Современное человеческое общество в последние десятилетия увеличило потребление энергии, в связи с этим и потребность в получении экологически более чистой энергии сильно возросла. Самым очевидным источником энергии для нас является наша звезда – Солнце. В сутки человечество потребляет в эквиваленте около 245 миллионов баррелей нефти, в то время как количество солнечной энергии, которое достигает поверхности нашей планеты, почти в 11 000 раз превышает наши потребности.
Если правильно распорядится этим потенциалом, то у нас будет источник энергии, который вполне можно считать неиссякаемым, и его хватит на 10 и 100 тысяч лет. Тем более что вредность использования природного газа, угля и нефти может привести к экологической катастрофе. Уже сейчас безрассудное использование этих ресурсов приводит к тому, что облик планеты меняется. Поэтому интерес к альтернативным источникам высок, как никогда, и здесь одну из ведущих ролей играет солнечная энергетика.
Рост использования в генерации электроэнергии и бытовых нуждах солнечной энергии по всему миру растет с каждым годом, это особенно актуально для стран с большим количеством солнечных дней в году. Показатели использования энергии солнца неуклонно растут с каждым годом. Если говорить о получении электрической энергии из солнечной, то суммарный вырабатываемый фонд в 2010 году составил 39,5 ГВт, а по данным Европейской фотоэлектрической ассоциации (EPIA) в 2015 году такой фонд составил уже 196 ГВт. Это указывает на стремительный рост данной промышленности.
Технологии солнечных панелей.
Работа солнечной ячейки.
Варианты подключения.
Солнечную энергию можно использовать различными методами, и для разных целей. Наиболее часто встречаются три способа:
гелиотермальная энергия – использование солнечной энергии для нагрева теплоносителя, в частности, для отопления дома или нагрева воды;
генерация электроэнергии при помощи тепловых машин – нагреваемых солнечной энергией (фокус системы зеркал на рабочем теле машины);
генерация электроэнергии при помощи солнечных полупроводниковых панелей.
Под солнечными панелями следует понимать систему соединенных в набор отдельных фотоэлектрических преобразователей.
Фотоэлектрический преобразователь (ФЭП) – полупроводниковое устройство, способное превращать энергию солнечных фотонов в электроэнергию. Самым популярным материалом, из которого изготавливают ФЭП, является кремний.
Эффективность солнечных панелей возможна лишь в случае объединения их в систему с достаточным количеством ФЭП. Один ФЭП в состоянии генерировать напряжение лишь в 0,5 В, поэтому их собирают в систему панелей. Количество панелей диктуется задачей, на которую они рассчитываются
Электроэнергия, которую вырабатывают солнечные панели, имеет постоянное напряжение 12, 24 или 48 В, в то время как бытовые сети, а также наши приборы в домах рассчитаны на переменное напряжение сети 220 В (для двухфазной сети), и 380 В (для трехфазной сети). Чтобы вырабатываемую солнечными панелями энергию можно было бы использовать в быту, ее необходимо преобразовать, и для этих целей применяются специальные приборы – инверторы. Инвертор – устройство, позволяющее преобразовать постоянное напряжение в переменное.
Еще одной особенностью использования солнечных панелей является их неспособность вырабатывать электричество постоянно. Генерация энергии идет только тогда, когда солнечные фотоны попадают на поверхность панелей, а в темное время суток это невозможно. Поэтому вместе с солнечными панелями применяется аккумуляторный блок. Аккумуляторный блок – это система накопительных аккумуляторов, которые заряжаются в дневное время от солнечных батарей, что позволяет использовать электроэнергию в вечернее и ночное время.
Чтобы эффективно использовать аккумуляторный блок, он оборудуется специальным электронным контроллером заряда батарей. Это позволяет увеличить продолжительность службы аккумуляторного блока за счет наиболее оптимального алгоритма зарядки.
Чтобы получить наибольшую пользу от применения солнечных панелей, следует использовать бытовые и осветительные приборы с высокой энергоэффективностью. Самым наглядным примером являются светодиодные лампы, которые в 10 раз энергоэффективней ламп накаливания, и в 2 раза эффективней люминесцентных ламп.
Солнечные панели наиболее эффективно вырабатывают электричество в момент, когда солнечные лучи попадают на поверхность ФЭП перпендикулярно. При попадании лучей под углом, эффективность несколько падает. Если учесть, что в течение дня солнце перемещается по небу, то достичь постоянного эффекта попадания лучей строго под 90º на поверхность панели трудно. Для этого панель необходимо постоянно поворачивать. В связи с этим существует два вида панелей:
 | солнечные панели с жестко фиксированным основанием; |
 | панели, снабженные системой слежения и поворотным механизмом. |
Наиболее точным показателем эффективности солнечной панели является КПД. Здесь под КПД (коэффициентом полезного действия) следует понимать величину преобразованного электричества относительно соответствующих показателей энергии потока фотонов. Чем больше электричества получается в солнечный день, тем выше КПД. Поворотный механизм не единственное, что увеличивает КПД панели. Важным компонентом является и материал, из которого изготавливается полупроводниковый компонент. ФЭП могут состоять из моно или поликристаллического кремния, аморфного кремния, тонкоплёночные панели, нанокристаллические панели и т.д. В зависимости от примененного материала также будет зависеть и величина КПД,
На эффективность работы солнечной панели влияет и количество солнечных дней в году. Для нашей страны годовая суммарная площадь светового потока составляет от 1000 до 1350 кВт•ч/м. В этом случае КПД солнечной батареи стационарного исполнения составляет 14%. Если взять регион Украины со световым потоком интенсивностью 1100 Вт/м2, с учетом КПД (14%) мы получим:
1100 Вт/м2 * 0,14 = 154 Вт с одного м2 площади солнечной панели.
Также очень важным параметром является температурный показатель окружающей среды, в котором работает солнечная батарея. Рабочей считается температура окружающей среды, которая равняется 25ºС. Если панели функционируют при температуре выше этого показателя, то меняется их срок службы, а также параметр вырабатывания электроэнергии.
В зависимости от объекта, на котором планируется установка солнечных панелей, подбирается их оптимальное количество, а также необходимое оборудование, с учетом условий размещения панелей и интенсивности годового потока солнечной энергии. Чтобы найти лучшую комбинацию, все расчеты по подбору, установке и подключению солнечных панелей лучше доверить специалистам.
Все это приводит к увеличению популярности применения солнечных панелей. Также стоит заметить, что применение новейших технологий позволяет снизить себестоимость панелей и увеличить их производительность, что дополнительно стимулирует рост популярности их использования.
Первоначальная стоимость установки солнечных панелей включает не только цену самих батарей, но и вспомогательного оборудования, аккумуляторного блока, инвертора, а также работу специалистов по монтажу системы. На сегодня система солнечных панелей «под ключ» в нашей стране будет стоить около 4 тысяч долларов за 1 Ватт. Лучшим способом снизить себестоимость покупки солнечных панелей является применение современных энергоэффективных приборов, оборудования и освещения. Это также важно учитывать при планировании установки панелей и расчета их себестоимости.