Солнечные батареи для частного дома – это один из самых экономичных способов отопления. Солнечные батареи (СБ)– это автономный источник электроэнергии. В состав устройств входит набор проводников, которые преобразовывают излучение от солнца в электрический ток. Сегодня продаются панели с размерами от 2 мм до 2м.
Солнечные батареи для часного дома и принцип их работы
Работает солнечная батарея по одному и тому же принципу с момента ее изобретения. Батареи объединяют в последовательные или параллельные цепи. Зависит это от напряжения, которое нужно получить.
Принцип работы солнечной батареи основывается на физике полупроводников. Состоит солнечная батарея из специальных пластин. Пластина проводника включает в себя два слоя с разной проводимостью: p-n. Изготавливают пластины из кремния. В кремниевые пластины добавляют специальные примеси. При добавлении в состав пластины фосфора, происходит перенасыщение структуры электронами. Если в качестве примеси используется бор, то это вызывает нехватку электронов и возникновение вследствие этого дырок. Излучение вытесняет из атомов катода электроны, которые переходят на уровень анода. Положительная энергия, которая возникает в ходе этого процесса, накапливается в подключенном к устройству аккумуляторе. Фотоэлементы для солнечных батарей – это двухслойные проводники с подключенными к ним электродами.
Работают солнечные батареи от энергии солнца. Их эффективность напрямую зависит от количества световых дней в году. В районе Средиземного моря такие установки используются повсеместно, так как это бесплатный источник электроэнергии. Водонагреватели подпитываются только СБ. Солнечные батареи для дома способны прослужить 25 лет. Коэффициент полезного действия устройства составляет 15%. В Европе и Америке организована государственная программа по развитию и внедрению в обиход альтернативной электроэнергии. СБ подразделяются на следующие категории:
- Маломощные батареи (менее 1 Ватта). Используются для зарядки малых портативных устройств: смартфонов, планшетов, телефонов. Фотопластины занимают маленькую площадь. Энергия, производимая таким устройством, мала, в отличие от его стоимости. Зарядные устройства на солнечных батареях считаются дорогой оригинальной забавой
- Солнечные панели для дома. По сути это набор контактных фотоэлементов, которые можно сконструировать по своему усмотрению в мощную установку. Это своеобразные заготовки для создания крупных систем. Солнечные панели для дома – это автономный источник электроэнергии в местности, где случаются проблемы с электричеством либо его стоимость слишком высока.
- Универсальные батареи. Предназначены для использования в походных условиях. Такой тип СБ используется преимущественно туристами. Установки от иностранных производителей достаточно качественны, их стоимость колеблется в разумных пределах. Российские СБ отличаются по цене и качеству. При желании можно подобрать достойное устройство, но для этого придется изучить каждый из предложенных вариантов.
Виды и особенности СБ
Классификация СБ по типу использования выглядит следующим образом:
- Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП). Это полупроводниковые конфигурации, преобразовывающие солнечную энергию в электрический ток. Солнечной батареей называется комплекс таких преобразователей.
- Гелиоэлектростанции (ГЕЭС). Эти установки при помощи полученной энергии от солнца приводят в действие турбинную, паровую технику.
- Солнечные коллекторы (СК). Это обогревательные приборы, используемые для независимого отопления жилых домов, подачи горячей воды.
Существуют следующие виды солнечных батарей, которые различаются по принципу расположения атомов в кремниевой пластине:
- монокристаллическое солнечные элементы изготавливают из чистого кремния. Из расплава этого материала забирается семя, из которого произрастает монокристалл. Полученный стержень делят на пластины толщиной до 0,4 мм. Образуются специальные ячейки, которых должно быть не менее 36 штук. Монокристаллические батареи пользуются популярностью, так как обладают высоким КПД – 19%.
- поликристаллические элементы состоят из кремния, который получают при помощи химической реакции, происходящей в процессе медленного охлаждения кремниевого расплава. В отличие от монокристаллического способа получение солнечных элементов таким образом более экономично. КПД таких элементов составляет 10%.
- аморфные элементы. Пленка из расплавленного кремния наносится на основу. Затем конструкцию покрывают дополнительной защитой. Такие элементы называют тонкопленочные солнечные батареи. Коэффициент полезного действия этой установки слишком мал, в сравнении с кристаллическими элементами. Но такой вид СБ самый дешевый.
Использование солнечных батарей рассматривается в качестве альтернативного способа получения электрического тока. Сегодня этому методу уделяется пристальное внимание потому что энергия солнца неиссякаема. Чтобы правильно рассчитать солнечные батареи для дома нужно учесть такие факторы, как средний объем электропотребления в доме, вид используемых батарей и т. д. Мощность СБ полностью зависит от размера и качества используемого фотоэлемента. Преимущество такого устройства в его полной безопасности для внешней среды.
Чтобы произвести расчет солнечных батарей для частного дома нужно вычислить все источники потребления электроэнергии, время их работы и общую мощность. Узнать эти данные можно из сопроводительной документации к технике. Суточное потребление электроэнергии холодильником составляет 1 000 Вт, телевизор 100 Вт в час, компьютер – 60 Вт в час. Для удобства расчета составляют таблицу. В нее вносят все приборы, потребляющие электроэнергию, их мощность, часы работы в сутки и месяц. Таблица поможет произвести более точный расчет.
Для каждого прибора рассчитывается общая расходуемая мощность путем умножения количества рабочих часов на номинальную мощность. Сложив вместе мощность всех потребителей энергии получаем итоговую мощность СБ. Солнечные аккумуляторы имеют определенную емкость. Обязательно должно быть просчитано время нахождения батареи на солнце для определения этого параметра. Например, в Центральном регионе России один метр СБ производит в среднем 450 Ватт электричества в сутки.
Фотоэлектрические преобразователи и их типы
Устроена солнечная батарея посредством объединения между собой нескольких фотоэлементов (фотоэлектрических преобразователей). Фотоэлементы преобразовывают излучение в электричество. Трудность состоит в том, что энергия должна вырабатываться круглосуточно и круглогодично, в то время как световой день ограничен. Для этого используются дополнительные элементы, способные распределять энергию постоянно.
Солнечные батареи на основе кремния для загородного дома или дачи
Такие приборы вырабатывают электрический ток благодаря попаданию излучения на кремниевые пластины. Специфика кремния состоит в следующем. Лучи от солнца, попадая на материал, могут вытеснить электроны со своих орбит в атомах. Свободные электроны генерируют ток. Установки производят высокий КПД. В производстве они сложны, поэтому стоимость солнечных батарей на кремниевой основе высока.
- полимерный;
- электродный;
- органический;
- защитный.
Фотоэлементы пленочного типа объединяют воедино, в результате СБ приобретает вид рулона. Стоит солнечная батарея пленочного типа дешевле кремниевой. Ее цена ниже потому что кремний, который является очень дорогим материалом, не используется. Такие конструкции экологичны, они не оказывают негативного влияния на окружающую среду. Солнечные батареи в основном ставят в южных регионах страны.
Минус пленочных фотоэлементов в их невысокой мощности. КПД составляет 6%. В продажу такие конструкции еще не вышли, они находятся на стадии разработки.
Обзор основных производителей солнечных батарей: стоимость комплекта
Производители солнечных батарей в России сильно отстают от мировых лидеров. Использование альтернативного источника электроэнергии в нашей стране находится на начальной стадии. Производство солнечных панелей в России осуществляется несколькими крупными заводами.
В Зеленограде изготовление фотоэлементов осуществляют на заводе «Телеком-СТВ». Компания «Светорезерв» занимается разработкой уличного освещения на основе СБ.
Крупнейший на сегодня в России завод по производству СБ ООО «Хевел» находится в Новочебоксарске. Компания производит тонкопленочные конструкции. Ежегодный объем производства составляет порядка одного миллиона панелей. Кроме СБ, компания занимается строительством электростанций, выпускает для них оборудование.
В Краснодаре работают два завода-производителя СБ. Компания «Солнечный ветер» выпускает СБ и оборудование для их производства. Компания «Сатурн» производит кремниевые модули по собственной уникальной технологии.
Рязанский металлокерамический завод производит оборудование для солнечных установок, монокристаллические модули, маломощные панели для зарядки телефонов и компьютеров, фотоэлектрические элементы. Завод работает с середины прошлого века, продукция регулярно проходит сертификацию. Ее качество доказано многочисленными исследованиями и испытаниями. СБ от рязанского завода самые доступные по цене. Стоимость установки мощностью 130 Ватт составляет всего 20 тысяч рублей.
Солнечные батареи российского производства располагаются в широком ценовом диапазоне. Стоимость солнечной батареи для частного дома от компании «Хевел» на базе аморфного кремния составляет 10 тысяч рублей. Китайская панель соответствующего класса стоит дешевле – 8 тысяч рублей.
Среди российских производителей выделяется также московская компания «Квант» и брянский завод «Термотрон».
Среди мировых лидеров по производству СБ выделяется Китай. В этой стране выпускается основная часть СБ. Немецкие модули отличаются высокой стоимостью и качеством. Их производят компании «Schott», «Calixo». Среди японских производителей можно выделить компанию «Sharp».
Ассортимент СБ разнообразен. При выборе устройства лучше воспользоваться помощью специалиста, который подскажет, какой тип батареи лучше выбрать. Чаще всего советуют поликристаллические установки, которые менее мощны по сравнению с монокристаллическими, но значительно дешевле по цене.
В России солнечные батареи только начинают входить в обиход. Такие устройства несмотря на высокую стоимость быстро окупают затраты на них. И главное их преимущество в том, что установки полностью автономны, они производят электроэнергию без привлечения сторонних ресурсов. Солнечные батареи для дома — отличный экологичный источник энергии.