Плюсы солнечных батарей. Выбор солнечных батарей для дома. История создания солнечной батареи

Электричество все дорожает и дорожает, известны случаи, где цены на электричество завышены в несколько десятков! раз, даже притом, что станция находится буквально в километре от населенного пункта. Уже давно многие страны развивают альтернативные источники получения энергии, ветрогенераторы, тепловые станции, солнечные панели… В данной статье пойдет речь о солнечных батареях.

За пределами земной атмосферы интенсивность солнечной радиации довольно значительна, поток энергии, падающей на поверхность перпендикулярную солнечным лучам, составляет 1340 Ватт на 1 мг. Эту энергию, а вернее, способность солнечной радиации создавать фотоэлектрические эффекты и используют в солнечных батареях.
Составная часть солнечной батареи, это фотоэлементы, внешне выглядят как полоски или квадратики. Солнечная батарея позволяет преобразовывать радиацию солнца в полезный для человека вид энергии – электричество. Кристаллический кремний используется в качестве рабочего тела в большинстве типов солнечных батарей. В используемых в настоящее время солнечных батареях один фотон солнечного света выбивает один электрон, а большая часть солнечной энергии теряется, превращаясь в тепло.

Как известно, мощность маленьких фотоэлементов очень маленькая, и в панелях их соединяют параллельно, за счет чего увеличивается мощность. Напряжение в данном случае остается неизменным. Увеличить мощность, отдаваемую солнечными панелями можно соединив эти панели последовательно-параллельно.

Корпуса у таких панелей могут быть самыми разными, могут быть изготовлены из металла, текстолита, или жесткой пластмассы.

Солнечные батареи применяют в микрокалькуляторах, зарядниках сотовых телефонов, ноутбуков, применяют для питания бытовой техники, через преобразователи напряжения и т.п. Солнечные батареи очень широко используются в тропических (и в субтропических) регионах, с большим количеством солнечных дней. Новые дома, которые строят в некоторых странах, например в Испании, оборудуются солнечными установками для электрификации домов, к 2020 году Швеция планирует полностью отказаться от углеводородного топлива, в Германии и США действуют программы "солнечные крыши". СБ прекрасно зарекомендовали себя в космосе как надежный и стабильный источник энергии, способный работать очень длительное время.

Плюсы солнечной батареи :
- прост в изготовлении, простота конструкции.
- небольшой вес.
- солнечные батареи достаточно надежны, и ремонтнопригодны.
- большой срок службы.
- не загрязняют окружающую среду.
- бесшумные в работе.
- отсутствие подвижных частей, нет износостойких деталей.
- и самое главное, бесплатная электроэнергия.

Минусы солнечных батарей :
- самый главный недостаток, стоят они не дешево.
- занимают много места.
- чувствительны к загрязнениям.
- зависимость от времени суток и погоды.
- ночью солнечные батареи не работают.
- низкий КПД, от 9 до 24%.
- на солнце панели нагреваются, это очень вредно для них.

Заводы в России производящие солнечные батареи:

ООО «Хевел» (Новочебоксарск)
ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов»
ОАО «Сатурн» Краснодар
ЗАО "Термотрон-завод" (Брянск)
«Телеком-СТВ» (Зеленоград)
«Солнечный ветер» (Краснодар)
«Квант» (Москва)

В России изготавливается примерно 5-6 МВт солнечных батарей, а продаётся на внутреннем рынке не более 150 кВт (данные на 2011г)

В пасмурную и облачную погоду мощность, отдаваемая солнечными батареями, снижается до 10 и более раз. В средней полосе России яркие солнечные дни бывают только летом, следовательно, в это время года СБ выдают максимальную мощность. Как уже писал, солнечные батареи не любят перегрева от солнца, поэтому их нужно охлаждать, либо вентиляторами, либо установкой, которая обрызгивает водой. Если батареи перегреются, они могут выйти из строя. Так-же с ростом температуры у СБ падает производительность.

Осенью и зимой отдаваемая мощность сильно снижается, примерно в 3-5 раз. Зимой погода почти всегда стоит пасмурная, так что в это время года они почти бесполезны. К тому же, зимой солнечные батареи покрываются снегом, чистить их просто напросто устанешь.

Солнечные панели как правило размещают на крышах домов – это кстати наиболее удобный для большинства случаев вариант, строят конструкции, ставят устройства слежения за солнцем - гелиостаты, чтобы солнечная панель шла вслед за солнцем, чем точнее такие приборы тем лучше будет результат, если солнечные панели на градус другой повернуть в сторону чем нужно (убрать из под прямых солнечных лучей) то мощность хоть и немного, но упадет. При использовании солнечных батарей необходимо стремиться к тому, чтобы они были размещены на максимально освещенном месте.

Для грамотного использования солнечных батарей нужно придерживать двух основных правил.
1) Солнечная батарея должна находиться под солнцем как можно дольше
2) Должны быть устройства, которые накапливают энергию, чтобы энергия солнечных батарей не растрачивалась попусту. Для этих целей применяют аккумуляторы.

Например, для получения мощности 1 кВт потребуется батарея, состоящая из ~30 000 элементов с общим весом около 100 кг, такие батареи займут площадь более 15 м2.

Для зарядки телефонов, прослушивания радиопередач, плееров и пр… вполне хватит солнечной панели на 10-20 ватт. Мои солнечные батареи в яркую солнечную погоду выдают по 7 вольт каждая, ток 150мА.

Я их соединяю либо последовательно, либо параллельно, в зависимости от погоды на улице. В ближайшем будущем планирую еще закупить солнечные панели, летом их удобно цеплять например к вентиляторам, чтобы использовать для охлаждения и вентиляции помещений.

Солнечные батареи незаменимы на природе, особенно если у них имеется встроенный стабилизатор, контроллер заряда и аккумулятор, накапливающий электроэнергию. Днем солнечные панели заряжают аккумулятор, а ночью, мы используем его заряд, можно сказать вечный источник питания. Схема простого солнечного зарядного устройства приведена

Похожие устройства уже давно продаются в магазинах, например есть девайсы для зарядки сотовых телефонов.

Такие маленькие солнечные батареи в подобных устройствах практически бесполезны, обычно это маркетинговый ход, ставят их для красоты. В таких зарядниках основную роль играет аккумулятор, он то как раз и заряжает сотовый телефон, в этих приборах всегда ставят дополнительный разъем для зарядки внутреннего АКБ от сетевого источника питания.

Солнечные панели бывают односторонние, и соответственно двухсторонние. Двусторонние обычно устанавливают на большем расстоянии от земли, 8 метров и выше, чтобы тень не была снизу панелей, а находилась далеко в стороне. Отраженный свет от поверхности земли падает и на нижнюю часть солнечных панелей, часто на землю расстилают светоотражающий материал.

Удобно и даже полезно солнечные батареи совмещать с ветрогенератором, почему, думаю и так понятно.

Если вы заинтересовались современными технологиями отопления дома, пора ознакомиться с одним из значимых достижений науки – солнечными батареями. Как нам известно, энергия солнца – это неиссякаемый источник. Так почему же не воспользоваться этим и не применить ее во благо.

Отопление загородного дома – недешевое удовольствие. Тем потребителям, которые используют электроэнергию для отопления дома, приходится оплачивать большие суммы по счетам. А ведь можно перейти на альтернативное отопление и обогревать свое жилье при помощи солнечной батареи.

Что представляет собой солнечная батарея для дома

Батарея, которая работает от энергии солнца, представляет собой устройство, которое подзаряжается от световой энергии. Солнечные батареи – это давнее изобретение. Помните, как в России в конце девяностых годов появились в продаже калькуляторы, работающие от солнечных батарей? И это не единственный пример использования энергии природы.

А если немного окунуться в мир науки, то оказывается, что иностранные коллеги-ученые давно начали использовать энергию солнца для блага человечества.

Один из таких удачных экспериментов -использование системы солнечной батареи на крыше дома мы и рассмотрим.

Достоинства и недостатки солнечных батарей

Солнечные батареи для освещения и отопления дома имеют такие преимущества:

Можно жить в тепле столько, сколько необходимо.
Возможность самостоятельного регулирования температуры в помещении.
Вы не будете зависеть от коммунальной службы, потому что оплачивать счета за централизованное отопление не придется.
Возможность иметь свой собственный запас солнечной энергии, который можно расходовать на освещение и другие бытовые нужды.
У солнечных батарей имеется большой срок эксплуатации, поэтому у вас не будет возникать проблем с обслуживанием и ремонтом батарей.
Солнечные пластины могут работать при разных климатических условиях, им не страшны ветер, дождь и снег.

Из недостатков солнечных батарей для отопления дома отмечены такие:

в зимнее время могут эффективно работать только в первой половине дня, пока светит солнце;
конструкции батарей сложно изготавливать;
имеют очень высокую стоимость;
коэффициент полезного действия — невысокий.

Нюансы применения солнечных батарей

Но, помимо преимуществ, у системы солнечных батарей для дома имеются особенности, с которыми необходимо ознакомиться подробнее.

Сразу стоит обратить внимание на то, в каком регионе вы проживаете. Если количество солнечных дней невелико, то использование солнечных батарей может быть не таким эффективным, как для людей, проживающих ближе к экватору.
Солнечные батареи имеют высокую стоимость. Чтобы обогреть небольшой дом, понадобятся батареи площадью от пятнадцати до двадцати квадратных метров, при условии, что один квадратный метр дает сто двадцать ватт энергии. Получается, что на семью из трех-четырех человек необходимо установить пять и более элементов.
Основным условием установки солнечных батарей является следующее: элементы необходимо монтировать только на ту сторону дома, где солнце светит больше всего, то есть – на южную сторону крыши. Площадь крыши должна быть не менее, чем сорок квадратных метров. Если меньше, то говорить об эффективном получении тепла не стоит.
Чтобы получать пятьсот киловатт в месяц, необходимо иметь не меньше двадцати солнечных дней.
Чтобы приобрести мощные солнечные батареи (около семи киловатт) и обеспечить теплом свою семью, необходимо потратить приличную сумму. Одна солнечная батарея для дома имеет цену порядка двухсот тысяч рублей. Затраты окупятся уже после первого года использования.
Мощности установки хватит, чтобы обеспечить теплом дом средних размеров.
Для эффективной работы солнечных батарей необходимо, чтобы угол наклона крыши составлял сорок пять градусов. Причем вблизи от крыши не должно быть высоких деревьев и зданий, создающих тень.
Система стропил крыши должна быть удвоенной, чтобы вес батареи не повредил кровлю. Помимо этого зимой на крыше скапливается большое количество снега, поэтому нагрузка на крышу увеличивается.

Солнечные батареи пользуются популярностью во многих странах. Конечно, наиболее эффективно батареи работают в летний период, но отопление в это время года нам ни к чему. Поэтому, чтобы зимой было тепло, необходимо установить достаточное количество солнечных батарей для дома.

Внимание! Если вы запланировали установить солнечные батареи для отопления и освещения нового дома, то желательно позаботиться об этом заранее, еще до его строительства.

Виды солнечных батарей и их особенности

Разновидностей батарей не так уж и много:

Солнечные батареи на фотоэлементах.
Тонкопленочные батареи на кремниевой пленке с фотоколлекторами.
Монокристаллические и поликристаллические батареи.

При использовании первого варианта можно выполнить снабжение элементов током от нагревательного прибора или электрического котла. Второй вариант солнечных элементов предусматривает нагрев воды при помощи солнечной энергии, которая потом поступает по трубам. Каждая из систем отопления от солнечной энергии отличается друг от друга и имеет недостатки и преимущества.

Солнечные батареи на фотоэлементах

Солнечные батареи для отопления дома бывают двух типов: большие и малые. Малые фотоэлектрические системы позволяют обеспечить энергией помещение для освещения и максимум работы телевизора. Такие батареи дают напряжение от двенадцати до двадцати четырех вольт.

Большие фотоэлементы обеспечат электроэнергией и отоплением небольшой дом.

В комплект такой батареи входят:

солнечный вакуумный коллектор;
контроллер (прибор, позволяющий отслеживать работу системы);
насос (подает тепло от коллектора к накопительному баку);
емкость для горячей воды (объем от пятисот до тысячи литров);
тепловой насос.

Если вы оборудуете дом солнечными батареями высокой мощности, это позволит вам не только получать тепло и электроэнергию, но и пользоваться горячей водой, а также оборудовать систему «теплый пол».

Перед тем как определиться с количеством нагревательных коллекторов, необходимо произвести расчет солнечных батарей для дома. Следует учитывать количество проживающих человек в доме, площадь дома и расход потребляемой энергии. Так, семья из трех человек может расходовать энергию на бытовые приборы от двухсот до пятисот киловатт в месяц. К этой цифре необходимо добавить расход электроэнергии на подогрев воды. Но лучше всего рассчитать количество необходимой энергии, исходя из учета одного квадратного метра площади батареи на человека.

Мощные коллекторы, работающие от солнечной энергии, способны обеспечить семью как отоплением, так и горячей водой. Но следует учитывать, что в зимнее время солнечные батареи могут не справляться с поставленными задачами. Поэтому желательно не отказываться полностью от других видов отопления.

Тонкопленочные солнечные батареи

Такие коллекторы внешне похожи на солнечные батареи, но их отличие в том, что они имеют тонкопленочные пластины, способные улавливать как прямые солнечные лучи, так и рассеянный свет.

Вакуумная модель коллектора позволяет иметь горячую воду на протяжении всей зимы, даже когда на улице облачно. Это происходит за счет вакуума, который сохраняет тепло.

При покупке вакуумного коллектора необходимо определиться с методом нагрева воды. Существуют две модели солнечных батарей для отопления дома зимой, обеспечивающие прямой или косвенный нагрев. В первом случае можно говорить о сезонном использовании энергии, потому что накопительный бак расположен внутри корпуса коллектора и использовать его в морозы нельзя. Во втором случае — при косвенном нагреве можно обустроить систему отопления на коллекторных батареях всесезонного типа. Система будет работать всегда, потому что бак располагается внутри дома, а энергия от солнечной батареи передается через незамерзающий носитель.

Монокристаллические и поликристаллические батареи

Первые часто называют кремниевыми. Такие батареи считаются эффективными. Благодаря тому, что элементы небольшого размера, они будут занимать меньшее пространство на крыше. Имеют высокую стоимость, но если выбирать по соотношению цена и качество, то стоит купить солнечные монокристаллические батареи для дома.

Поликристаллические батареи изготовлены из кремния в виде ячеек. Считаются эффективными батареями, пользуются популярностью. Благодаря улучшенной технологии производства этот вид батарей максимально приблизился по качеству к монокристаллическим панелям, и имеет такие же параметры и показатели продуктивности.

Производители солнечных батарей для дома

В последнее время в России увеличилось производство солнечных батарей. В Москве, Краснодаре и Рязани функционируют крупные производственные индустрии по сборке, которые выпускают солнечные батареи для отопления высокой мощности. Большая часть продукции идет на экспорт, но предприятия не развиваются, потому что Китай, США, Германия и Япония стали мощными конкурентами по производству батарей.

По мнению покупателей, которые оставляют положительные отзывы о работе солнечных батарей для дома, популярные модели, имеющие доступную цену, изготовлены из поликристаллического кремния производства Германии и США.

Обзор солнечных батарей для дома смотрите на видео:

Миллиарды киловатт лучистой энергии посылает на Землю Солнце - источник жизни на нашей планете. Использование этой энергии и преобразование в столь необходимое нам электричество решается применением в качестве преобразователей солнечных батарей. Солнечные батареи - один из самых перспективных источников электроэнергии как для промышленных предприятий, так и для бытового использования.

Солнечная батарея (модуль, панель) представляет собой фотоэлектрический генератор постоянного тока, принцип действия которого основан на физическом свойстве полупроводников: фотоны света выбивают электроны из внешней орбиты атомов полупроводника, создавая при этом достаточное количество свободных электронов для возникновения электрического тока. При замыкании цепи возникает электрический ток. Для получения требуемого количества мощности обычно одного или двух элементов недостаточно. Поэтому их объединяют в панели, где соединяют параллельно или последовательно для получения необходимых параметров по току и напряжению. Площадь таких панелей варьируется в диапазоне от нескольких квадратных сантиметров до нескольких квадратных метров. При увеличении числа панелей увеличивается и производимая мощность. Эффективность преобразования солнечной энергии в электричество зависит не только от площади батареи, но и от интенсивности солнечного света и угла падения лучей, а значит КПД батареи определяется ее местоположением (географической широтой), погодой, временем года и суток.

Основным достоинством солнечной батареи, как и солнечной энергетики вообще, является общедоступность и неисчерпаемость источника энергии (Солнца).

Теоретически признанная экологическая безопасность солнечных батарей увеличивает число потенциальных потребителей солнечной энергии, особенно среди поклонников «зеленых» технологий. Здесь нельзя не отметить, что в производстве фотоэлементов и в используемых для их производства материалах, а также в дополнительном оборудовании для солнечных электростанций (аккумуляторах) зачастую используются токсичные вещества.

Солнечные батареи практически не изнашиваются, поскольку не содержат движущихся частей и крайне редко выходят из строя.

Длительный срок службы без ухудшения эксплуатационных характеристик – 25 лет и более, что подтверждено многолетней практикой использования.

Функционирование солнечных батарей не зависит от технических неполадок энергопоставщиков.

Солнечным батареям не нужно топливо, что дает возможность не зависеть ни от цен на него, ни от проблем с транспортировкой.

Кроме того, солнечные батареи бесшумны, чем выгодно отличаются от ветровых систем.

Энергия, генерируемая солнечными батареями фактически является бесплатной (одно «но» – все это только после того, как в солнечную энергосистему уже были вложен начальный капитал и она окупилась).

Одним из преимуществ фотоэлектрических систем является модульность. При увеличении энергопотребления и/или финансовых возможностей домовладелец, использующий солнечные батареи в качестве источника электроснабжения, может увеличивать мощность системы за счет добавления дополнительных фотоэлектрических модулей.

Однако, несмотря на весомое количество достоинств, солнечные батареи чаще используют в качестве вспомогательного источника электроснабжения.

Причин для этого несколько и наиболее значимыми из них является высокая стоимость солнечной батареи и недостаточный КПД. В среднем 1 кв. метр площади солнечной батареи прозводит не более 120 Вт полезной мощности. Этой энергии недостаточно даже для работы компьютера. В среднем КПД используемых для электроснабжения зданий солнечных батарей составляет 14%, что меньше КПД традиционных источников энергии.

Высокой стоимостью батарей обусловлен и длительный срок окупаемости, а, следовательно, и высокая цена производимой энергии в течение этого срока. С усовершенствованием существующих технологий и появлением новых разработок этот недостаток постепенно преодолевается. Вообще, солнечные батареи в современных российских условиях - пока еще дорогое удовольствие. На Западе ситуация лучше, благодаря государственным программам поддержки «зеленых» технологий и крупным инвестициям в солнечное производство.

Солнечные батареи малоэффективны в зимнее время, а также при пасмурной и туманной погоде. Зависимость от погодных условий вынуждает использовать солнечные батареи в совокупности с другими альтернативными источниками энергии в составе гибридных систем, а также применять аккумулирующие системы для сохранения энергии на случай непогоды.

Поток солнечной энергии на поверхность земли зависит от географической широты и климата местности. В разных местах земного шара количество солнечной энергии, падающей на землю, может очень сильно разниться.

Для приборов, потребляющих большую мощность, солнечные батареи неприменимы.

Использование энергосистем на основе солнечных батарей требует установки дополнительного оборудования (аккумуляторов, инверторов и т. д.) и наличия вспомогательных помещений для его размещения.

Солнечные электростанции не вырабатывают электроэнергию в ночное время и недостаточно эффективно работают при рассеянном солнечном излучении, по утрам и вечерам. Ориентировка солнечных батарей относительно Солнца, позволяет увеличить генерируемый ими ток, однако ежедневная ориентировка батарей довольно затруднительна. Существующие системы слежения за Солнцем (трекеры) в какой-то степени спасают положение и увеличивают эффективность системы, однако они дороги и требуют технического обслуживания. Поэтому их применение обычно ограничивается крупными энергосистемами. Учитывая, что пик электропотребления приходится на вечерние часы и возможны колебания мощности при изменении погоды необходимо либо использование эффективных электрических аккумуляторов (а это тоже пока является проблемой), либо строительство мощных гидроаккумулирующих станций, также занимающих немалые площади, либо использование концепции водородной энергетики, тоже пока далекой от совершенства. Необходимо отметить, что никель- кадмиевые аккумуляторы плохо работают при повышенных и пониженных температурах. Понижение температуры аккумулятора ниже 0° С приводит к значительному понижению их мощности.

Для размещения мощных электростанций промышленного назначения требуются огромные свободные территории. Например, для электростанции мощностью 1 ГВт требуется несколько десятков квадратных километров площади. Эта проблема сейчас успешно решается размещением солнечных батарей на крупных солнечных электростанциях на высоте 1,8 - 2,5 метра, что дает возможность использовать земли под электростанцией для различных сельскохозяйственных нужд, например, выпаса скота. К тому же в мире пока еще достаточно крупных, неосвоенных человеком, территорий (например, пустынь). Применение солнечных аэростатных электростанций также может являться решением проблемы нахождения больших площадей земли под солнечные электростанции.

Поверхность солнечных панелей нужно периодически очищать от пыли и других загрязнений, что в случае крупных электростанций, занимающих несколько квадратных километров, вызывает определенные сложности.

КПД фотоэлементов уменьшается при их нагреве и, поскольку работают они под разогревающим их солнечным излучением, то возникает насущная необходимость установки систем охлаждения,как правило, водяных.

После 30 лет эксплуатации производительность фотоэлектрических элементов начинает снижаться.

Существенным недостатком солнечных батарей является наличие ядовитых веществ в составе самих фотоэлементов (свинца, кадмия, галлия, мышьяка и т. д.) и применение токсичных веществ при их производстве, несмотря на экологическую чистоту получаемой при этом электроэнергии. Через 30-50 лет использования батарей неизбежно возникает проблема их утилизации, которая пока еще не разрешена с точки зрения экологии.

Типы солнечных кремниевых батарей.

Различают несколько типов солнечных кремниевых батарей, в зависимости от способа изготовления. Самый эффективный тип солнечных панелей изготавливают из монокристаллического кремния. Помимо незначительного потемнения технологического полимера, являющегося герметиком для пластин, солнечные батареи практически не изменяют своих технологических параметров в течение длительного срока эксплуатации.

Солнечные батареи из поликристаллического кремния имеют максимальный КПД до 15% и срок эксплуатации, приближенный к сроку эксплуатации монокристаллического кремния. Себестоимость поликристаллического кремния незначительно ниже монокристаллического.

При достаточном количестве солнечных элементов можно создать солнечную батарею с практически любыми напряжением и током и способную обеспечить зарядку любого типа аккумуляторов. Все дело только в стоимости такой солнечной батареи. Конечно, не следует забывать, что мощная солнечная батарея будет занимать большую площадь для своей установки. Нужно также отметить, что если полноценное солнечное освещение батареи бывает ограниченное время суток, то желательно использовать солнечную батарею, обеспечивающую ускоренный зарядный ток, величина которого находится в пределах 0,15-0,3 от емкости аккумуляторов.

ВВЕДЕНИЕ

Идея создания данного проекта пришла ко мне не случайно. Мой дядя недавно побывал в Израиле, где люди повсеместно используют солнечную энергию для бытовых нужд (освещение, обогрев домов, воды и т. д.). Эта тема меня очень заинтересовала, и я решил больше узнать об этом и попробовал создать макет дома, освещаемого с помощью солнечной батареи (или солнечного модуля).

Солнечная батарея - бытовой термин, используемый в разговорной речи или не научной прессе. Обычно под термином “солнечная батарея” подразумевается несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) - полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток.

История создания солнечной батареи

Еще в древности люди начали задумываться о возможностях применения солнечной энергии. Согласно легенде, великий греческий ученый Архимед сжег неприятельский флот, осадивший его родной город Сиракузы, с помощью системы зажигательных зеркал. Доподлинно известно, что около 3000 лет назад султанский дворец в Турции отапливался водой, нагретой солнечной энергией. Древние жители Африки, Азии и Средиземноморья получали поваренную соль, выпаривая морскую воду. Однако больше всего людей привлекали опыты с зеркалами и увеличительными стеклами. Настоящий “солнечный бум” начался в XVIII столетии, когда наука, освобожденная от пут религиозных суеверий, пошла вперед семимильными шагами. Первые солнечные нагреватели появились во Франции. Естествоиспытатель Ж. Бюффон создал большое вогнутое зеркало, которое фокусировало в одной точке отраженные солнечные лучи. Это зеркало было способно в ясный день быстро воспламенить сухое дерево на расстоянии 68 метров. Вскоре после этого шведский ученый Н. Соссюр построил первый водонагреватель. Это был всего лишь деревянный ящик со стеклянной крышкой, однако вода, налитая в немудреное приспособление, нагревалась солнцем до 88°С. В 1774 году великий французский ученый А. Лавуазье впервые применил линзы для концентрации тепловой энергии солнца. Вскоре в Англии отшлифовали большое двояковыпуклое стекло, расплавлявшее чугун за три секунды и гранит – за минуту.

Первые солнечные батареи, способные преобразовывать солнечную энергию в механическую, были построены опять–таки во Франции. В конце XIX века на Всемирной выставке в Париже изобретатель О. Мушо демонстрировал инсолятор – аппарат, который при помощи зеркала фокусировал лучи на паровом котле. Котел приводил в действие печатную машину, печатавшую по 500 оттисков газеты в час. Через несколько лет в США построили подобный аппарат мощностью в 15 лошадиных сил.

Преимущества солнечной батареи

Одно из главных достоинств солнечной энергии – ее экологическая чистота. Правда, соединения кремния могут наносить небольшой вред окружающей среде, однако по сравнению с последствиями сжигания природного топлива такой ущерб – капля в море.

Полупроводниковые солнечные батареи имеют очень важное достоинство – долговечность. Притом, что уход за ними не требует от персонала особенно больших знаний. Вследствие этого солнечные батареи становятся все более популярными в промышленности и быту.

Несколько квадратных метров солнечных батарей вполне могут решить все энергетические проблемы небольшой деревушки. В странах с большим количеством солнечных дней – южной части США, Испании, Индии, Саудовской Аравии и прочих – давно уже действуют солнечные электростанции. Некоторые из них достигают довольно внушительной мощности.

Сегодня уже разрабатываются проекты строительства солнечных электростанций за пределами атмосферы – там, где солнечные лучи не теряют своей энергии. Уловленное на земной орбите излучение предлагается переводить в другой тип энергии – микроволны – и затем уже отправлять на Землю. Все это заучит фантастично, однако современная технология позволяет осуществить такой проект в самом близком будущем.

Солнечная энергетика открыта уже довольно давно. Но ее долго не рассматривали в качестве крупного источника энергии из–за дороговизны производства. Время шло, и технологии развивались. Солнечные панели подешевели и стали серьезным источником энергии. В прошлом году во всем мире суммарная мощность солнечных электростанций превысила 20 гигаватт! И этот показатель с начала нынешнего века удваивается каждые три года. В стороне только Россия (а зря, ведь плата за электроэнергию в стране велика).

Недостатки солнечной батареи

Зависимость от погоды и времени суток.

Как следствие необходимость аккумуляции энергии.

Высокая стоимость конструкции.

Необходимость постоянной очистки отражающей поверхности от пыли.

Нагрев атмосферы над электростанцией.

Где производят солнечные панели?

В наше время тема развития альтернативных способов получения энергии как нельзя более актуальна. Традиционные источники стремительно иссякают и уже через каких–нибудь пятьдесят лет могут быть исчерпаны. И уже сейчас энергетические ресурсы довольно дороги и в значительной мере влияют на экономику многих государств.

Всё это заставляет жителей нашей планеты искать новые способы получения энергии. И одним из наиболее перспективных направлений является получение солнечной энергии. И это вполне естественно. Ведь именно Солнце даёт жизнь нашей планете и обеспечивает нас теплом и светом. Солнце обогревает все уголки Земли, управляет реками и ветром. Его лучи выращивают не менее одного квадриллиона тонн всевозможных растений, которые, в свою очередь, являются пищей для животных.

Производство солнечных панелей растет бешеными темпами, стараясь поспеть за стремительно растущим спросом. Причем одновременно растет спрос и для промышленных электростанций и для бытового потребления.

Лидером в производстве солнечных панелей является Китай. Здесь производят почти треть (29%) от общемировой продукции. При этом большая часть уходит на экспорт – в США и Европу. Примечательно, что американцы, являясь крупнейшим потребителем, производят лишь 6% от всех солнечных панелей, предпочитая инвестировать в перспективные крупные заводы в Китае.

Ненамного от Китая отстают Япония и Германия, которые производят соответственно 22% и 20% от общемировой продукции. Еще одним лидером является Тайвань – 11% рынка. Все остальные страны производят значительно меньшее количество солнечных панелей.

Создание дома

Идея использования солнечных батарей для нужд людей, так привлекла меня, что я решил смастерить макет дома из картона, освещаемого светодиодом, который питается от солнечной батареи. Для этого я собрал соответствующую схему электрической цепи. Для возможности использования освещения в пасмурную погоду и в ночное время, в цепь, возможно, подключить аккумуляторную батарею.

Приступая к проектированию загородного дома, обустройству дачи, будущий домовладелец неизбежно будет решать вопросы, связанные с энергообеспечением своего хозяйства. Прежде всего необходимо определиться с тем, какая именно электростанция должна быть установлена в доме – автономная, сетевая или гибридная. Каждая из этих энергоустановок имеет свои плюсы и минусы. Солнечные батареи являются неотъемлемой составляющей во всех трех вариантах, поэтому их тип и количество рассматриваются только с точки зрения предполагаемой архитектуры системы электроснабжения и финансовых возможностей.

Автономная домашняя солнечная электростанция

Домашняя солнечная электростанция этого типа устанавливается в домах, расположенных далеко от магистральных электросетей. Такая электростанция должна быть укомплектована необходимым количеством солнечных батарей и соответствующим оборудованием, чтобы полностью обеспечить потребности обитателей дома в электричестве. Как правило, такая электростанция состоит из солнечных панелей, суммарная мощность которых примерно на 30% превышает расчетную мощность нагрузки в доме. Запас мощности необходим на случай, если потребуется подключение незапланированных потребителей.

Схема автономной домашней гелиевой электростанции

Ток, вырабатываемый гелиевыми панелями, через контроллер заряда аккумуляторов поступает на аккумуляторную батарею. Контроллер отслеживает максимальное значение рабочей точки и регулирует процесс заряда/разряда аккумуляторов.

Суммарная емкость аккумуляторов должна быть таковой, чтобы обеспечить функционирование всех электроприборов в доме в течение достаточно продолжительного времени, если погодные условия не позволят гелиевым батареям производить полную зарядку. И, наконец, последнее звено в схеме автономной гелиевой электростанции – инвертор. Этот прибор преобразовывает постоянный ток, снимаемый с аккумуляторов в переменный 220 вольт, 50 герц.

Автономный солнечный инвертор

Достоинства автономной домашней гелиевой электростанции – полная независимость от внешних источников энергии, возможность наращивания мощности, если в этом есть необходимость и позволяют площади для установки дополнительных солнечных батарей. Высокая надежность гелиевых панелей гарантирует их эффективную работу в течение до 25 лет.

Основные недостатки – высокая стоимость оборудования и, как следствие, длительный срок окупаемости. К этому следует добавить, что даже при использовании самых современных моделей гелевых аккумуляторов их все равно придется менять через 10-12 лет работы, что также скажется на окупаемости электростанции.

Сетевая домашняя солнечная электростанция

Сетевая домашняя солнечная электростанция устанавливается в домах, подключенных к стационарной электрической сети. В конфигурации такой электростанции отсутствуют аккумуляторная батарея и, естественно, контроллер заряда аккумуляторов. Гелиевые панели подключены непосредственно к так называемому сетевому инвертору. В светлое время суток, когда гелиевые панели вырабатывают электрический ток, сетевой инвертор преобразовывает получаемый постоянный ток в ток переменный, 220 вольт, 50 герц.

Схема сетевой домашней гелиевой электростанции

Сетевой инвертор также подключен и к магистральной сети. Если мощности, вырабатываемой солнечными батареями, недостаточно для питания всех электроприборов дома, недостающее количество электричества отбирается от сети. Если гелиевые панели вырабатывают избыток энергии, то этот избыток отдается в сеть. В темное время суток питание всех электроприборов дома производится от магистральной сети. По составу оборудования сетевая домашняя гелиевая электростанция намного проще, следовательно, она и стоит намного дешевле. Это ее достоинство.

Сетевой солнечный инвертор

К недостаткам следует отнести прямую зависимость от напряжения в магистральной сети. Если по каким-то причинам в светлое время суток блок-участок сети, к которому подключен дом, будет обесточен, сетевой инвертор мгновенно отключает от себя всю нагрузку. Это сделано для того, чтобы электричество, вырабатываемое солнечными батареями, не подавалось в сеть, где возможно проводятся ремонтные работы.

Еще одним недостатком является то, что нужно очень строго выбирать сетевой инвертор. Дело в том, что есть инверторы, вырабатывающие так называемую модифицированную синусоиду, а есть инверторы, на выходе которых напряжение представляет собой чистую синусоиду. Это необходимое условие, так как некоторые из домашних электроприборов могут работать только с чистой синусоидой. Инверторы, вырабатывающие чистую синусоиду, стоят несколько дороже.

И, наконец, еще один очень важный нюанс. В странах Европы, Австралии, Америки действует так называемый «зеленый тариф». По этому зеленому тарифу владельцы сетевых домашних солнечных электростанций за тот излишек электроэнергии, который отдается в магистральную сеть, получают оплату от оператора данной сети. Механизм взаиморасчетов очень простой. На выходе сетевого инвертора между магистральной сетью и домашней электростанцией устанавливается двунаправленный счетчик. Если дом потребляет энергию от сети, счетчик работает в «плюс». Когда дом отдает энергию в сеть, счетчик работает в обратном направлении, в «минус». По итогам года сводится баланс. Как правило, в выигрыше оказываются владельцы сетевых домашних электростанций. Срок окупаемости такой электростанции значительно сокращается.

В России, к сожалению, «зеленый тариф» еще не работает, хотя законодатели обещают ввести этот вид взаиморасчетов в 2017 году. Когда зеленый тариф начнет действовать в России, то этот условный недостаток сетевых электростанций сразу превратится в достоинство, резко сокращая срок окупаемости.

Гибридная домашняя солнечная электростанция

И, наконец, гибридные домашние солнечные электростанции. Эти электростанции укомплектованы точно так же, как и автономные. Разница заключается в том, что в этих энергоустановках используется гибридный инвертор. Этот прибор при нормальной работе магистральной сети работает, как сетевой инвертор. В случае отключения магистральной сети гибридный инвертор блокирует соединение с нею и подключает нагрузку (домашние электроприборы) к питанию от аккумуляторов. С появлением напряжения в магистральной сети гибридный инвертор выдерживает некоторую паузу (длительность паузы устанавливается при настройке прибора), после чего он выполняет синхронизацию вырабатываемого им переменного тока с током сети.

Схема гибридной домашней гелиевой электростанции

Синхронизация производится как по фазе, так и по амплитуде. Рассогласование по фазе не должно превышать одного градуса. По амплитуде напряжение, вырабатываемое инвертором, должно быть на несколько вольт выше сетевого. После восстановления нормального режима работы магистральной сети гибридный инвертор отключает аккумуляторы, переводит нагрузку на питание от сети, а аккумуляторы в режим заряда.

Гибридный солнечный инвертор

Достоинства гибридной системы – обеспечение электроэнергией домашнего хозяйства в любых условиях, возможность продажи излишков энергии оператору магистральной сети, высокая надежность. Недостатки – высокая стоимость оборудования и аккумуляторов, которые нужно с определенной периодичностью менять, что также влияет на срок окупаемости системы.

Этот краткий обзор плюсов и минусов систем солнечной вольтаики не дает конкретных рекомендаций по выбору той или иной системы, но он может помочь сориентироваться в основных проблемах выбора.