Из чего сделаны солнечные батареи: их разновидности, принцип работы

Принцип работы солнечной батареи

Конструктивные особенности

Прожекторы на солнечных батареях, равно как и любой другой вид осветительных приборов, действующих на базе природного излучения, а также солнечные панели, как источник электрического тока, функционируют на основе фотоэлектрических элементов. Преобразование естественного света в электроэнергию происходит посредством p-n перехода. Величина электрических параметров (тока и напряжения) будет напрямую зависеть от интенсивности падающего на поверхность батареи излучения.

Схема работы

Именно поэтому прослеживается вполне логичная связь между размерами батареи, а также ее производительностью. Соответственно, прожекторы, работающие на солнечных тепловых батареях, позволяют освещать довольно большие территории, так как функционируют на базе мощных панелей. КПД подобных устройств зависит еще и от материала, из которого изготовлена батарея, а также от технологии ее производства.

Конструкция таких приборов состоит из следующих элементов:

Непосредственно сама солнечная батарея, продуцирующая постоянный электрический ток;
Аккумулятор;
Контроллер для управления зарядом солнечной батареи;
Инвертор, задача которого заключается в преобразовании постоянного тока в переменный эквивалент, что позволяет подключать различную технику на обслуживаемом объекте.

Особенностью источника питания данного рода является возможность подключения параллельно или последовательно. В первом случае на выходе получается большое значение напряжения, во втором – увеличивается значение тока.

Чтобы увеличить мощность такого устройства используется модульная конструкция, как, например, для обслуживания крупного объекта. При этом выполняется подключение нескольких батарей сразу. А вот прожекторы на солнечных батареях функционируют от единственного источника питания, который должен быть полноразмерным для получения на выходе большой мощности, так как такие осветительные приборы используются для обслуживания больших территорий.

Виды солнечных батарей

Такие аккумуляторы постоянно видоизменяются. Эта область модифицируется и подвергается инновационным решениям.

Именно поэтому существует много видов солнечных панелей.

Монокристаллические

Данные батареи обладают хорошим КПД. Каждая ячейка являет собой отдельный кристалл кремния. Поверхность батареи слегка выпуклая, насыщенного синего цвета. Фотоэлектрические панели этого типа имеют самую высокую цену, которая обуславливается сложностью технологии. Ведь все кристаллы развернуты в одном направлении.

Необходимо будет дополнительное оборудование, которое будет разворачивать комплекс панелей в зависимости от положения Солнца на горизонте. Из-за необходимости прямых лучей такие элементы устанавливают на хорошо освещенных участках или возвышенностях.

Средний срок эксплуатации – 25 лет.

Поликристаллические (multi-Si)

Солнечные модули данного вида обладают неравномерно насыщенным синим цветом из-за разной направленности кристаллов кремния. Они дешевле монокристаллических аналогов, обладают хорошим КПД, их не нужно разворачивать к солнцу. В пасмурную погоду или облачность они показывают лучшие результаты, нежели вышеописанный вид.

Средний срок эксплуатации без потери качеств – 15-20 лет.

Аморфные (полимерные солнечные батареи)

В данном случае используются не цельные кристаллы, а гидрид кремния. Его наносят на твердую или гибкую подложку. Преимуществами является низкая стоимость. К тому же, полимерный солнечный элемент можно нанести на любую гибкую подложку. Значит, вы можете по максимуму использовать скат крыши, неровные поверхности.

Фотоэлектрическая структура полимерного кремния позволяет поглощать свет даже рассеянный. Аморфные солнечные батареи выгодно ставить в условиях севера, короткого светового дня, в областях с агрессивными атмосферными условиями.

Существуют и другие, более редкие разновидности.

Органические

Эти солнечные батареи только изучаются. Активные разработки появились в последнем десятилетии, поэтому достоверных данных насчет гарантированного срока эксплуатации у производителей нет. Солнечный элемент использует органическую основу – соединения углерода.

Некоторые виды солнечных панелей данного строения обладают хорошим КПД, они пластичны, экологичны, просты в утилизации и значительно дешевле кремниевых аналогов.

Безкремниевые

Изготовлены на основе редких металлов. Вместо кремния применяются соединения теллура, селена, меди, индия. Данные металлы редкие и дорогие, поэтому стоимость батарей очень высокая. Однако панели этого типа могут работать в широком температурном диапазоне.

Сравнение КПД батарей разного типа

Разновидность панели	Максимальное значение КПД
Монокристаллические	20-25%
Поликристаллические	15-20%
Аморфные	6-7% (в некоторых случаях до 15%)
Органические	12-15%
На основе редких металлов	10-20%, в зависимости от применяемого металла. Некоторые панели могут выдавать до 40%

Стоимость комплекта, обзор технических характеристик

Комплект для солнечной батареи

Цена устройства формируется с учетом комплектующих:

модуль;
аккумуляторная батарея;
контроллер;
инвертор;
кабель;
клеммы;
стеллаж.

Цена солнечных батарей разная. В зависимости от комплектующих стоимость меняется в пределах диапазона: от 300 тыс. руб. до 2 млн руб. Малогабаритные изделия для локального применения можно приобрести и за 10 тыс. руб., однако их допустимо применять для простейших нужд (в качестве элемента питания и др.)

При выборе устройства обращают внимание на параметры:

энергоэффективность;
габариты панелей (могут составить несколько метров по одной стороне);
мощность;
температурный коэффициент (оказывает влияние на мощность и другие электрические параметры).

Несмотря на высокую стоимость, солнечные батареи приобретают достаточно часто. Это обусловлено сравнительно быстрой их окупаемостью. Срок возврата затраченных средств зависит от количества потребителей. Для сравнения, панели, обслуживающие дом, где проживает семья из 4 человек, окупятся уже через 4 года (средний показатель).

Для удовлетворения простых нужд может быть достаточно панелей «Хевел» сетевой солнечной электростанции мощностью не выше 5 кВт. Их допустимо устанавливать на крыше частного дома, объектах малого и среднего бизнеса (кафе, небольшие магазины, павильоны, гостевые дома). Такой способ позволяет снизить затраты на электроэнергию от основного источника.

Однако самостоятельно сложно понять, какой комплект следует приобрести. Не всегда просто рассчитать и достаточную мощность солнечных батарей. Если выбор пал на панели «Хевел», консультант поможет подобрать модель. От компании приходит специалист, ориентируется на месте: делает замеры, расчеты. Дома останется выполнить пусконаладочные работы. Производитель «Хевел» предоставляет гарантию (до 25 лет) на все комплектующие, а также модули.

Характеристика устройств

Ученым удалось обнаружить природные вещества, в которых происходит преобразование света в электроэнергию. Этот процесс они стали называть фотоэлектрическим эффектом. Впоследствии им удалось научиться управлять этим явлением. Потом благодаря полупроводниковым материалам они смогли создать небольшие эффективные приборы – фотоэлементы.

После этого было налажено производство миниатюрных преобразователей и эффективных гелиопанелей. КПД кремниевых панелей составляет 18–22%.

Устройство солнечного модуля

Из данных модулей собирают солнечные батареи, преобразующие фотоны солнечной энергии в постоянный ток, накапливающийся в аккумуляторах или трансформирующийся в переменный ток напряжением 220 V, необходимый для питания многих бытовых и промышленных электроприборов.

Такие источники питания незаменимы для удаленных районов, где нет централизованного электроснабжения или часто случаются перебои с электричеством. Кроме того, они позволяют экономить затраты на электроснабжение в быту и в некоторых отраслях промышленности.

Нагрузки и энергопотребление

Принудить энергию солнца работать на себя непросто и дорого. Первый шаг — определить для своего хозяйства оптимальную пиковую нагрузку и рациональное среднесуточное энергопотребление. Первый параметр определяют в киловаттах, а второй — в киловатт-часах.

Пик нагрузки приходится на тот момент, когда возникает необходимость включить одновременно несколько единиц домашней техники. Для вычисления мощности, каждую из них суммируют, учитывая высокие пусковые характеристики отдельных ее частей. Владея сведениями о максимуме потребляемой мощности, можно исключить те электроприборы, одновременная работа которых не так уж необходима. От этого показателя зависит выбор мощностных характеристик элементов электростанции, а следовательно, и стоимость ее в целом. Если мощность электроприбора и время, в течение которого он функционирует на протяжении суток, перемножить, узнаем потребность его в электроэнергии на сутки.

Путем сложения суточного электропотребления каждой единицы домашней техники вычисляют общую среднесуточную потребность в электроэнергии. Только при таком подходе можно расходовать солнечное электричество рационально. Полученные итоговые значения нужны и для вычисления емкости аккумуляторов

Стоимость этой важной единицы системы также зависит от итогов вычислений

Экономическая обоснованность

Сроки окупаемости солнечных панелей посчитать несложно. Умножьте суточное количество производимой энергии в сутки на количество суток в году и на срок эксплуатации панелей без снижения мощности — 30 лет. Рассмотренная выше электроустановка способна генерировать в среднем от 52 до 100 кВт·ч в сутки в зависимости от продолжительности светового дня. Среднее значение составляет около 64 кВт·ч. Таким образом, за 30 лет электростанция в теории должна выработать 700 тыс. кВт·ч. При одноставочном тарифе в 3,87 руб. и стоимости одной панели около 15 000 руб, затраты окупятся за 4–5 лет. Но реальность более прозаична.

Поликристаллические

Пластины этих механизмов всегда квадратные, темно-синего цвета. В состав их поверхности включены неоднородные кристаллы кремния.

КПД поликристаллических батарей не настолько высок, как у монокристаллических моделей. Он может достигать 18%. Однако этот недостаток компенсируется достоинствами, о которых будет сказано ниже.

Принцип работы солнечной батареи этого типа позволяет изготавливать их не только из чистого кремния, но также из вторичных материалов. Этим объясняются некоторые дефекты, встречающиеся в оборудовании. Отличительной особенностью механизмов данного типа является то, что они могут достаточно эффективно вырабатывать электрический ток даже при пасмурной погоде. Такое полезное качество делает их незаменимыми в местах, где рассеянный солнечный свет является обычным повседневным явлением.

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.

Комплектация батарей

О солнечных батареях множество людей думают ошибочно. Ведь сама по себе панель на крыше не может дать переменный ток.

Чтобы обеспечить жилище электричеством, придется приобрести:

Собственно солнечные панели. Это тот элемент конструкции, который крепится на стены или крышу дома. При попадании кванта солнечного света кремниевые кристаллы начинают колебаться, и создается электрический ток.
Аккумулятор. Энергия, которая не пошла на расход бытовых нужд, аккумулируется в этом приборе, и потом ночью или в ненастную погоду она расходуется.
Контроллер напряжения. Этот элемент является скорее не обязательным, а желательным. Он повышает продолжительность жизни аккумулятора, сообщает о его предельно низком и высоком заряде.
Инвертор, или преобразователь энергии. В аккумуляторе электрический ток находится в постоянном значении, а для бытовых нужд необходим переменный. Инвентор и совершает данное преобразование.

Как мы видим, солнечные панели – это лишь малая часть системы. Они сами состоят из более мелких элементов – модулей. Раз устройство данных элементов питания модульное, при необходимости посредством подсоединения составляющих вы можете добавить панели или убрать лишние.

Эффективность солнечных батарей

Как правило, основные потери связаны с тем, что солнечные батареи используют не все диапазоны частот солнечного света. Поэтому большая часть энергии попросту не используется. Кроме того, эффективность батарей зависит от сопротивления нагрузки, поэтому иногда используют специальный контроллер для их управления. Плюс с увеличением температуры батареи, количество вырабатываемой энергии падает.

Выходная мощность одной средней батареи колеблется от 100 до 320 Вт.

КПД батарей невысок, обычно он достигает 20-30 %. Но известно, что в 2011 году, компания Sharp Solar создала солнечную батарею с КПД – 44 %.

Так что, будущее за альтернативной энергетикой, и солнечные батареи как и ветровые генераторы, являются основными направлениями развития.

Роль контроллера в батареях

Описанные выше фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии могут быть достойной альтернативой для централизованных систем подачи электрической энергии, при условии, что их перестанут оснащать контроллерами, регулирующими степень заряда оборудования.

Предназначение таких элементов заключается в эффективном перераспределении получаемой энергии и дальнейшем направлении её к источнику потребления. Также эти детали способны сохранять полученный запас в аккумуляторе.

Сегодня распространены разные типы контроллеров, которые могут отличаться друг от друга степенью увеличения общей эффективности системы.

Кроме крупных, недешевых панелей в продаже предлагается множество доступных приборов, которые работают по такому же принципу. В последнее время получили популярность так называемые солнечные фонари, которые используются для декоративного освещения в ландшафтном дизайне.

Подобные осветительные приборы работают по тому же принципу: в верхней части размещена фотопластина. На протяжении солнечного дня эта деталь улавливает и преобразует солнечную энергию, которая затем сохраняется в небольшой батарее, размещенной у основания фонарика. Прибор расходует энергию в ночное время суток.

Недостатки солнечных батарей

К сожалению, и этот практически неисчерпаемый источник энергии имеет определенные ограничения и недостатки:

Высокая стоимость оборудования – автономная солнечная электростанция даже небольшой мощности доступна далеко не каждому. Оборудование частного дома такими аккумуляторами стоит недешево, но помогает снизить расходы на оплату коммунальных услуг (электроэнергии).
Обустройство собственного жилища солнечными батареями потребует финансовых затрат.
Периодичность генерации — солнечная электростанция не способна обеспечить полноценную бесперебойную электрификацию частного дома.

Хранения энергии – в солнечной электростанции аккумуляторная батарея является самым дорогим элементом (даже батареи небольшого объема и панели на гелевой основе).
Низкий уровень загрязнения окружающей среды – солнечная энергия считается экологически чистой, однако производственный процесс батарей сопровождается выбросами трифторида азота, оксидов серы. Все это создает «парниковый эффект».
Использование в производстве редкоземельных элементов – тонкопленочные солнечные панели имеют в своем составе теллурид кадмия (CdTe).
Плотность мощности – это количество энергии, которое можно получить с 1 кв. метра энергоносителя. В среднем этот показатель составляет 150-170 Вт/м2. Это гораздо больше по сравнению с другими альтернативными источниками энергии. Однако несравнимо, ниже чем у традиционных (это касается атомной энергетики).

Устройство солнечной батареи

На производстве солнечных батарей из кремния нарезают тонкие листы небольшой площади. Такой лист называется модулем, затем этот модуль объединяют в цепочку из 9 таких же модулей, а потом объединяют уже 4 цепочки из 9 модулей. Не сложно посчитать, что количество модулей в одной батареи – 36. Все эти модули соединены последовательно и каждый из них вырабатывает электроэнергию. При этом дорожки, которые соединяют модули, могут быть из серебра или меди.

Затем все 36 модулей закрываются стеклом и пленкой и упаковываются в рамку.

Конструкция необязательно должна состоять из 36 модулей и именно в таком порядке, такая конструкция рассматривалась как наиболее распространенная.

Одним из недостатков такой конструкции является то, что при некотором затемнении солнечной батареи, часть модулей работают как нагрузка, ведь они соединены последовательно. Чтобы избавится от такого эффекта, устанавливаются байпасы на каждый модуль, то есть если модуль оказался в тени, то он оказывается исключенным из общей цепи, дабы не создавать нагрузку.

В некоторых видах солнечных батарей используют специальный концентратор, который представляет из себя линзу, которая сфокусирована на небольшой участок батареи. Таким образом, добиваются уменьшения размеров солнечной батареи и некоторого увеличения КПД.

Принцип работы солнечных панелей

С конструкцией разобрались, теперь посмотрим, как работают солнечные панели. Как мы выяснили, панель представляет собой набор фотоэлектрических элементов, соединенных в батареи. Поэтому для понимания процесса будет достаточно рассмотреть принцип работы одного фотоэлемента.

По сути, фотоэлемент – обычный полупроводниковый диод, имеющий n- и p-слои, открытые для доступа света. При этом в n-слое присутствует избыток электронов, в p-слое – их недостаток. Под воздействием потока солнечной энергии электроны n-слоя полупроводника устремляются к пустующим местам в p-слое через n-p переход. Попав в p-слой, они стремятся обратно в n-слой, но переход обратно невозможен – из-за разности потенциалов между слоями n-p переход превратился в барьер. Чтобы туда попасть, они должны пройти через нагрузку, что они и делают, создавая электрический ток.

На рисунке цифрами обозначены:

1 – внешний прозрачный электрод;
2 – n-слой;
3 – p-слой;
4 – внутренний электрод.

Отличие фотоэлемента от обычного диода состоит еще и в специальных присадках, увеличивающих чувствительность кристалла к свету.

Элементы солнечных батарей

Зачастую энергия солнечной панели используется для дома и его нужд. Вырабатываемого электрического тока достаточно для двухэлементной бойлерной системы, холодильника, телевизора и прочих бытовых приборов.

Солнечные лучи – это экологически чистое «топливо». Ведь в процессе работы модуль солнечной батареи не выделяет обилие вредных выхлопов, углекислый газ и не расходует невосполнимые природные ископаемые.

Стоит понимать, что солнечные батареи складываются из множества модулей. И то, что мы видим на крыше зданий или на стенах, является только частью системы.

Из чего состоит солнечная система электроснабжения:

Солнечные ячейки, складывающиеся в панели. Это те видимые нам батареи, которые крепятся на крышу или стены.
Аккумулятор. Данный элемент в системе необходим для накапливания лишней энергии, например, в ясный день. В пасмурную погоду, когда батареи работают не на полную мощность, ток на бытовые нужды берется из АКБ.
Контроллер регулирует заряд аккумулятора, подсказывает владельцу системы, что заряда недостаточно или слишком много. Излишнее напряжение губительно для аккумулятора.
Преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор) необходим для работоспособности бытовых приборов. Ведь не все из них способны работать на постоянном потоке заряженных частиц.

Подключая солнечные модули, необходимо уже изначально определиться с местом их расположения, видом, количеством бытовой техники, необходимостью контролера АБК.

Стоит понимать, что такая системы является наборной, и вы с легкостью можете установить еще не один солнечный модуль.

Преимущества солнечных батарей

Солнечная энергия — это перспективное направление, которое постоянно развивается. Они имеют несколько основных достоинств. Удобство использования, долгий срок службы, безопасность и доступность.

Положительные стороны применение данной разновидности аккумуляторных батарей:

Возобновляемость – этот источник энергии практически не имеет ограничений притом бесплатный. По крайней мере на ближайшие 6.5 миллиардов лет. Нужно подобрать оборудование, установить его и использовать по назначению (в частном доме или коттеджном участке).
Обильность – Поверхность земли в среднем получает около 120 тысяч терравват энергии что в 20 раз превышает нынешнее энергопотребление. Солнечные батареи для коттеджей или частных домов имеют огромный потенциал для использования.
Постоянство – солнечная энергия постоянна поэтому человечеству не грозит перерасход в процессе ее использования.
Доступность – солнечная энергия может вырабатывать на любой территории, при наличии естественного света. При этом чаще всего она применяется для отопления жилища.
Экологическая чистота – солнечная энергетика является перспективной отраслью, которая в будущем заменит электростанции, работающие на невозобновляемых ресурсах: газ, торф, уголь и нефть. Безопасны для здоровья людей и домашних животных.

При производстве панелей и монтаже солнечных электростанций в атмосферу не происходят значительные выбросы вредных или токсичных веществ.
Бесшумность – выработка электроэнергии производится практически бесшумно, и поэтому этот вид электростанций лучше ветровых электростанций. Их работа сопровождается постоянным гулом из-за чего оборудование быстро выходит из строя, а сотрудники должны делать частые перерывы на отдых.
Экономичность – при использовании солнечных батарей владельцы недвижимости ощущают значительное снижение коммунальных расходов на электроэнергию. Панели имеют долгий срок службы – производитель дает гарантию на панели от 20 до 25 лет. При этом обслуживание всей электростанции сводится к периодической (раз в 5-6 месяцев) очистке поверхностей панелей от грязи и пыли

Спецификация потребителей

Заполненную таблицу используют и при дальнейших расчетах. Прежде всего, для составления спецификации. В первой ее графе проставляют порядковые номера, а во второй прописывают наименования приемников электроэнергии. Сначала вносят в эту колонку спецификации электроприборы, находящиеся в прихожей.

Далее перечисляют по порядку все, что находится в следующих помещениях.

Второй этаж и помещения над ним, если такие имеются, описывают в таком же порядке, взяв за исходную точку лестницу. Освещение двора и лестничных пролетов также подлежит включению в спецификацию.

Синхронно со второй заполняют и третью колонку, указывая в ней напротив каждой единицы домашней техники ее мощность. В столбцах 4 – 27 отображают часы суток и подчеркивают их горизонтальными линиями. Под этой линией вписывают значения мощности, такие же как и в третьей графе.

После заполнения всех часовых колонок, построчно подсчитывают, сколько времени в сутки работал прибор. Результаты заносят в 28 колонку в соответствующий квадрат. Так, продвигаясь постепенно, высчитывают электропотребление потребителей, входящих в перечень, за каждые сутки.

Фиксируют эти величины в 29 столбце. Когда в спецификации не останется ни одной свободной колонки и строки, выполняют итоговые расчеты. Знаменатели часовых колонок суммируют, чтобы узнать нагрузки, приходящиеся на каждый час.

Чтобы определить общее среднесуточное значение, складывают суточные величины электропотребления каждого прибора, продвигаясь сверху вниз. Допустим, есть телевизор, потребляющий 30 Вт и работающий в среднем 5 часов в сутки, три лампы, потребляющие по 15 Вт за каждый час при 6 часовой работе ежедневно и холодильник — 600 Вт на протяжении 24 часов.

Такой фактор, как собственное потребление проектируемой гелиосистемы этот расчет не предусматривает. Поправку на него учитывает вспомогательный коэффициент, применяемый на следующем этапе расчета.

Устройство панелей

Растущая в цене электроэнергия поневоле заставляет задуматься об экономии. И отличной альтернативой в данном случае считаются природные источники энергии. Оптимальным решение для частного дома является альтернативная электростанция – солнечная батарея.

Изначально может показаться, что вся система солнечной батареи слишком большая, а принцип ее работы невероятно сложен. И чтобы понять, как функционирует солнечная батарея в деле, необходимо детально рассмотреть ее конструкцию.

В действительности гелиосистема устроена довольно просто и состоит из четырех основных элементов.

Солнечная батарея – по форме и размерам представляет собой прямоугольную панель с определенным количеством пластинок. В основу солнечной батареи входят полупроводниковые материалы. Миниатюрные преобразователи собираются в модули, а модули – в единую систему гелиоколлектора.
Контроллер – выполняет функцию посредника между солнечным модулем и аккумулятором. Он необходим для отслеживания уровня заряда аккумулятора. Его роль крайне важна во всей цепи – контроллер не дает закипать или падать электрическому потенциалу, который необходим для стабильного функционирования всей системы.
Инвертор – преобразует постоянный ток солнечного модуля в переменный 220-230 вольт. Гибридный сетевой инвертор может использовать для своей работы как постоянный, так и переменный ток. Но стоит учитывать, что для работы инвертора тоже необходима энергия, и его расход составляет порядка 30% потерь на преобразование. И в пасмурную погоду или в темное время суток вся энергия для работы будет расходоваться из аккумулятора. То есть если аккумулятор разрядится, то инвертор перестанет работать.
Аккумулятор – преобразованная в электричество солнечная энергия не всегда используется в доме в полном объеме. Излишки могут накапливаться в аккумуляторе и использоваться в темное время суток и в пасмурную погоду.

Но перед тем как приступить к выбору и установке солнечной батареи на крыше, необходимо разобраться в принципах работы устройства, а также рассчитать рабочие узлы гелиосистемы.

Технические характеристики

Основным элементом каждой солнечной батареи является фотоэлектрический преобразователь.

В массовом производстве используется три типа элементов из кремния.

Монокристаллические – искусственно выращенные кремниевые кристаллы нарезаются на тонкие пластины. В основу модуля входит очищенный чистый кремний. Поверхность больше похожа на пчелиные соты или небольшие ячейки, которые соединяются между собой в единую структуру. Готовые маленькие пластинки соединяются между собой сеткой из электроводов. В данном случае процесс производства более трудоемкий и энергозатратный, что отражается на конечной стоимости солнечной батареи. Но монокристаллические элементы обладают большей производительностью, а средний КПД составляет около 24%. Срок службы монокристаллических батарей больше, они прослужат в среднем около 30 лет.
Поликристаллические – в основе кремниевый расплав. Такие модули считаются оптимальным решением для жилого частного дачного дома. Несколько кристаллов из кремния объединяются в один фотоэлемент. Поверхность поликристаллической солнечной батареи имеет неоднородную поверхность, из-за чего хуже поглощает свет. И КПД, соответственно, ниже, находится в пределах 20%. Срок службы поликристаллической панели составляет 20-25 лет. Они имеют характерное отличие – темно-синий цвет покрытия. Такие модули дешевле аналогов, что позволяет окупить всю систему примерно за 3 года.
Тонкопленочные – имеют гибкую подложку, что позволяет монтировать батарею на любую поверхность с углами и изгибами. Тонкий слой полупроводников наносится методом напыления на поверхность батареи. Такие системы имеют очевидный недостаток – маленький КПД. Производительность в среднем составляет около 10%. То есть для обеспечения энергией дома потребуется в два раза больше тонкопленочных батарей, чем поликристаллических. И срок службы таких панелей меньше других аналогов – в среднем ресурс работы составляет около 20 лет.

Схема подключения батареи к контроллерам и аккумуляторам

Как устроены солнечные батареи и из чего они состоят, мы выяснили. Теперь поговорим о практическом использовании. Сама по себе солнечная панель малополезна. Она выдает не особо высокое напряжение, которое, кроме того, постоянно меняется. Пасмурно – напряжение одно, солнечно – другое. Набежала тучка – получили скачок.

Далее, солнечная панель выдает постоянный ток, в то время как большинство бытовых приборов работает на переменном. Ну и, конечно, солнечные батареи абсолютно бесполезны ночью. Чтобы получить от такого источника какую-то пользу, необходимо энергию запасти и преобразовать до нужных значений. То есть нужно построить солнечную электростанцию.

В качестве накопителя энергии очень удобно использовать обыкновенные автомобильные аккумуляторы. Они идеально подходят по напряжению и легко подбираются по емкости. Кроме того, что батарея будет запасать энергию, она дополнительно стабилизирует напряжение. Упало оно на панели – потребитель будет получать питание от аккумулятора. Поднялось – панель будет питать потребители и одновременно заряжать АКБ.

Преобразование постоянного напряжения батареи в переменное 220 В несложно сделать при помощи так называемого инвертора (преобразователя). Сегодня таких устройств самой разной мощности и стоимости полные прилавки.

Но нельзя просто взять и подключить панель к аккумулятору. Ведь заряжать АКБ нужно определенным током и нельзя допускать ее перезарядки. Поэтому нам понадобится еще один узел – контроллер заряда АКБ. Он самостоятельно будет выдерживать зарядный ток и отключит АКБ от панели, если она полностью заряжена или панель не в состоянии обеспечить необходимое напряжение.

Купить такой прибор тоже не проблема, причем есть совсем недорогие модели, хотя при желании можно взять устройство с целым набором дополнительных функций: вольтметром, таймером, собственным преобразователем и т. д. Ну и цена, конечно, будет соответствующей. Что касается схемы соединения всех узлов, то она довольно проста.

Особых пояснений она не требует. Напряжение с панели поступает на контроллер, который заряжает аккумулятор и питает низковольтную нагрузку (не все модели). Аккумулятор же, в свою очередь, питает преобразователь, если энергии солнечной панели для этих целей недостаточно.