Солнечные батареи: описание различных видов и материалов нового поколения

«Квазар» – еще один украинский производитель

Компания «Квазар» выпускает широкий ассортимент фотовольтаического оборудования, в том числе солнечные панели и зарядные устройства. Солнечные батареи Kvazar изготавливаются из кремниевых кристаллов, выращенных на предприятии, и имеют усиленную алюминиевую базу. Гарантия качества, которая выдается производителем, немного настораживает – всего 10 лет. Однако электролюминесцентные и другие лабораторные тестирования подтверждают более длительный срок службы – до 25 лет.

Наш выбор: панели — KV175-200/24 M (монокристаллические), KV220-255M (также моно), KV210-240Р (вариант поли), в маркировке цифры указывают на мощность устройства.

Номинальная мощность, Вт	175–200	220–255	210–240
Удельная номинальная мощность, Вт/м²	137–157	133–156	127–146
Сортировка по мощности, Вт	-0 +5	-0 +5	-0 +5
Количество элементов	72	60	60
Размер фотоэлемента, мм	125 × 125 (моно)	156 × 156 (моно)	156 × 156 (мульти)
Размер модуля, мм	1 585 × 805 × 40(35)	1 665 × 997 × 40(50),1 652 × 992 × 40(50)	1 665 × 997 × 40(50),1 652 × 992 × 40(50)

Цена батарей – от 13 000 руб. (приблизительно) за 150 Вт. Кроме гелиопанелей «Квазар» выпускает фотоэлектрические преобразователи ячейками от 4 × 4 до 6 × 6 дюймов с КПД до 18,7 %.

Какой мощности взять солнечную батарею?

Здесь также все зависит от потребностей пользователя. Для автономного снабжения электроэнергией целого дома нет смысла брать меньше 1000 Вт. А если нужно запитать систему отопления на даче, теоретически нужен комплект мощностью до 10 кВт. Однако стоит помнить, что такая солнечная панель будет стоить немалых денег. Только одни солнечные модули (даже самые недорогие без контроллера, инвертора и других комплектующих) мощностью 10 кВт будут стоить не менее 300 000 рублей. Поэтому такие батареи можно рассматривать как дополнительный источник энергии, но не основной.

Если вам нужна солнечная батарея для дачи, чтоб работал холодильник и телевизор, тогда хватит панели мощностью 500 Вт. Например, можно взять два солнечных поликристаллических модуля One-Sun 250P, которые обойдутся вам всего в 16 500 рублей.

Если же вы никогда не пользовались солнечными батареями, то рекомендуем купить небольшую складную панель небольшой мощности для телефона или планшета.

ТОП-3: Солнечная панель с выходом USB 6,5 W стоимостью 1599 рублей

Обзор

Портативная зарядка нидерландских инженеров, оснащенная USB 6,5 W выходом, изготовлена с применением инновационных технологий, позволяющую заряжать девайсы быстрее, чем делают это аналоги, и эффективнее (на 21%). Поэтому, лишь появившись на рынке, нашла свою аудиторию.

Плюсы

• Малый вес – 216 грамм;
• Достойная производительность – 6,5 Вт;
• Заряжает мобильный за пару часов;
• Пригодна для пополнения энергией блоков питания и таблеток;
• Стандарт – регулируемый;
• Снащена отверстиями для крепления (4 шт.) и кабелем micro USB.

Применение

Любой гаджет – планшет, телефон мобильный, плеер MP3, оборудование навигационное – GPS, ПК, цифровую и видеокамеру, динамик и др., способно зарядить это небольшое устройство, работающее от солнечной радиации. Если энергия накоплена, но необходимости в ней нет в данное время. Она будет хранится, пока возникнет в ней потребность.

Стоимость

Недорого солнечные панели купить можно, воспользовавшись таблицей:

Где купить	Цена в рублях
1599
уточнять
по звонку

Преимущества и недостатки

Главные и бесспорные преимущества солнечных панелей:

• экологически чистая энергия, не наносящая вред окружающей среде;
• долговечность определенных моделей солнечных батарей;
• экономия электроэнергии;
• малый вес;
• простота эксплуатации;
• отсутствие какого-либо шума;
• все элементы неподвижны, следовательно, не требуют замены.

Из недостатков можно отметить:

• относительно высокую стоимость некоторых видов солнечных батарей;
• требуемое пространство для установки панелей;
• КПД не более 22%.

Имейте в виду: перед тем как приобрести солнечный модуль, посоветуйтесь со специалистом, который поможет определиться и сделать правильный выбор.

Подведем итог. Как ни крути, но будущее за альтернативными источниками энергии. Использование солнечных батарей не наносит вред окружающей среде и в дальнейшем будет только доступнее.

К тому же солнечные панели делают нас независимым от общепринятых источников электроэнергии, тем самым экономя деньги.

Смотрите видео, в котором пользователь делится опытом использования солнечных батарей для дома:

Виды солнечных батарей и их особенности

На эффективность фотоэлектрических ячеек огромное влияние оказывает тип полупроводника, отвечающего за преобразование излучения в электрический ток. Сегодня на рынке преобладают панели, созданные на базе:

• монокристаллического кремния Mono-Si;
• поликристаллического кремния Poli-Si.

Значительно реже в устройстве солнечных панелей применяются малопроизводительный аморфный кремний, редкоземельные элементы (например, теллурида кадмия Cd-Te) и дорогостоящие «аэрокосмические» германиево-галлиевые батареи типа CIGS. На стадии прототипов активно исследуется фотовольтаика следующего поколения, с использованием органики и минеральных перовскитов. 

1. Монокристаллические.

Изготавливаются из выращенных методом Чохральского кремниевых кристаллов высокой степени очистки. Выдают максимальный КПД 22-24% при идеальных условиях освещения – ярком солнце, ориентации на юг и оптимальных углах наклона. Рекомендуются к установке в наиболее солнечных регионах на крышах домов и земляных участках, позволяющих провести размещение, близкое к оптимальному. Эффективный срок службы 25-30 лет.

2. Поликристаллические.

Отличаются от монокристаллов другим методом кристаллизации. Технология выращивания делает рабочую поверхность не гладкой, а «игольчатой». Это несколько снижает продуктивность поглощения при прямом солнце, но повышает (по данным многих исследований) производительность в не самых благоприятных условиях. При работе в средней полосе, при неидеальном положении относительно солнца среднегодовая генерация солнечных панелей данного вида с КПД 18-20% лишь немного уступает Mono-Si. Срок службы составляет 20-25 лет, но цена таких батарей на 8-10% ниже.

3. Тонкопленочные. 

Такие виды солнечных панелей последних поколений тоньше и легче классических моделей, за счет гибкости могут устанавливаться на криволинейные поверхности. Они наименее чувствительны к ухудшению условий освещения и обладают самым низким температурным коэффициентом. Максимально удобны в миниатюрных мобильных солнечных станциях, активно используются автотуристами и любителями многодневных походов пешком или на лодках. 

Виды солнечных панелей

Солнечная панель представляет собой объединенные между собой фотоэлектрические элементы, которые преобразуют энергию Солнца в электрический ток.

По технологии производства фотоэлементов все солнечные панели делятся на две большие группы: кремниевые и пленочные. Их типы и особенности будут рассмотрены ниже в таблице.

Группа	Тип	Особенности	КПД, %
Кремниевые	Монокристаллические (mono-Si)	Представляют собой один кристалл кремния. Имеют квадратную форму с округленными углами. Цвет серый или от черного до синего (с антиотражающим покрытием). Лучше всего преобразуют прямое солнечное излучение. Самые дорогие.	от 15 до 22
Кремниевые	Поликристаллические (poly-Si)	Блок кристаллов кремния соединенные между собой. Имеют квадратную форму. Цвет серебристо-серый или синий (с антиотражающим покрытием). Поглотительная способность прямого солнечного излучения хуже. Лучше использовать для выработки энергии из рассеянного излучения. Дешевле, чем монокристаллы.	от 12 до 18
Кремниевые, пленочные	Аморфные	Занимают промежуточное положение, т.к. изготовлены из кремния, но в виде пленки. Представляют собой напыление полупроводника из кремния на основу. Удобны в использовании. В течение полугода-года выгорают на солнце, в связи с чем, снижается их мощность.	от 5 до 6
Пленочные	На основе теллурида кадмия	Имеют вид пленки, которая наносится на стекло. Зеркального темно-зеленого или черного цвета. Чаще применяется в космосе и на орбите Земли. Токсичны: выделяют вредный кадмий. Сложная утилизация.	от 10 до 12
Пленочные	На основе CIGS (селенида меди-индия)	Имеют вид пленки, полупроводником в которой используется селенид меди-индия. Цвет от темно-серого до черного. Подвержены коррозии.	от 15 до 20
Пленочные	Полимерные	Имеют вид очень тонкой пленки. Дешевые в производстве, не выделяют вредных веществ.	от 5 до 6

Теперь, ориентируясь в видах солнечных панелей, рассмотрим, в каких областях жизнедеятельности человека применяется каждый из них.

Из чего делают пленочные батареи

Разработка пленочных батарей обусловлена:

1. Потребностями в снижении стоимости солнечных батарей.
2. Необходимостью в улучшении производительности и технических характеристик.

На основе CdTe

Исследования теллурида кадмия, как светопоглощающего материала для солнечных батарей начались еще в 70-х годах. В то время его рассматривали как один из оптимальных вариантов для использования в космосе, сегодня же батареи на основе CdTe являются одними из самых перспективных в земной солнечной энергетике. Так как кадмий является кумулятивным ядом, то дискуссии возникают лишь по одному вопросу: токсичен или нет? Но исследования показывают, что уровень кадмия, высвобождаемого в атмосферу, ничтожно мал, и опасаться его вреда не стоит. Значение КПД составляет порядка 11%. Согласитесь, цифра небольшая, зато стоимость ватта мощности таких батарей на 20-30% меньше, чем у кремниевых.

На основе селенида меди-индия

Как понятно из названия, в качестве полупроводников используются медь, индий и селен, иногда некоторые элементы индия замещают галлием. Такая практика объясняется тем, что большая часть производящегося на сегодня индия требуется для производства плоских мониторов. Именно поэтому с целью экономии индий замещают на галлий, который обладает схожими свойствами. Пленочные солнечные батареи на основе селенида меди-индия имеют КПД равный 15-20%. Следует иметь в виду, что без использования галлия эффективность солнечных батарей возрастает примерно на 14%.

На основе полимеров

Разработка данного вида батарей началась сравнительно недавно. В качестве светопоглощающих материалов используются органические полупроводники, такие как полифенилен, углеродные фуллерены, фталоцианин меди и другие. Толщина пленок составляет 100 нм. Полимерные солнечные батареи имеют на сегодняшний день КПД всего 5-6%. Но их главными достоинствами считаются:

• Низкая стоимость производства.
• Легкость и доступность.
• Отсутствие вредного воздействия на окружающую среду.

Применяются полимерные батареи в областях, где наибольшее значение имеет механическая эластичность и экологичность утилизации.
В таблице 2 приведены обобщенные данные о КПД разных видов солнечных батарей.

Таблица 2

КПД солнечных элементов, выпускаемых в производственных масштабах
Моно	17-22%
Поли	12-18%
Аморфные	5-6%
На основе теллурида кадмия	10-12%
На основе селенида меди-индия	15-20%
На основе полимеров	5-6%

Надеемся, что теперь Вы ясно представляете себе, из чего делают поли- и монокристаллические, пленочные, полимерные солнечные батареи и другие. Эта информация поможет Вам сделать правильный выбор при покупке солнечных модулей. Ведь система энергопотребления, основанная на солнечной энергии, является долговременной инвестицией. Переходя на альтернативные, в частности, солнечные источники энергии, Вы не только снижаете свои затраты на потребляемые энергоресурсы, но и делаете ощутимый вклад в чистоту окружающей нас среды.

Статью подготовила Абдуллина Регина

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.

Техника для освещения и украшения ландшафта

Светильник на солнечных батареях – отличный выбор для любого частного жилья. И хотя покупка таких источников света, скорее всего, обойдется дороже обычных фонарей, все это окупится не только за счет экономии электроэнергии, но и благодаря отсутствию проводов.

Газонные светильники на солнечных батареях

В списке светильников с солнечными батареями, подходящих для размещения на участке, можно встретить разные модели:

• Устанавливаемые на столбах фонари, предназначенные для освещения газонов и дорожек – такие как модель Oasis Light P9011-1003 –SP с поворотным модулем.
• Подвесные и настенные источники света типа Smart Home MFYH54B. Применяются обычно в качестве декоративного освещения.
• Компактные газонные модели, лампа у которых находится на небольшом расстоянии от земли (в основном светодиодные, как TDM ЕLECTRIC СС-298). Иногда даже не требуют специальной установки, а просто втыкаются в грунт.
• Встроенные источники света, с помощью которых могут освещаться дорожки, площадки и даже ступени. Одна из таких моделей – НайтЛайт-8, комплект из 4 «накладок» для садовой лестницы, позволяющих не споткнуться в темноте.
• Светильники-гирлянды. Техника, к которой относится и модель Uniel USL-S-122/PT5000 Milkyway, позволяет украсить деревья, кустарники, веранды или беседки.

Плавающий фонарь Bestway 58111 на солнечной батарее 

Для украшения сада или приусадебного участка можно использовать декоративные светильники, изображающие сказочных персонажей, людей или животных. Также в продаже можно найти «солнечные» лампы, имитирующие камни. А при наличии бассейна или пруда их могут освещать плавающие фонари, такие как модель Bestway 58111.

Двусторонние солнечные модули

Одними из первых модули с двусторонней чувствительностью разработал российский производитель в Краснодаре – завод “Солнечный Ветер”. Мы продавали двусторонние модули еще 15-20 лет назад. К сожалению, в 2012 году завод закрылся, и с тех пор в России двусторонние модули больше не выпускаются. Но последние несколько лет все больше производителей стало выпускать такие (Bifacial) модули. В основном они изготавливаются из элементов n-типа (“Солнечный ветер” был одним из первых в мире, кто освоил производство солнечных элементов n-типа). 

По конструкции такие модули могут отличаться по исполнению задней защитной части. Это может быть или прозрачная EVA пленка, или стекло (double glass). Модули с двойным стеклом имеют лучшую надежность и больший срок службы по сравнению со стандартными модулями с защитной пленкой. Модули могут быть с алюминиевой рамой и безрамными.

Как отличить по настоящему двусторонние модули от односторонних с прозрачной задней пленкой или двойным стеклом (такие тоже есть на рынке)? Настоящие двусторонние модули имеют токосъемную сетку с обеих сторон солнечного элемента.

Двусторонние солнечные модули на трекере

Традиционно двусторонние модули использовались только при установке на земле в таких условиях, когда отраженных от земли солнечный свет мог попадать на заднюю поверхность солнечной батареи. Например, при отражении от снега, от светлого песка и т.п. Даже при установке на светлых крышах достигалась добавка к выработке энергии (в среднем +10% по сравнению с односторонними модулями). 

Учитывая, что чувствительность задней стороны в таких модулях идет бонусом и ничего не стоит, применение двусторонних модулей может быть привлекательным даже при том, что задняя поверхность не освещается. Они часто используются при строительстве навесов и полупрозрачных крыш, потому что свет проникает через незаполненные солнечными элементами промежутки. 

Еще одним преимуществом двусторонних солнечных модулей является меньший температурный коэффициент из-за того, что такие модули меньше нагреваются на солнце. 

Как устанавливать двусторонние модули?

Способ установки bifacial модулей зависит от их конструкции. Рамные модули обычно легче устанавливать потому, что традиционные монтажные конструкции больше адаптированы именно к рамным модулям. Многие производители двусторонних модулей снабжают своими специальными креплениями, это облегчает установщикам их работу. Безрамные модули крепятся с помощью специальных креплений с резиновыми прокладками (они есть у нас в ассортименте), и нужно быть аккуратными при затяжке болтов, чтобы не расколоть стекло.

Количество энергии, которое генерируется тыльной стороной модуля, зависит от угла наклона солнечной батареи. Нужно обеспечивать попадание отраженного от поверхностей света на заднюю часть модуля. Несмотря на то, что в двусторонних фотоэлектрических модулях используются специальные тонкие клеммные коробки, которые практически не затеняют тыльную сторону элементов, сама монтажная конструкция может частично затенять тыльную часть солнечного модуля. В идеале нужно проектировать монтажную конструкцию с учетом используемых модулей с двусторонней чувствительностью, чтобы она минимально затеняла тыльную сторону солнечной батареи от отраженного света.

Вот некоторые производители, которые делают двусторонние модули:  LG, LONGi, Lumos Solar, Prism Solar, Silfab, Sunpreme, Trina Solar и Yingli Solar. С увеличением количества производителей двусторонние модули переходят из нишевого продукта в майнстрим. Думаю, мы увидим через несколько лет, что bifacial модули занимают существенную долю рынка солнечных модулей.

Видео от JA Solar, в котором рассказано о технологиях, применяемых в  современных солнечных модулях

В рекламируемом модуле применены технологии:

1. PERC (пассивированный задний контакт)
2. Half-cut cells (половинные солнечные элементы)
3. Multi busbars (увеличенное количество токосъемных шин – 9 в данном случае)
4. bifacial cells (двусторонная чувствительность элементов), даны цифры по увеличению выработки солнечными панелями за счет двусторонней чувствительности
5. double glass panels (двойное защитное стекло) увеличивает срок службы и выработку солнечных панелей за счет уменьшения деградации с течением времени.

Как выполнятся монтаж

Выбирают место, где будут фиксироваться панели. Оценивают факторы:

• тень: следует найти наиболее ярко освещаемый на протяжении всего дня участок;
• ориентация по сторонам света: если объект расположен на севере, модуль располагают лицевой панелью к югу и, наоборот;
• угол наклона: он должен соответствовать широте, в которой находится объект (в зависимости от положения относительно экватора осуществляется коррекция 12°).

Монтаж солнечных панелей

Крепить панели можно на крыше дома или при помощи специальных ферм. В первом случае достаточно зафиксировать профили. К ним уже крепят модули при помощи болтового соединения. Когда же солнечные батареи монтируются на специальных конструкциях (фермах), этапы работ будут отличаться:

1. Выполняется сборка профилей, уголков.
2. Подготавливают болты нужного размера, инструмент.
3. Фиксируют панели так, чтобы не было люфта между ними и опорной конструкцией.

Подключение электроники предполагает необходимость присоединения батареи посредством проводов. Соединяют контроллер, инвертор согласно схеме. На последнем этапе вся конструкция подключается к потребителю (обслуживаемому объекту).

Типы

На данный момент насчитывается множество видов солнечных батарей, которые используются в той или иной отрасли.

Каждый вид имеет свои характеристики и эксплуатационные особенности. Для применения в домашнем хозяйстве используются в основном кремниевые солнечные батареи.

Принцип работы кремниевых солнечных батарей:

• на кремниевую (кремниево-водородную) панель попадает солнечный свет;
• материал пластины изменяет направление орбит электронов, после чего преобразователи дают электрический ток.

Эти устройства можно условно поделить на четыре вида:

1. Монокристаллические пластины. Отличие этих преобразователей в том, что светочувствительные ячейки направлены только в одну сторону. Это дает возможность получать самый высокий КПД — до 23%. Но при этом панель должна все время быть направлена на источник света (солнце), иначе мощность отдачи существенно снижается.

   Другими словами, такая панель хороша только в солнечную погоду. Вечером и в пасмурный день такой вид панелей дает немного энергии. Такая батарей станет оптимальной для южных районов нашей страны.

2. Поликристаллические солнечные панели. Пластины солнечных панелей содержат кристаллы кремния, которые направлены в разные стороны, что дает относительно низкий КПД (16-18%).

   Однако главным преимуществом этого вида солнечных панелей — в отличной эффективности при плохом и рассеянном свете. Такая батарея все равно будет питать аккумуляторы в пасмурную погоду.

3. Аморфные панели. Аморфные пластины получают путем напыления кремния и примесей в вакууме. Слой кремния наносится на прочный слой специальной фольги. КПД подобных устройств достаточно низкий, не более 6-7%. Низкая «отдача» объясняется тем, что под действием солнечных лучей тонкий слоя кремния выгорает.

   Практика показывает, что после двух-трех месяцев активной эксплуатации аморфной солнечной панели эффективность падает на 10-15%, в зависимости от производителя.

   Срок службы таких панелей не более трех лет. Преимущество их в низкой стоимости и возможности преобразовывать энергию даже в дождливую погоду и туман.

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

4. Гибридные солнечные панели. Особенность таких блоков в том, что в них объединены аморфный кремний и монокристаллы. По параметрам панели похожи на поликристаллические аналоги. Особенность таких преобразователей в лучшем преобразовании солнечной энергии в условиях рассеянного света.

Преобразователи из полимерной пленки. Многие пользователи считают, что это перспективная альтернатива сегодняшним панелям из кремния. Это пленка, состоящая из полимерного напыления, алюминиевых проводников и защитного слоя.

Особенность ее в том, что она легкая, удобно гнется, скручивается и не ломается. КПД такой батареи составляет всего 5-7%, однако низкая стоимость и удобное использование делает такой вид солнечной батареи очень популярной.

Совет специалистов: покупайте оборудование только на проверенных ресурсах и в специализированных магазинах. Это сэкономит время, нервы и деньги.