых характеристик используются различные типы подложек и виды напыляемых веществ. В частности, материалами для напыления тонких пленок служат: аморфный кремний (a-Si), теллурид кадмия (CdTe), медь, индий, галлий, соединения селена — селениды (CIS/CIGS), различные органические элементы (OPC)

КПД тонкопленочных солнечных батарей зависит от качества и чистоты технологического процесса и составляет от 7 до 13%. При развитии технологии и внедрении инновация прогнозируемый рост КПД составит 3%. В 2000-х годах рынок тонкопленочных панелей значительно вырос. Это связано с развитием технологии напыления тонких пленок и развитием уровня производства в целом. Таким образом, купить солнечные батареи становится все проще, а их цена становится все доступнее.

Достоинства тонкопленочных батарей:

— низкая себестоимость производства, следовательно, более низкая цена на панели в целом.

— эстетичный внешний вид конструкции, обусловленный высокой однородностью.

— возможность изготовления гибких конструкций

— количество потерь производительности при нагреве или непрямом освещении снижено.

При этом тонкопленочные конструкции имеют и ряд недостатков:

— необходима достаточно большая площадь монтажа конструкции для обеспечения преобразования требуемого количества солнечной энергии.

— установка большего количества панелей требует дополнительной крепежной фурнитуры и повышения затрат на установку.

— срок службы таких панелей ниже, чем у кристаллических аналогов.

И все же какие панели наиболее являются наиболее подходящими для использования именно в частном домовладении для обеспечения электроэнергией дома или коттеджа?

В решении данного вопроса не помешает консультация специалистов в области фотоэлектронных преобразователей солнечной энергии и проведение количественной и качественной оценки всех факторов: от площади до освещения поверхности монтажа. Такая консультация позволит вам определить, что именно вам требуется.

При недостатке площадей для установки обратите внимание на монокристаллические батареи с максимальным КПД. К сожалению на сегодняшний момент на российском рынке фотоэлектронных товаров, в частности, преобразователей, выбор элементов ограничен и, скорее всего, как и выбор модулей требуемой конструкции или состава пленки

В таком случае вам может потребоваться произвести заказ модулей из-за рубежа, либо купить их в России по предварительному заказу

Однако в данном случае цена на батареи будет выше

В таком случае вам может потребоваться произвести заказ модулей из-за рубежа, либо купить их в России по предварительному заказу. Однако в данном случае цена на батареи будет выше.

Если более важное значение имеет именно ценовой диапазон материалов и работ, то лучший вариант – использование конструкций на поликристаллических пластинах. Они позволят обеспечить достаточно хорошие показатели по производительности и при этом сэкономить некоторое количество средств

При выборе тонкопленочных панелей не забывайте учитывать требования по монтажу

Стоимость дополнительных монтажных работ значительно повлияет на итоговую смету

При выборе тонкопленочных панелей не забывайте учитывать требования по монтажу. Стоимость дополнительных монтажных работ значительно повлияет на итоговую смету.

Определившись с типом и размерами солнечных батарей, вам останется осуществить закупку требуемых блоков, произвести монтаж и наслаждать использованием одного из самых экологически безопасных способов получения электроэнергии для бытовых нужд.

Проблема дороговизны

Совсем не так давно (5 лет тому назад) себестоимость 1-го КВтч электроэнергии, которая производилась в Америке при помощи солнечных батарей, составляла от 0.25 до 0.8 $. Львиную долю в ней составляли затраты на производство высокотехнологического основного оборудования, которые устанавливались на таких электростанциях. Причина такого состояния вещей крылась в том, что:

1. Полупроводники, используемые в батареях, должны быть практически 100-процентной чистоты и однородности. Разумеется, их производство не может быть дешевым.
2. Светоприемные площади очень чувствительны к уменьшению интенсивности потока фотонов. Мощность полупроводниковых элементов генерирующего устройства мгновенно падал даже от набежавшей на Солнце тучи. Они уменьшали генерацию и нарушали тем самым синхронную работу всей батареи. Поэтому полупроводниковое устройство нельзя было подключать к потребителю электроэнергии без промежуточного звена – аккумуляторов большой емкости, что тоже удорожало основные фонды.
3. КПД солнечных батарей, созданных с использованием кристаллического кремния, не превышал 15%. А при загрязнении светоприемной поверхности он падал еще ниже.
4. Конструкции солнечных батарей на основе кремниевых полупроводников довольно жесткие. Поэтому для установки солнечной генерации требовались ровные, свободные площади, а это тоже стоит денег.

Ныне не существует такого человека на Земле, который бы не понимал того, что запасы органического топлива, в конце концов, исчерпаются, и что атомная энергетика является ему далеко не безопасной для экологии альтернативой. Поэтому во всем мире прилагаются колоссальные усилия, чтобы солнечную генерацию электроэнергии сделать дешевой и конкурентно способной.

Инструкция по изготовлению и сборке своими руками

Алгоритм действий:

• расчет параметров электрической системы питания;
• создание проекта;
• приобретение комплектующих деталей;
• изготовление несущей конструкции из фанеры, ДВП, деревянных реек;
• закрепление фотоэлементов, пайка проводников;
• установка защитной крышки из оргстекла;
• фиксация собранных панелей на опорной поверхности;
• подсоединение инвертора, АКБ, других функциональных блоков;
• проверка мощности генерации, иных параметров оборудования.

Рекомендуется изучить варианты подключения функциональных компонентов системы, чтобы обеспечивать выбор подходящей схемы.

Влияние факторов внешней среды на уровень производительности

Как уже упоминалось, вещество, из которого производятся все типы батарей — это кремний. Чем меньше в нем находится сторонних примесей, тем качественнее получается модуль. И тем выше становится его цена при поступлении в розничную продажу.

Поскольку все фотоэлементы должны быть размещены не внутри, а снаружи помещений, существует множество факторов, которые будут оказывать влияние на их производительность. Прежде всего, речь идет о температурном коэффициенте мощности.

Батарея находится под воздействием прямых солнечных лучей и очень сильно нагревается. Следовательно, некоторое количество мощности будет потеряно в результате нагрева. Поскольку именно мощность представляет из себя физическую величину, от которой напрямую зависит объем энергии, производимой солнечным аккумулятором, процент ее потери мгновенно оказывает влияние на его работу. Так, если на улице долго стоит сухая и очень жаркая погода, процент потери мощности может составлять до 25 — как у моно-, так и у поликристаллов.

Установлено, что монокристаллы подвергаются деградации гораздо быстрее, нежели поликристаллы. В течение первого года непрерывной работы уровень мощности снижается до двух процентов у поликристаллических и до трех — у монокристаллических солнечных батарей. В дальнейшем, если качество фотоэлементов высокое, процент деградации значительно уменьшится (от 0,67 до 0,71% в год).

При выборе батареи не стоит «вестись» на чрезмерно низкую цену. Чаще всего она означает и соответствующий уровень качества. Ну и, конечно, если учитывать структуру поликристаллов, они физически будут занимать больше места, чем монокристаллические панели. При этом уровень мощности у последних будет таким же, а площадь — гораздо меньше.

Рязанский ЗМКП

Рязанский завод металлокерамических приборов функционирует с 1963 года, однако с 2002 года перешел на систему международного контроля качества ISO 9001 и выпускает панели строго в соответствии с ее требованиями, а также с нормами ГОСТ 12.2.007-75.

В прейскуранте компании можно найти две актуальные модели RZMP мощностью  130 и 220 Вт. Их КПД варьируется от 12 до 17,1 %. Наносятся солнечные элементы на окрашенную алюминиевую основу методом последовательного соединения. Вот их сравнительные характеристики:

Общая площадь , м2	1,61	1,00
Масса, кг	21,5	14,6
Лицевая поверхность	Стекло закаленное текстурированное, 4 мм	Стекло закаленное текстурированное 4 мм
Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП)	60 шт., мультикристаллические кремниевые 6.2”	36 шт., мультикристаллические кремниевые 6.2”
Рама	Окрашенный алюминиевый профиль, цвет RAL 7035	Окрашенный алюминиевый профиль, цвет RAL 7035
Вариации модулей по мощности, Вт	200–240	105–145
Рабочая температура, °C	-40…+85	-40…+85

RZMP 130-Т подходит для автономного снабжения отдельных помещений, бытовых приборов (например, нагревательный котел). Более мощная модель, от 220 до 240 Вт, покупается чаще для резервного снабжения всего дома. Ее стоимость варьируется от 13 200 до 14 400 руб. за модуль.

Завод «Термотрон» (г. Брянск)

Предприятие «Термотрон» производит автономные системы уличного освещения на солнечных батареях и мини-автономные солнечные станции. Первые поставляются на базе серийных модулей с высокой столбовой опорой.

Особенности автономных систем уличного освещения от «Термотрона»:

• температурный диапазон эксплуатации – -40…+50 °C;
• угол раскрытия луча – 135 на 90 градусов;
• гарантированный срок работы – 12 лет в городских условиях;
• высота опоры – от 6 до 11 м;
• мощность – от 30 до 160 Вт.

Автономная станция «Экотерм», выпускаемая заводом, будет интересна владельцам загородных домов и участков. Ее применяют также на фермах, телефонных станциях, для оснащения сельских школ, больниц, магазинов. Станция работает от дизель-генератора 14,5 кВт. Цена вырабатываемой энергии при количестве 18 фотоперерабатывающих элементов – 5,12 руб./кВт, срок окупаемости – до 5 лет (цену станции уточнять у производителя).

«Экотерм-3» ЮКЛЯ.565216.001	3	1 000
«Экотерм-5»	5	1 500
«Экотерм-10»	10	2 000
«Экотерм-15»	15	3 000
«Экотерм-20»	20	4 000
«Экотерм-25»	25	5 000
«Экотерм-30»	30	6 000
«Экотерм-35»	35	7 000
«Экотерм-40»	40	8 000
«Экотерм-50»	50	10 000

Аморфные кремниевые батареи

Изготавливаются из аморфного (некристаллического) кремния a-Si, путем осаждения на гибкую подложку паров гидрида кремния. В результате образуется добиться стабильного фотоэлектрического эффекта получается уже при толщине пленки в несколько микрон.

Эффективность преобразования составляет порядка 8-11%, стоимость генерации лежит в пределах 0.5-0.7% за 1 Вт. Главный недостаток таких батарей – низкий КПД преобразования, что требует значительной площади для обеспечения необходимой мощности. Однако он с лихвой компенсируется возможностью установки на любые поверхности – гибкая подложка не требует ровных оснований и специальных конструкций для монтажа.

Кроме того, современные полиморфные модули могут работать с инфракрасным диапазоном, что существенно уменьшает потери эффективности при рассеянном освещении. В результате на долю аморфных элементов сегодня приходится порядка 10% мирового рынка.

Поликристаллические солнечные панели (poly-Si модули)

При производстве поликристаллических солнечных панелей используется  технология, позволяющая  получать относительно недорогие преобразователи. Их пластинки состоят из искусственного кремния. Панели обладают довольно высоким КПД (12–18%). Это меньше, чем у монокристаллических аналогов, но и цена в этом случае ниже. К тому же, поликристаллические элементы могут работать от рассеянного солнечного света, так что будут лучшим выбором для жителей регионов, где солнечная погода бывает нечасто. Этот вид панелей, согласно данным Европейской ассоциации EPIA, по объемам производства лидирует в мире. Узнать поликристаллические панели  можно по характерному синему цвету, кристаллической неоднородной структуре и прямым углам пластинок.

Гениальное изобретение

Уже в конце XIX ст. ученые стали задумываться над использованием энергии Солнца. Поводом послужила работа известного французского физика А. Беккереля – «Электрические явления, происходящие от освещения тел». В ней он описал фотовольтаический эффект – возникновения напряжения или электрического тока в веществах под воздействием света. Неоценимый вклад в 1873 г. сделал английский инженер-электрик У. Смит, открывший фотопроводимость селена. В 1887 г. немецкий физик Герц открыл внешний фотоэффект, изучив выход электронов из вещества при воздействии на него светом.

Еще более полувека ученые трудились над созданием прямого преобразователя света в электроэнергию. В 1950-х гг. специалистами компании Bell Laboratories была создана первая полноценная солнечная панель. Новые технологии сразу вызвали огромный интерес в космической сфере и, спустя всего 4 года, в космос были запущены американский и советский спутники, оснащенные солнечными батареями.

Обзор модулей, не использующих кремний

Солнечные панели, изготавливаемые из более дорогих аналогов, достигают коэффициента в 30%, они могут быть в несколько раз дороже аналогичных систем на основе кремния. Некоторые из них всё же имеют более низкий КПД, при этом обладая возможностью работать в агрессивной среде. Для изготовления таких панелей применяется чаще всего теллурид кадмия. Применяются и другие элементы, но реже.

Перечислим основные преимущества:

1. Высокий КПД, от 25 до 35%, с возможностью достигнуть, в относительно идеальных условиях даже 40%.
2. Фотоэлементы стабильны даже при температурах до 150 °C.
3. Концентрация света от светила на маленькой панели позволяет обеспечить водяной теплообменник энергией, в результате чего образовывается пар, который вращает турбину и генерирует электричество.

Как и говорили ранее — минусом является высокая цена, но в некоторых случаях они являются лучшим решением. Например, в экваториальных странах, где поверхность модулей может нагреться до 80 °C.

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.

Органические, полимерные аналоги

Несмотря на то, что исследования и официальные разработки фотоэлектрических установок из полимеров и органических соединений начались проводиться только в последние 10 лет, результаты проделанной работы поражают. Максимальной результативности достигло европейское предприятие Heliatek, успевшее установить свои органические солнечные панели на некоторых городских высотках.

Факт! Толщина полученной конструкции рулонно-плёночного образца составляет всего 1 мм.

Для производства панелей из полимеров приходится использовать: полифенилен, фталоцианин меди, углеродные фуллерены. Готовые фотоэлементы обладают КПД 15%, при этом себестоимость их производства намного меньше, чем кристаллических аналогов.

На данный момент инженера пытаются решить вопрос о продлении срока деградации рабочего слоя. Пока нет возможности подтвердить уровень КПД даже после нескольких лет постоянной эксплуатации.

Преимущества солнечных батарей органического образца:

• гибкость конструкции;
• экологическая утилизация отработанного материала;
• дешевизна производства.

Недостатки:

• невысокий уровень КПД;
• отсутствие информации об эффективной длительности использования установок.

Есть возможность, что спустя несколько лет органические фотоэлементы преодолеют существующие недочёты и станут серьёзными конкурентами на рынке реализации альтернативной энергетики.