Тонкости эксплуатации солнечных батарей зимой. Солнечные батареи с рекордным кпд Обзор производителей

Солнечная батарея – автономный источник электроэнергии, который позволяет стать независимым от бытовой электросети. Применение этой современной технологии также обещает значительную экономию средств. Но все ли так просто и как выбрать солнечную батарею для дома, а точнее его автономного электроснабжения. Ниже мы постараемся разобрать основные критерии выбора системы.

Из чего состоит комплект?

Для преобразования солнечного тепла в питание для электроприборов необходимо смонтировать комплекс, который состоит из такого оборудования:

• панель, сама солнечная батарея, собирающая лучи;
• контроллер заряда АКБ – от этого компонента зависит эффективность использования аккумуляторов;
• аккумуляторные батареи – накапливают электрический заряд, от них зависит длительность автономного режима;
• инвертор – преобразует постоянное напряжение в переменное, которое подается к бытовым приборам.

Чтобы автономная система электроснабжения максимально долго и эффективно работала, необходимо выбрать комплектующие, которые по техническим возможностям соответствовали друг другу и мощности потребляемой энергии.

Чтобы правильно выбрать солнечную панель, необходимо учесть множество факторов. Для начала следует определиться с типом батареи, а они бывают:

1. Монокристаллические – наиболее эффективны в регионах, где солнечная активность выше.
2. Поликристаллические – рекомендуется их использовать там, где активность Солнца не слишком высока.
3. Гибкие – панель изготавливается их аморфного кремния и предназначается для закрепления на покатых, неровных поверхностях, например, крышах домов. Такой тип исполнения отличный вариант для регионов, где солнечные дни большая редкость. Эта разновидность самая дешевая и ее рекомендуется использовать для дачи.
4. Солнечная батарея из микроморфного кремния – универсальная разновидность, которая одинаково эффективно работает в пасмурную и ясную погоду, не требовательна к углу наклона. Эта последняя разработка, соответственно и стоимость ее выше, чем предыдущих разновидностей.

Панель для эффективной работы должна иметь оптимальный угол наклона, чтобы улавливать солнечную энергию. Считается, что оптимальным показателем тут является угол на 15º больше географической широты. Но это рассчитать не каждый может, поэтому выбор оптимального положения осуществляется вручную, путем наблюдения за зарядкой аккумуляторов.

Выбор солнечной батареи по мощности необходимо осуществлять, исходя из потребностей в альтернативном электрическом питании. Условно это понятие можно разделить на 4 режима:

1. Аварийное электроснабжение – необходимо обсчитывать совокупную мощность приборов, которые нужны, если отключат электроснабжение. Зачастую это 4–5 кВт/ч. Обычно такой режим делается для отопления и .
2. Базовое электроснабжение – это практически полное замещение электрической энергии солнечной. Тут, чтобы правильно выбрать характеристики, нужно рассчитать суточное потребление. Необходимо учесть также среднемесячные показатели.
3. Умеренный режим или комфортный. Когда на альтернативный источник электроэнергии садится только часть приборов. Зачастую это телевизор, чайник, вытяжка. Реже СВЧ-печи, электрические панели, духовые шкафы или холодильники.
4. Режим полной замены электричества. Тут помимо расчетов, главное, подобрать оборудование, которое будет успевать аккумулировать необходимое количеств энергии.

Собственно выбор солнечной батареи сводится к определению необходимой ее площади при определенных потребностях в снабжении электроэнергией. Другими словами – это способность заряжать аккумуляторы. Солнечная батарея, ее мощность напрямую зависит от площади поверхности, например:

• Батарея размером 290×350×25 обладает мощностью – 20Вт;
• 475×513×25 – 30Вт;
• 470×676×25 – 40Вт;
• 1650×991×35 – 280Вт.

Существует большое количество размеров солнечных батарей, что значительно упрощает их выбор. Это также определяет большое разнообразие устройств по мощности.

На видео ниже предоставлена технология расчета мощности системы. Рекомендуем просмотреть ролик, т.к. он поможет определиться с выбором:

Рассчитываем мощность системы

Внимание! Следует учесть, что выбрать солнечную панель не достаточно, необходимо подобрать соответствующие потребностям энергоснабжения аккумуляторы. Именно они обеспечивают автономность, поэтому заряда их должно хватать на ночь и на время непогоды, когда эффективность панелей сильно снижается. Из нескольких АКБ собираются специальные блоки.

Как выбрать контроллер

Важно выбрать подходящий контроллер для системы автономного энергоснабжения. Он обеспечивает эффективную работу аккумуляторов, что продлевает их срок эксплуатации. Неправильный выбор влечет быстрый выход из строя АКБ, что приводит к необходимости их замены.

Существует 2 вида контроллеров:

• МРРТ – позволяет на 100% эффективно использовать энергоемкость зарядных устройств;
• ШИМ – осваивает аккумулирующуюся энергию только на 80%.

Разница в эффективности освоения заряда создает и разницу в стоимости. Контроллер МРРТ в 2–3 раза дороже, чем ШИМ. Но большая стоимость компенсируется, если посчитать среднегодовые показатели работы системы. Использование ШИМ контроллера вынудит добавить больше батарей.

Очень важно учитывать мощность. Она должна превышать максимальные показатели блока АКБ. ШИМ контроллеры должны соответствовать в этой части показателям зарядных устройств. Это обусловит меньшие энергопотери в процессе преобразования напряжения.

Мнение специалиста по поводу того, как выбрать контроллер, предоставлено на видео:

Выбираем контроллер

Вот и все, что хотелось рассказать вам о том, как выбрать солнечную батарею для дома по мощности и типу исполнения. Надеемся, предоставленная информация помогла вам ответить на вопрос.

Полезное

Рекордсменом по КПД среди солнечных батарей, из числа так или иначе доступных на рынке сегодня, являются, разработанные Институтом гелиоэнергетических систем Общества имени Фраунгофера в Германии, солнечные батареи на базе многослойных фотоэлементов. Начиная с 2005 года, их коммерческим внедрением занимается компания Soitec.

Размер самих фотоэлементов не превышает 4 миллиметра, а фокусировка солнечного света на них достигается путем применения вспомогательных концентрирующих линз, благодаря которым насыщенный солнечный свет преобразуется в электричество с КПД достигающим 47%.

Батарея содержит четыре p-n перехода, чтобы четыре различные звена фотоэлемента могли эффективно принимать и преобразовывать излучение с конкретной длиной волны, из солнечного света, сконцентрированного в 297,3 раза, в диапазоне длин волн от инфракрасного до ультрафиолетового.

Исследователи под руководством Франка Димирота изначально поставили перед собой задачу вырастить многослойный кристалл, и решение было найдено, - они срастили подложки для выращивания, и в результате был получен кристалл с различными полупроводниковыми слоями, с четырьмя фотоэлектрическими подъячейками.

Многослойные фотоэлементы давно используются на космических аппаратах, но теперь на их основе запущены и солнечные станции уже в 18 странах. Это становится возможным благодаря совершенствованию и удешевлению технологии. В итоге, количество стран, снабженных новыми солнечными станциями, будет расти, и налицо тенденция к конкуренции на рынке промышленных солнечных батарей.

На втором месте - солнечные батареи на базе трехслойных фотоэлементов Sharp, КПД которых достиг 44,4%. Фосфид индия-галлия - первый слой фотоэлемента, арсенид галлия - второй, арсенид индия-галлия - третий слой. Три слоя разделены диэлектриком, который служит для достижения туннельного эффекта.

Концентрация света на фотоэлемент достигается благодаря линзе Френеля, как и у немецких разработчиков, - свет солнца концентрируется в 302 раза, и преобразуется трехслойным полупроводниковым фотоэлементом.

Научные исследования по развитию этой технологии непрерывно велись Sharp, начиная с 2003 года при поддержке NEDO - японской организации общественного управления, содействующей научным исследованиям и развитию, а также распространению промышленных, энергетических и экологических технологий. К 2013 году Sharp был достигнут рекорд в 44,4%.

За два года до Sharp, в 2011 году, американская компания Solar Junction уже выпустила аналогичные батареи, но с КПД 43,5%, элементы которых обладали размером 5 на 5 мм, и фокусировка также производилась линзами, концентрируя свет солнца в 400 раз. Фотоэлементы были трехпереходными на основе германия, и группа планировала даже создать пяти и шестипереходные фотоэлементы, чтобы лучше захватить спектр. Исследования ведутся компанией и по сей день.

Таким образом, максимально рекордным КПД обладают солнечные батареи, выполненные в сочетании с концентраторами, которые, как мы видим, производят и в Европе, и в Азии, и в Америке. Но эти батареи в основном изготавливаются для постройки наземных солнечных электростанций крупных масштабов и для эффективного электроснабжения космических аппаратов.

Недавно был поставлен рекорд в сфере обычных потребительских солнечных панелей, которые доступны большинству желающих снабдить ими, например, крышу дома.

В середине осени 2015 года компания Илона Маска «SolarCity» представила наиболее эффективные потребительские солнечные панели, КПД которых превышает 22%.

Этот показатель подтвердили замеры, проведенные лабораторией Renewable Energy Test Center. Завод в Баффало уже ставит план производства на каждый день - от 9 до 10 тысяч солнечных панелей, точные характеристики которых пока не сообщаются. Компания уже планирует снабжать своими батареями не менее 200000 домов ежегодно.

Дело в том, что оптимизированный технологический процесс позволил предприятию значительно снизить стоимость производства, при этом повысив КПД в 2 раза по сравнению с широко распространенными потребительскими кремниевыми солнечными панелями. Маск уверен, что именно его солнечные панели будут пользоваться наибольшей популярностью у домовладельцев в ближайшем будущем.

Выгодны ли солнечные батареи для дома?

Какова стоимость солнечной энергии на самом деле? Выгодно ли переходить от нефти и газа на солнечные батареи?
Все эти вопросы задает каждый, кто задумывается или планирует приобретение солнечных панелей для генерации своего собственного электричества. Слово «халява» привлекает всех без исключения, поэтому слыша истории о бесплатной и бесконечной энергии, способной вдохнуть жизнь во все электрические приборы и бытовую, в голове сразу промелькнет мысль, что нужно срочно бежать в магазин покупать чудо-батареи. Но для начала необходимо рассчитать, сколько стоит солнечная система энергоснабжения, какова ее экономическая эффективность, и через сколько лет она сможет окупить себя.


Во сколько обойдется система солнечных батарей?
Наиболее распространенными считаются поликристаллические батареи на основе кремния, так как в категории «цена/эффективность» они показывают самые лучшие результаты. Несмотря на то, что монокристаллические элементы имеют более высокий показатель КПД - это не означает, что срок их окупаемости будет меньше, ведь цена на них существенно выше, да и при пасмурной погоде их производительность падает в сравнении с поликристаллическими батареями.

Если Вы задумываетесь о приобретении солнечных батарей, не забудьте, что помимо панелей Вам понадобятся и другие элементы системы:
-Инвертор для преобразования напряжения в нужные 220 вольт.
-Аккумулятор для накопления преобразованной энергии.
-Контроллер заряда/разряда аккумулятора.
А все это дополнительные траты, да и установка всей этой системы потребует от Вас денежных вложений.
Рассмотрим на примере. Панель мощностью в 50 Вт обойдется Вам примерно в 3-4 тыс. руб., в 250 Вт - около 14-15 тыс. руб. За аккумулятор с характеристиками 12 В и 50 Ач придется выложить около 5-6 тыс. руб., а характеристики 2 В и 100 Ач обойдутся в 1500-2000 руб. Цена на инвертор составит порядка 2-4 тыс. руб. при мощности 300-600 Вт. За более высокие показатели мощности нужно будет заплатить в разы больше. Остался контроллер заряда - минимальная цена около 1,5 тыс. руб. Получается, что чем больше энергии Вы хотите получать и чем выше эффективность солнечной системы, тем больше придется заплатить, все достаточно логично.
Через сколько лет солнечная система окупит себя?

Следующий немаловажный вопрос - это окупаемость солнечной батареи. Выгодно ли будет Вам ее использование, нужно определить до установки системы. Первое, что потребуется сделать - это рассчитать потребляемую энергию. Если в среднем в месяц Вы тратите около 200 кВт, то в час это значение составит примерно 270-280 Вт. Следующий показатель - это пиковая нагрузка, то есть количество потребляемой электроприборами энергии при условии, что они включены одновременно. Ну и конечно, многое зависит от региона, в котором вы проживаете. Чем больше ясных дней в году, тем большее количество генерируемой системой энергии, больше всего в этом вопросе повезло, конечно, южной части России, на них правительство и возлагает надежды по развитию солнечной энергетики.

После расчета потребляемой энергии можно приступить к вопросу об окупаемости. Для наглядности опять воспользуемся конкретными цифрами. Примерная стоимость системы солнечных батарей со средней месячной производительностью в 240 кВт составит порядка 250-300 тыс. руб. Зная сколько стоит 1 кВт электроэнергии в Вашем городе, Вы сможете без проблем рассчитать срок окупаемости планируемой системы на солнечных батареях. И тем самым оценить ее эффективность лично для себя.
Еще один важный момент: стоимость солнечных фотоэлементов постоянно уменьшается, а вот тарифы на электроэнергию, наоборот, растут. Вот и получается, что первоначально рассчитанный срок окупаемости с каждым годом будет становиться меньше.

Как показывает практика, наибольшую эффективность от использования солнечных батарей получают жители Европы. Здесь 2 причины:
---Благоприятный климат, то есть большее число безоблачных дней в году позволяют генерировать достаточное количество электроэнергии, которого хватает и на обеспечение собственных нужд и даже позволяет продавать излишки государству, поэтому Европа и является лидером в сфере солнечной энергетики. Но, к сожалению, в России пока такой практики не наблюдается.
---Высокие тарифы на электрическую энергию. В России этот показатель значительно ниже, поэтому и эффективность использования солнечных батарей в нашей стране гораздо меньше.
К 2020 году странами Евросоюза планируется вырабатывать около 20% всей электроэнергии, потребляемой ими, именно из ВИЭ. К примеру, до 2030 г. более 1,8 трлн. $ на развитие ВИЭ планирует потратить Германия, остальные страны тоже не собираются отставать от нее.
Гораздо хуже дела обстоят у нас в России, лишь к 2020 году планируется поднять долю электроэнергии, получаемой с использованием ВИЭ, до отметки в 4,5%. Цифра в сравнении с европейскими показателями мизерная. И если механизм развития солнечной энергетики в нашей стране не изменится, то мы очень сильно останемся позади других крупнейших государств мира. Выходит, что для всех стран использовать солнечные батареи становится выгодно, а вот для России - этот вопрос остается открытым.

Ха! Ха! Ха!
The Rockefeller Family Fund (Семейный Фонд Рокфеллеров) (RFF) объявил о своем намерении отказаться от подавляющего большинства всех своих активов, так или иначе связанных с ископаемым топливом. Комментарии к заявлению Семейного Фонда Рокфеллеров:

Надо же, контора, без тени сомнения вместе с такими же, развязавшая в своих корыстных интересах сначала Первую мировую войну, а затем Вторую, в которых в общей сложности погибли десятки миллионов человек, вдруг озаботились экологией!

Конечно же, выдавая такие заявления, Рокфеллеры прикрываются интересами мировой экологии только в целях получения барышей. Многие ведущие эксперты в области энергетики, чье мнение давно заслужило доверия, утверждают об убыточности "зеленой энергетики". Затраты на производство солнечных панелей, ветроэнергогенераторов и прочих устройств для выработки электричества нетрадиционным способом, их техническое содержание и утилизацию после срока службы значительно превышают доход от полученной ими электроэнергии.

В среднем дотации в альтернативную энергетику составляют до 20%, которые осуществляются именно за счет традиционной.

То есть здесь много денег, надо понимать, не заработать.

Кроме того, подавляющее большинство специалистов утверждает, что в связи с очередным рукотворным кризисом 2014-2016 г.г. нефтяные компании резко снизили инвестирование в разработку новых месторождений газа и нефти.

Это очень важный момент, поскольку запасы имеющихся разработанных залежей истощаются.

При существующем объеме потребления нефти все ее якобы "добытые, но не использованные излишки" быстро закончатся.

При таких обстоятельствах доходы нефтяной отрасли также будут только расти!

Когда RFF объявляет об избавлении от активов компаний, связанных с ископаемым топливом, надо в этом моменте быть очень внимательным и тщательно следить за руками фокусников.

Блеф это искусство, которым еврейские банкирские семьи владеют в совершенстве.

В этом случае надо вспомнить как Натан Ротшильд за несколько часов сколотил огромное состояние в 1815 году, имея конфиденциальную информацию о поражении Наполеона от английских войск в битве под Ватерлоо.

Получив известие о победе Англии Ротшильд прибыл на биржу и с лицом полным трагизма начал продавать принадлежащие ему акции английских компаний.

Через некоторое время биржевики сделали вывод о том, что Ротшильду известен результат решающего сражения с Наполеоном и результат этот не в пользу Англии.

Брокеры бросились распродавать такие ценные бумаги, которые резко теряли в цене.

В это же время "агенты Ротшильда" тихо их скупали.
Также, не афишируя, люди Ротшильда приобрели максимально возможное количество консолей (бессрочных облигаций британского правительства).

На следующий день, когда о победе Англии над Наполеоном стало общеизвестно, финансовая биржа Лондона уже находилась под полным контролем семьи Ротшильдов.

Компания SolarCity была создана в 2006 году двоюродными братьями известного предпринимателя и основателя и Space X — Илона Маска. Хорошо зная его выдающиеся деловые качества, они также доверили ему руководство своей компании.

За это время SolarCity успела стать крупнейшим в США производителем солнечных батарей. Её клиенты – частные домовладельцы, предприятия, школы, некоммерческие и государственные организации, отдавшие предпочтение чистой солнечной энергии, которая оказалась намного дешевле той, что вырабатывают электростанции за счёт сжигания углеводородов.

Представители компании заявили, что их новые солнечные панели — самые эффективные в мире. Так на площади 0,093 кв. м (1 кв. фут) они производят больше энергии, чем имеющиеся в мире аналоги. В настоящее время их КПД составляет 22,5 % — самый высоких показатель на сегодняшний день среди представленных на рынке моделей.

Это стало возможным после того, как SolarCity приобрела у компании Sivelo новую технологию производства солнечных батарей. Новая конфигурация солнечной панели сводит потери эффективности до 0,5 %, в то время, как у ближайших конкурентов SolarCity эти показатели достигают от 1,5 до 2,5 %.

Солнечные модули будут собираться в Буффало, штат Нью-Йорк. Ожидается, что ежедневная производительность предприятия составит от 9000 до 10000 солнечных панелей. Благодаря новым технологиям стоимость панелей удастся снизить до 55 центов за Ватт номинальной мощности.

Уникальные панели, собранные в цехах SolarCity, будут производить энергии на 30-40 % больше, чем аналогичные батареи конкурентов. В амбициозных планах братьев – достичь генерируемой мощности в 1 ГВт. Рядом с заводом по производству панелей они намерены создать солнечную ферму, которая будет обеспечивать жителей Буффало чистой энергией.

Чтобы стать клиентом SolarCity, достаточно связаться с представителями компании, которые позаботятся о всех необходимых расчётах и дизайне солнечных панелей. А дальше начинается нечто неправдоподобное. Монтажники устанавливают и подключают оборудование, и за всё это клиент не платит ни цента.

Платить он будет позже ежемесячно и исключительно за электроэнергию, вырабатываемую его солнечными панелями. Вот таким необычным образом компания SolarCity и её создатели приобщают своих сограждан к использованию солнечной энергии.

Артем Чуйков, представитель компании «Санвэйс»:

Батареи работают не от солнечных лучей, а от солнечного света в принципе. Электромагнитное излучение достигает земли в любое время года. Просто в пасмурную погоду энергии вырабатывается меньше. Например, мы устанавливали автономные фонари на солнечных батареях. Конечно, бывают небольшие промежутки, когда батареи не успевают полностью заряжаться. Но в целом за зиму это не так уж и часто происходит.

Интересно, что даже если на солнечную панель попадает снег, она все равно продолжает преобразовывать солнечную энергию. А за счет того, что фотоэлементы нагреваются, снег сам оттаивает. Принцип такой же, как подогрев стекла у машины.

Идеальная зимняя погода для солнечной батареи - морозный безоблачный день. Иногда в такие дни даже рекорды по генерации можно устраивать.

Олег Лежнев, генеральный директор компании «Солнечная Энергоимперия»:

Зимой эффективность солнечной батареи падает. В Москве и Подмосковье в среднем в месяц она вырабатывает в 8 раз меньше электроэнергии. Скажем, если летом для работы холодильника, компьютера и верхнего освещения дома нужен 1 кВт энергии (это 4 панели по 250 ватт), то зимой для надежности лучше запастись 2 кВт.

При этом на Дальнем Востоке продолжительность солнечного сияния (то есть времени, когда земная поверхность освещается прямыми лучами солнца, не закрытого от нас плотными облаками) больше, эффективность снижается всего в полтора-два раза. Ну и, конечно, чем южнее, тем меньше разница между зимним и летним периодом.

Так же важен угол наклона модулей. Можно выставить универсальный угол, на целый год. А можно каждый раз менять, в зависимости от сезона. Делают это не владельцы дома, а специалисты, которые выезжают на место.

У нас покупают панели вне зависимости от времени года. Обычная цена - 60 рублей за ватт. Плюс нужно докупить контролер заряда (25 000 рублей). Итого - не менее 100 000 рублей на дом.