Солнечные батареи. виды и устройство. работа и применение

Где купить

Гелиосистемы в целом и их составные элементы, являются специфическим товаром, для приобретения который лучше всего обратиться в организацию, которая специализируется на реализации товаров в этой отрасли энергетики.

Оптимальный вариант, в этом случае, это найти дилера компании, производящей гелиосистемы, и заключить договор поставки.

При невозможности сделать это, и при желании снизить затраты на приобретение оборудования, можно обратиться к сети интернет, где присутствует достаточно большое количество предложений о продаже гелиоустановок, как полной комплектации, так и их отдельных элементов.

Идеи из подручных материалов

Можно сделать солнечную батарею своими руками из подручных материалов. Рассмотрим самые популярные варианты.

Солнечная батарея из фольги

Многие удивятся, узнав, что фольгу можно применять для изготовления солнечной батареи своими руками. На самом деле, в этом нет ничего удивительного, ведь фольга увеличивает отражающие способности материалов. Например, для уменьшения перегрева панелей, их кладут на фольгу.

Как сделать солнечную батарею из фольги?

Нам понадобится:

  • 2 «крокодильчика»;
  • медная фольга;
  • мультиметр;
  • соль;
  • пустая пластиковая бутылка без горлышка;
  • электрическая печь;
  • дрель.

Очистив медный лист и вымыв руки, отрезаем кусок фольги, кладем его на раскаленную электроплиту, нагреваем полчаса, наблюдая почернение, затем убираем фольгу с плиты, даем остыть и видим, как от листа отслаиваются куски. После нагревания оксидная пленка пропадает, поэтому черный оксид можно аккуратно удалить водой.

Затем вырезается второй кусок фольги такого же размера, как и первый, две части сгибаются, опускаются в бутылку так, чтобы у них не было возможности соприкоснуться.

Далее «крокодильчики» прицепляются к панели, провод от ненагретой фольги — к плюсу, от нагретой — к минусу, соль растворяют в воде и выливают раствор в бутылку. Батарея готова.

Также фольгу можно применять для подогрева. Для этого ее необходимо натянуть на раму, к которой затем нужно подсоединить шланги, подведенные, например, к лейке с водой.

Вот мы и узнали, как самому сделать солнечную батарею для дома из фольги.

Солнечная батарея из транзисторов

У многих дома завалялись старые транзисторы, но не все знают, что они вполне подойдут для изготовления солнечной батареи для дачи своими руками. Фотоэлементом в таком случае является полупроводниковая пластина, находящаяся внутри транзистора. Как же изготовить солнечную батарею из транзисторов своими руками? Сначала необходимо вскрыть транзистор, для чего достаточно срезать крышку, так мы сможем разглядеть пластину: она небольших размеров, чем и объясняется низкий КПД солнечных батарей из транзисторов.

Далее нужно проверить транзистор. Для этого используем мультиметр: подключаем прибор к транзистору с хорошо освещенным p-n переходом и замеряем ток, мультиметр должен зафиксировать ток от нескольких долей миллиампера до 1 или чуть больше; далее переключаем прибор в режим измерения напряжения, мультиметр должен выдать десятые доли вольта.

Прошедшие проверку транзисторы размещаем внутри корпуса, например, листового пластика и спаиваем. Можно изготовить такую солнечную батарею своими руками в домашних условиях и использовать ее для зарядки аккумуляторов и радиоприемников маленькой мощности.

Солнечная батарея из диодов

Также подходят для сборки батарей старые диоды. Сделать солнечную батарею своими руками из диодов совсем несложно. Нужно вскрыть диод, оголив кристалл, являющийся фотоэлементом, затем нагревать диод 20 секунд на газовой плите, и, когда припой расплавится, извлечь кристалл. Остается припаять вытащенные кристаллы к корпусу.

Мощность таких батарей невелика, но для электропитания небольших светодиодов ее достаточно.

Солнечная батарея из пивных банок

Такой вариант изготовления солнечной батареи своими руками из подручных средств большинству покажется очень странным, но сделать солнечную батарею своими руками из пивных банок просто и дешево.

Корпус сделаем из фанеры, на которую поместим поликарбонат или оргстекло, на задней поверхности фанеры зафиксируем пенопласт или стекловату для изоляции. Фотоэлементами нам послужат алюминиевые банки

Важно выбрать именно банки из алюминия, так как алюминий менее подвержен коррозии, чем, например, железо и обладает лучшим теплообменом

Далее в нижней части банок проделываются отверстия, крышка срезается, и ненужные элементы загибаются для обеспечения лучшей циркуляции воздуха. Затем необходимо очистить банки от жира и грязи с помощью специальных средств, не содержащих кислоты. Далее необходимо герметично скрепить банки между собой: силиконовым гелем, выдерживающим высокие температуры, или паяльником. Обязательно нужно очень хорошо просушить склеенные банки в неподвижном положении.

Прикрепив банки к корпусу, окрашиваем их в черный цвет и закрываем конструкцию оргстеклом или поликарбонатом. Такая батарея способна нагревать воду или воздух с последующей подачей в помещение.

Мы рассмотрели варианты того, как сделать солнечную панель своими руками. Надеемся, что теперь у вас не возникнет вопроса, как сделать солнечную батарею.

Выбор инвертора


Важная вещь всей системы солнечных батарей, так как современные устройства, типа телевизоров, ноутбуков и прочей домашней техники работают на переменном токе, поэтому преобразователь крайне нужен.

Преимущества установки солнечных панелей

  • доступность в любом месте нашей планеты, безграничный ресурс солнца, делает энергию совершенно бесплатной, только затраты на оборудование и эксплуатацию;

  • автономность устройства и полная или частичная независимость от основного поставщика электроэнергии, а в условиях удорожания энергоносителей это актуальный вопрос, ответ на который являет собой солнечные батареи;
  • экологическая чистота данного вида энергии без сомнений не может радовать, так как загрязнение окружающей среды начинает достигать угрожающих масштабов и решение этой проблемы лежит во внедрении альтернативных источников;
  • в свете последних технологических прорывов во многих областях промышленности значительное удешевление систем солнечных панелей является фактором времени. Уже сейчас доступность оборудования для генерации этого вида электроэнергии вполне приемлема для гражданина со средним годовым доходом;
  • конкурентная способность солнечного электричества достигает точки, когда традиционные виды энергетики не будут являться основным источником электропитания. Для создания системы из фотоэлементов не требует специальных разрешений или регистраций и если вы задумали сделать свой дом полностью автономным, то помешать никто не сможет.

Расчет стоимости солнечных батарей для дома. Пример расчета

При выборе системы такого типа как основного источника электроэнергии необходимо произвести правильный расчет для того, чтобы понять,способна ли данная система удовлетворить потребности всех электроприборов, находящихся в здании, и какое количество требуется для обеспечения их нормального функционирования.

Мощность. Для того, чтобы выяснить значение необходимой мощности фотоэлемента,нужно определиться с потреблением энергии (высчитать среднее значение в определенный промежуток времени, например в месяц). К примеру, в месяц общее количество потребляемой всеми электроприборами электроэнергии составляет 450 кВт*ч. Поделив эту цифру на 30, узнаем потребление энергии в сутки. Оно равняется 15 кВт*ч. В год, соответственно, 5400 кВт*ч.

После того, как стало известно базовое значение энергопотребления, необходимо познакомиться с понятием «инсоляция»

Этот термин показывает значение солнечной активности в зависимости от времени года и имеет важное значение при расчете, поскольку максимальное и минимальное значение инсоляции для определенного региона может отличаться в несколько раз. Для наглядного примера примем значение солнечной активности (инсоляции) равным 2кВт*ч/м2

Чтобы произвести окончательный расчет количества панелей, не хватает последнего значения – мощности панели. Ее можно легко узнать, посмотрев в паспорт изделия. Примем мощность равной 300 Вт.

Чтобы произвести итоговый расчет, нужно норму потребления в сутки разделить на значение солнечной активности в текущем месяце, а получившийся результат еще раз разделить на мощность панели, не забывая перевести ее из Ватт в Киловатты, разделив на 1000(300/1000=0,3 кВт).

Количество панелей=15 кВт*ч/2 кВт*ч/м2/0,3кВт=25 шт.

В случае получения дробного значения необходимо округлить результат в большую сторону (25,86=26шт). В приведенном примере значение инсоляции было принято с учетом летнего периода. В зимний период значение активности солнца уменьшается и находится в пределах от 0,5 до 1,3 кВт*ч/м2. Соответственно, подставляя эти значения в общую формулу, в итоге мы получаем большее количество панелей.

Солнечные батареи и контроллеры заряда для дома. Общие сведенияСолнечные батареи и контроллеры заряда для дома. Общие сведения

Эффективность панели солнечной батареи

Как уже было отмечено, существуют разные типы солнечных батарей и у каждых из них своя характеристика. Стоит заметить, что есть и гибридные конструкции для улавливания солнечной энергии, однако стоимость их гораздо выше, и в основном они применяются для промышленных зданий.

Естественно, качество и производительность любой солнечной батареи напрямую зависит от эффективности ее фотоэлементов, на что может повлиять такой фактор как:

  • Климатические условия;
  • Погода;
  • Длительность дня и ночи;
  • Равномерность освещения панели;
  • Перепады температуры воздуха;
  • Наличие грязи на пластике;
  • Необратимые потери.

В основном, эффективность или, другими словами, производительность солнечных батарей напрямую зависит от равномерности освещения конструкции. К примеру, если один из фотоэлементов сооружения имеет малую интенсивность освещения в отличие от остальных, то это станет причиной неравномерного распределения лучей солнца при попадании на панель, а значит, будет происходить перегрузка и снижение общей энергоотдачи.

Чтобы обеспечить солнечной батареи максимальную производительность, следует направлять ее точно на солнце в зависимости от времени года. Некоторые владельцы таких конструкций предпочитают устанавливать специальные установки, посредством которых возможно дистанционно управлять или, другими словами, поворачивать сооружение в нужную сторону. Существуют системы с автоматическим поворотом в зависимости от расположения солнца, которые двигаются в течение дня самостоятельно без посторонней помощи по заданной программе.

Помимо этого, на эффективность изделия может повлиять наличие пыли и грязи на пластине, так как происходит затемнение некоторых фотоэлементов и таким образом начинается неравномерное распределение забора энергии солнца, что описано ранее. В продаже есть специальный состав, которым можно покрыть поверхность солнечной батареи и тем самым исключить скапливание на ней загрязнителей различного характера.

Диван для комфортного сна: фото

Влияние факторов внешней среды на уровень производительности

Как уже упоминалось, вещество, из которого производятся все типы батарей — это кремний. Чем меньше в нем находится сторонних примесей, тем качественнее получается модуль. И тем выше становится его цена при поступлении в розничную продажу.

Поскольку все фотоэлементы должны быть размещены не внутри, а снаружи помещений, существует множество факторов, которые будут оказывать влияние на их производительность. Прежде всего, речь идет о температурном коэффициенте мощности.

Батарея находится под воздействием прямых солнечных лучей и очень сильно нагревается. Следовательно, некоторое количество мощности будет потеряно в результате нагрева. Поскольку именно мощность представляет из себя физическую величину, от которой напрямую зависит объем энергии, производимой солнечным аккумулятором, процент ее потери мгновенно оказывает влияние на его работу. Так, если на улице долго стоит сухая и очень жаркая погода, процент потери мощности может составлять до 25 — как у моно-, так и у поликристаллов.

Установлено, что монокристаллы подвергаются деградации гораздо быстрее, нежели поликристаллы. В течение первого года непрерывной работы уровень мощности снижается до двух процентов у поликристаллических и до трех — у монокристаллических солнечных батарей. В дальнейшем, если качество фотоэлементов высокое, процент деградации значительно уменьшится (от 0,67 до 0,71% в год).

При выборе батареи не стоит «вестись» на чрезмерно низкую цену. Чаще всего она означает и соответствующий уровень качества. Ну и, конечно, если учитывать структуру поликристаллов, они физически будут занимать больше места, чем монокристаллические панели. При этом уровень мощности у последних будет таким же, а площадь — гораздо меньше.

Устройство и принцип работы

Конструкция осветительных приборов на солярных батареях проста и доступна. Фонарь состоит из считанного числа элементов, на каждый из которых возложена определенная функция.

При желании можно сделать светильник самостоятельно, воспользовавшись несложной схемой соединения частей.


Принцип работы солнечных светильников основан на преобразовании частиц света в электрическую энергию, которая используется для освещения территории

Основные детали:

  • Панель (микросхема). Основная деталь – фотоэлектрический модуль на полупроводниках, ответственный за трансформацию света в электроэнергию.
  • Встроенный аккумулятор. Блок, обеспечивающий накопление и сохранение электричества, получаемого в дневное время суток.
  • Светящиеся элементы. В светильниках с солнечными аккумуляторами обычно применяются светодиодные лампочки, расходующие минимум энергии. Стандартным вариантом являются элементы, рассчитанные 0,06 W.
  • Корпус. Внешняя оболочка изделия, предназначенная для размещения плафона и лампы. Для некоторых моделей предусмотрены дополнительные оптические компоненты, способствующие оптимальному распределению световых лучей.
  • Контроллер (выключатель). Прибор, управляющий режимом настройки и оптимизирующий процесс зарядки/разрядки батареи. Как правило, контроллер несет также ответственность за автоматическое включение и выключение освещения.

Механической частью конструкции светильника является опора. В зависимости от модели в конструкции может быть предусмотрена подножка (столб) различной высоты или крепление, рассчитанное под вертикальную либо другую основу.

Контроллеры могут быть внешними (для системы светильников) и встроенными.

Устранение неисправностей солярных устройств

Наиболее часто встречающимся дефектом является нарушение связи между батареей и контейнером питания, что может быть вызвано окислением частиц на участке крепежа. Для ремонта часто бывает достаточно разобрать светильник, зачистить полюса аккумулятора и контакты на контейнере питания.

Причиной неполадки может стать также обрыв провода. Для обнаружения проблемы следует в затемненном помещении проверить место пайки. При выявлении обрыва его можно припаять с помощью холодной сварки. Если же ремонтные работы не принесли должных результатов, осветительный прибор придется выбросить.

С характерными нарушениями в работе уличных светильников на солнечных генераторах можно справиться самостоятельно:

После разборки солнечные светильники следует аккуратно собрать и обработать стыки корпуса герметиком.

Особенности теплового реле

Панели из редких металлов

Описание

КПД у них высокий. По этому показателю они впереди кремниевых. В основе устройств, способных к работе в условиях экстремальных, лежит теллурид кадмия. Применяются они для облицовки строений в экваториальных странах, где в дневное время поверхности нагреваться порой выше 80 градусов.

Также растет популярность селенид –индий – медно – галлиевых панелей и селенид- индий – медных.

Но, не забывая о токсичности кадмия, и о том, что галлий с индием достаточно редко встречающиеся металлы, невозможно даже предположить, что они будут использоваться для массового производства.

На панели маленькой площади концентрируются лучи сотен зеркал. Она генерирует ток и передает одновременно водяному теплообменнику тепло. Он нагревает воду до парообразного состояния. Пар приводит во вращение турбину, генерирующую энергию электрическую. То есть, с наибольшей эффективностью энергия солнца сразу двумя способами превращается в электрическую.

Виды солнечных батарей для частного дома

Видов солнечных батарей насчитывается около десятка. Каждый обладает своими достоинствами и подходит для определенных условий. Но все можно разделить на два обобщенных вида: кремниевые и полимерные.

Кремниевые панелиПолимерная панель

Кремниевые батареи

В солнечных панелях данного вида используются особенные свойства кремния. Кванты света, попадающие на пластину, выталкивают электроны с орбиты атома. При этом создается определенное количество электронов, которого достаточно для образования тока.

Важно! Пары элементов недостаточно для возникновения мощности, которой бы хватило для хозяйственных нужд. Поэтому элементы соединяются параллельно или последовательно в панели, которые могут быть размером от нескольких см2 до десятков м2.
Одна панель способна обеспечить резервное питание для битовых приборовДесятки панелей, объединенные в одну систему. Кремниевые элементы отличаются высоким коэффициентом полезного действия, однако и по стоимости такие панели – одни из самых дорогих за счет сложности изготовления

Чтобы разобраться, сколько стоит солнечная батарея для частного дома, рассмотрим все виды кремниевых панелей:

Кремниевые элементы отличаются высоким коэффициентом полезного действия, однако и по стоимости такие панели – одни из самых дорогих за счет сложности изготовления. Чтобы разобраться, сколько стоит солнечная батарея для частного дома, рассмотрим все виды кремниевых панелей:

Монокристаллические.

Главная особенность – все ячейки, поглощающие свет, повернуты в одну сторону. Благодаря этому, монокристаллические батареи обладают наивысшим КПД (около 22%), но максимальная энергоотдача происходит только при направленности ячеек прямо к солнцу.

Обратите внимание! Во время заката, рассвета, а так же в пасмурные дни передача энергии таких батарей заметно снижается, поэтому данный вид панелей идеально подходит только для южных стран.
Монокристаллическая панель черного цвета

Поликристаллические.

Кремниевые ячейки в батареях данного типа направленны в разные стороны. Поэтому они менее результативны при прямом попадании солнечных лучей (КПД равен 18%), но имеют отличный показатель энергоэффективности в пасмурную погоду. Так что они лучше подходят для регионов с небольшим количеством солнечных дней в году.

Поликристаллическая панель синего цвета

Аморфные.

Аморфные панели производят путем напыления тонкого слоя кремния на подложку. Они обладают очень маленьким КПД (5-6%), однако обладают двумя неоспоримыми преимуществами:

  1. Самая высокая (в сравнении с двумя предыдущими видами) эффективность в пасмурную погоду.
  2. Низкая цена.

Современные аморфные панели на крыше загородного дома

Гибридные.

Особенность таки панелей заключается в объединении кристаллов и аморфного кремния. Благодаря этому, эффективность в солнечную погоду у них как у монокристаллических панелей, а в пасмурную как у аморфных.

Гибридная панель

Полимерные батареи

Данный преобразователь состоит из подложки, электродов, полимерного активного и защитного слоев. Такая батарея гибкая и легкая, кроме того ее можно резать, изготавливая устройства любых форм и размеров.

Процесс изготовления рулона полимерной батареи

Полимерные солнечные батареи – пока только развивающий вид преобразователей, отличающийся небольшим КПД (около 6,5%), малым весом, низкой стоимостью и высокой экологической безопасностью.

Как работают фотоэлементы солнечной батареи

Еще Беккерель доказал, что энергию солнца можно преобразовать в электричество, освещая специальные полупроводники. Позднее эти полупроводники стали называть фотоэлементами. Фотоэлемент представляет собой два слоя полупроводника имеющих разную проводимость. С обеих сторон к этим полупроводникам припаиваются контакты для подключения в цепь. Слой полупроводника с n проводимостью является катодом, а слой с p проводником анодом.

Проводимость n называют электронной проводимостью, а слой p дырочной проводимостью. За счет передвижения «дырок» в p слое во время освещения, создается ток. Состояние атома потерявшего электрон называется «дырка». Таким образом, электрон перемещается по «дыркам» и создается иллюзия движения «дырок».

В действительности «дырки» не передвигаются. Граница соприкосновения проводников с разной проводимостью называется p-n переходом. Создается аналог диода, который выдает разность потенциалов при его освещении. Когда освещается n проводимость, то электроны, получая дополнительную энергию, начинают проникать сквозь барьер p-n перехода.

Число электронов и «дырок» меняется, что приводит к появлению разности потенциала, и при замыкании цепи появляется ток. Величина разности потенциала зависит от размеров фотоэлемента, силы света, температуры. Основной первого фотоэлемента стал кремний. Однако высокую чистоту кремния получить трудно, стоит это недешево.

Когда освещается n проводимость, то электроны, получая дополнительную энергию, начинают проникать сквозь барьер p-n перехода. Число электронов и «дырок» меняется, что приводит к появлению разности потенциала, и при замыкании цепи появляется ток

Поэтому сейчас ищут замену кремнию. В новых разработках кремний заменен на многослойный полимер с высоким КПД до 30%. Но такие солнечные панели дорогие, и пока отсутствуют на рынке. КПД солнечных батарей можно повысить, если устанавливать их на южной стороне и под углом не меньше 30 градусов.

Рекомендуется, солнечные батареи устанавливать на устройство слежения за движением солнца. Это устройство передвигает панели таким образом, чтобы они получали максимально возможное освещение лучами солнца от восхода до заката. При этом КПД солнечных панелей возрастает достаточно сильно.

Солнечные батареи считаются очень эффективным и экологически чистым источником электроэнергии. В последние десятилетия данная технология набирает популярность по всему миру, мотивируя многих людей переходить на дешевую возобновляемую энергию. Задача этого устройства заключается в преобразовании энергии световых лучей в электрический ток, который может использоваться для питания разнообразных бытовых и промышленных устройств.

Правительства многих стран выделяют колоссальные суммы бюджетных средств, спонсируя проекты, которые направлены на разработку солнечных электростанций. Некоторые города полностью используют электроэнергию, полученную от солнца. В России эти устройства часто используются для обеспечения электроэнергией загородных и частных домов в качестве отличной альтернативы услугам централизованного энергоснабжения. Стоит отметить, что принцип работы солнечных батарей для дома достаточно сложный. Далее рассмотрим подробнее, как работают солнечные батареи для дома подробно.

Первые попытки использования энергии солнца для получения электричества были предприняты еще в середине двадцатого века. Тогда ведущие страны мира предпринимали попытки строительства эффективных термальных электростанций. Концепция термальной электростанции подразумевает использование концентрированных солнечных лучей для нагревания воды до состояния пара, который, в свою очередь, вращал турбины электрического генератора.

Поскольку, в такой электростанции использовалось понятие трансформации энергии, их эффективность была минимальной. Современные устройства напрямую преобразуют солнечные лучи в ток благодаря понятию фотоэлектрический эффект.

Современный принцип работы солнечной батареи был открыт еще в 1839 году физиком по имени Александр Беккерель. В 1873 году был изобретен первый полупроводник, который сделал возможным реализовать принцип работы солнечной батареи на практике.

Проект системы отопления на коллекторах

Прежде всего, мы подробно разберемся с различиями в строении и функционировании батарей и коллекторов.

Панель состоит из нескольких фотоэлементов, соединенных между собой на каркасе из непроводящих энергию материалов.

Фотоэлектрические преобразователи – достаточно сложные конструкции, представляющие собой своеобразный сэндвич из пластин с различными характеристиками и назначениями.

Кроме гелио модулей и специального крепежа, система состоит из таких элементов:

  • аккумуляторов, для хранения энергии;
  • контроллера, который будет следить за степенью зарядки в аккумуляторе;
  • инвертора – для преобразования постоянного тока в переменный.

Коллекторы бывают двух видов: вакуумные и плоские.

Вакуумные коллекторы состоят из полых стеклянных трубок, внутри которых расположены трубки меньшего диаметра, содержащие поглотитель энергии. Меньшие трубки соединены с теплоносителем. В свободном пространстве между ними находится вакуум, который сохраняет тепло.

Принцип работы солнечного коллектора

Плоские коллекторы состоят из рамы и армированного стекла с фотонопоглощающим слоем. Слой поглотителя подключен к трубкам с теплоносителем.

Обе эти системы состоят из контура для теплообмена и теплового аккумулятора (бак для жидкости).

Из бака вода поступает в отопительную систему при помощи насоса. Во избежание потерь тепла, бак должен быть хорошо утеплен.

Располагаться такие установки должны на южном скате кровли. Угол наклона должен быть 30–45 градусов. Если расположение дома или конструкция крыши не позволяют установить панели гелиосистемы на кровле, то можно установить их на специальных укрепленных каркасах или на стойках, закрепленных в стену.

Количество солнечной энергии, выделяемой в разное время года, сильно отличается. Величину коэффициента инсоляции для места вашего проживания можно найти по карте солнечной активности. Зная коэффициент инсоляции, вы сможете посчитать необходимое вам количество модулей.

Например, вы потребляете энергии 8 кВт/ч, инсоляция в среднем 2 кВт/ч. Мощность солнечной панели – 250 Вт (0,25 кВт). Произведем расчеты: 8 / 2 / 0,25 = 16 штук – именно такое количество панелей вам понадобится.

Заключение

Итак, в этой статье мы рассмотрели основные типы электрических замков и принципы их работы, а также какие контакты и типы реле используются на контроллерах СКУД и домофонах используются для их подключения и управления.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий