Принцип роботи сонячної батареї та її різновиду
Сонячна енергетика – перспективний напрямок у розвитку альтернативних джерел енергії. Технологія просунулась настільки, що сучасні батареї здатні закрити потреби в електриці заміського будинку навіть у тих широтах, де кількість ясних днів дуже обмежена (наприклад, у Ленінградській області). Розбираємося, яким є принцип роботи сонячної батареї, які види обладнання існують, які параметри потрібно врахувати при виборі.
Як працює технологія
Принцип дії сонячних батарей ґрунтується на можливості взаємодії сонячного світла (а це електромагнітне випромінювання) з речовиною. При цьому взаємодії енергія фотонів (світлових частинок) передається електронам речовини, тобто енергія світла перетворюється на постійний електричний струм.
Явище було відкрито ще в 19 столітті, і отримало назву фотоелектричного ефекту (фотоефекту). Для його виникнення та підтримки необхідні фотоелектричні перетворювачі (фотоелементи), напівпровідники за способом функціонування.
Напівпровідник – матеріал з надлишком чи нестачею електронів. У напівпровідниковому елементі є два шари з різною провідністю. Шар із зайвими електронами грає роль катода, шар із нестачею електронів – анода. У більшості сучасних виробів роль напівпровідників виконують кремнієві пластини, що мають необхідні напівпровідникові властивості.
Окремі фотоелементи мають надто малу потужність, щоб живити електроприлад. Тому їх поєднують в електричний ланцюг, який формує те, що називають сонячною батареєю (або панеллю). Пристрій має таку будову:
- Виріб виглядає як панель, де заламіновані кремнієві пластини, відповідальні за перетворення енергії.
- Зверху панель захищає загартоване скло. Щоб підвищити ефективність, вибирають марку скла із низьким вмістом оксидів заліза. Завдяки такому рішенню досягається висока прозорість, що також грає на ефективність системи.
- Завдяки ламінації панель виходить повністю герметичною, а використовувані матеріали роблять її стійкою до вітрових та снігових навантажень.
Плюси і мінуси
Енергія сонця відноситься до альтернативних, відновлюваних джерел, її використання вважається прогресивним способом енергоспоживання. Її переваги описують так:
- Ваші щомісячні платежі за електроенергію знижуються (а ідеалі зникають). Ступінь економії залежить від розмірів встановленої системи та обсягу споживання.
- Якщо монтаж системи здійснюється на власній ділянці, вам не потрібно отримувати дозвіл на встановлення обладнання.
- Існує можливість заробити, якщо ви вироблятимете електроенергії стільки, що зможете продавати її державі.
- Витрати обслуговування залишаються дуже низькими.
- Невелика вага, безпроблемна експлуатація, відсутність шуму.
- Сонячна енергетика – динамічна галузь і ефективність сонячних панелей постійно підвищується. Сучасні моделі можуть працювати навіть при суцільній хмарності (виробіток при цьому знижується).
Люди, які скептично ставляться до встановлення сонячних батарей, оперують такими фактами:
- Панелі вимагають вкладення коштів, їм потрібний простір для встановлення, а ККД досить низький навіть у найкращих моделей.
- Панелі можуть бути джерелом енергії лише вдень. Щоб користуватися дарами зеленої енергетики цілодобово, необхідний акумулятор - буферний накопичувальний пристрій, а також інвертор (прилад для перетворення постійного струму на змінний). Безкоштовну енергію від природи важко назвати дешевою.
- Зелена технологія шкодить природі не гірше за традиційне спалювання будь-якого палива. Варто згадати особливості виробництва та, особливо, утилізації панелей та акумуляторів. Її екологічність під великим питанням.
- Таке джерело енергії важко назвати незалежним. Ви не маєте точок перетину з державними мережами, але не зможете обійтися без компаній, що займаються обслуговуванням, ремонтом систем, продажем комплектуючих.
- Не завжди можна вийти на окупність системи, частіше технологія виявляється збитковою. Справа в неуважному доборі панелей, низькій продуктивності, невідповідних кліматичних умовах.
різновиди
За способом функціонування сонячні системи поділяються на два типи:
- Автономні. Працюють там, де немає можливості підключитись до центральної електромережі. Мінус проявляється у періоди тривалої відсутності сонця (наприклад, взимку), коли є ризик залишитись без електроенергії. Потребують підстрахування дизельним/бензиновим генератором.
- Комбіновані. Система працює автономно, на генерації від сонця, але при необхідності перемикається на дублююче джерело (електромережа або той же дизель). Джерела пов'язані в мережу за допомогою приладів, перемикання відбувається автоматично.
Технології виробництва та влаштування сонячної батареї відрізняються, головним чином, методом нанесення кремнію. Більшість систем використовують модулі таких типів:
- Полікристалічного типу. Бюджетний варіант сонячних батарей підходить як джерело енергії для заміського будинку. Існує версія мобільної моделі, яку можна взяти у подорож чи похід. Недолік технології – порівняно низька (до 18%) ефективність.
- Монокристалічний кремній. Панелі надійніші в експлуатації. У них вищий термін експлуатації (до 40-50 років), стабільніша робота: вони зберігають до 70-80% потужності протягом роботи. Панелі із монокристалічних елементів демонструють ефективність до 22 % (у серії); ті, що використовують у космічній галузі – до 38 %.
Також можливе встановлення наступних пристроїв:
- Мультикристалічний кремній. Модулі з мультикристалічного кремнію прості у виготовленні, тому мають більш доступну вартість. ККД доходить до 15%, служба розрахована на 25 років.
- Тонкоплівкові батареї. Можуть функціонувати при розсіяному світлі (без прямого сонячного світла), що є плюсом у туманному кліматі чи запиленому повітрі. Це дає додатково 10-15% потужності на рік (якщо порівнювати із традиційними кристалічними системами).
- Сонячні панелі із аморфного кремнію. ККД невисокий (6-8 %), зате електроенергія, що виробляється, – одна з найдешевших.
- Моделі на основі CIGS (напівпровідникові). До складу напівпровідника входить мідь у суміші з індієм, галієм та селеном. В основі виготовлення батареї лежить плівкова технологія, ефективність досягає 15%.
- Батареї з використанням телуїду кадмію (CdTe). Виготовляються за плівковою технологією, відрізняються надтонким напівпровідниковим шаром. ККД не перевищує 11 %, зате енергія, що генерується, обходиться на 20-30 % дешевше, ніж у кремнієвих моделей.
Корисне відео
Тонкощі, важливі для вибору
Щоб обладнання виявилося максимально ефективним, рекомендують визначитися з такими питаннями:
- Формат використання. Він визначає фінансову сторону. Одна справа – портативна панель, яку можна повісити на вікно або взяти в поїздку, зовсім інша – повноцінна система для встановлення на дах будинку. Вартість останньої залежить від країни-виробника та потужності.
- Характеристики. Щоб вибрати модель потрібного типу та потужності, корисно звернутися до фахівців, але тут все також упирається у спосіб використання. Для зарядки ліхтарика вистачить панелі потужністю 3-4 Вт, для дачного холодильника знадобиться система до 100 Вт.
- Розташування. Для монтажу сонячних панелей вибирають поверхню, орієнтовану на південь без затінених ділянок. Кут нахилу вибирають рівним широті місцевості та коригують залежно від пори року: влітку збільшують на 6°, взимку на стільки ж зменшують
Корисне відео
Висновок
Сонячні батареї - альтернативне джерело енергії, що має вигляд панелей (стаціонарних або гнучких, переносних). Складовою частиною панелей служать напівпровідникові елементи, здатні перетворювати енергію сонця на постійний струм. Особливість сонячних батарей полягає в тому, що вони не можуть працювати цілодобово, тому потребують додаткового обладнання: акумулятора та інвертора (для перетворення постійного струму на змінний).
За способом роботи розрізняють автономні та комбіновані системи. Найбільш популярний продукт на енергоринку – це моно- та полікристалічні системи. При виборі потрібної моделі важливо врахувати потужність, підрахувати цінові витрати. Якщо ви маєте намір продавати надлишки енергії, для підключення до мережі необхідно запрошувати електрика.
