Сравнительный обзор различных видов солнечных батарей

Как самостоятельно выбрать солнечные батареи для дома

При выборе солнечных панелей необходимо ориентироваться (в общем) на следующие критерии:

мощность (рассчитывается для каждого индивидуально) и КПД;
категорию качества;
нужный вариант энергообеспечения дома (режим работы электростанции);
число солнечных дней по региону (позволяет определиться с периодом окупаемости и эффективностью гелиопанели);
срок эксплуатации и гарантийного обслуживания;
размер имеющейся площади под монтаж батарей.

Гелиопанели по качеству делятся на 4 уровня, которые отличаются долговечностью:

Grade A – высококачественные. Они теряют не больше 5 % от мощности с течением времени .
Grade В – среднего качества. Теряют до 30 % первоначальной мощности.
Grade В – низкокачественные. Мощность снижается на 30 и более процентов.
Grade D – это поломанные фотоэлементы. Идут (главным образом )на переплавку.

Предпочтение желательно отдавать классу Grade А. Но стоят такие модули дорого.

Солнечная электростанция может понадобиться для работы в таких режимах:

Аварийном (на время сбоев в сетевом электроснабжении). Для выбора панели нужно будет подсчитать потребление электроприборов, необходимых при отключении подачи энергии.
Базовом (полная замена питания от сети). Понадобится провести расчет суточного потребления.
Дневном.
В режиме обеспечения работы только некоторых электроприборов.

В зависимости от необходимого режима работы находится комплектация электростанции по требуемому оборудованию и его характеристикам. Что значительным образом отображается на затратах.

Число солнечных дней можно узнать из карты освещенности. Их может оказаться недостаточно для выработки системой необходимого количества энергии, ее окупаемости.

Класcификация

Что касается технической составляющей, следует сразу знать — это фотоэлектрические системы электроснабжения. Их главная задача — конвертировать вырабатываемую солнцем энергию в электрическую, что обеспечивается за счет закона фотоэффекта. Работа над усовершенствованием солнечных батарей продолжается уже примерно двести лет. На данный момент инженеры уже добились внушительных результатов, поскольку КПД современного фотоэлектрического оборудования достигает почти 46 % (процент конвертированной энергии солнца).

Рынок солнечных панелей стоит называть достаточно развитым, поскольку у потребителя появилась возможность выбрать продукт из большого ассортимента. Однако самый частый и главный вопрос для покупателя — сколько будет стоить это удовольствие? Перед тем, как дать ответ на этот вопрос, следует рассмотреть, чем отличаются ФСЭ между собой. На рынке доступно три группы систем, которые отличаются функциональностью, конструкцией и техническими характеристиками.

В первую группу ФСЭ включены системы, не подключаемые к центральной электросети. Они функционируют в собственном контуре сети, обеспечивая напрямую питание для подключенной техники. Наиболее эффективно такие установки работают в комплекте с аккумуляторами, на случай длительного отсутствия света и, если потребляемая мощность выше, чем вырабатываемая.

Вторая группа состоит из открытых систем. В комплекте таких ФСЭ отсутствуют аккумуляторы, и они подключаются к центральной сети при помощи дополнительного инвертора. Когда потребляемые мощности ниже вырабатываемых, центральная сеть не работает. Если наоборот — солнечная батарея выключается, электричество потребляется из главной сети. Эти системы отличаются высокой надежностью и более низкой стоимостью. Однако, когда от центральной сети не поступает питание, станция также не работает.

Последняя категория — это комбинированные станции. На практике, это ФСЭ с объединенным функциональном из первых двух групп. За счет этого у них есть преимущество — лишнее электричество можно отправить в центральную сеть и получить за нее прибыль. Оборудование такого типа самое дорогое, поскольку в его конструкции предусмотрены сложные инверторы и устройства для зарядки.

Лучшие солнечные батареи для туристов

SW-H05

Это самая бюджетная из нашей подборки солнечная батарея, позволяющая заряжать телефоны, планшеты, электронные книги и другую технику. Однако стоит учесть, что ток заряда здесь всего 1 А, поэтому заряжаться будет устройство долго.

Эта солнечная панель представляет собой пластину с четырьмя кольцами на углах, с помощью которых можно закрепить ее на дереве или рюкзаке. Подходит для зарядки мобильных устройств на рыбалке, охоте или в автомобиле.

Goal Zero Nomad 7 Plus

Компактная туристическая панель оснащена монокристаллическим модулем мощностью 7 Вт. Она «одета» в герметичный корпус, который не боится дождя, снега и даже падения в реку. Устройство оснащено двумя USB разъемами: стандартным и для фирменного зарядного устройства Guide 10 Plus.

У солнечной батареи есть сетчатый карман, в который можно складывать заряжаемые устройства. Также конструкция оснащена петлями, которые крепятся на рюкзак, батарея может заряжаться прямо на рюкзаке. Здесь есть индикатор интенсивности заряда. Она показывает, насколько хорошо солнечные лучи попадают на панель.

ФСМ 14-МТ

Солнечная батарея состоит из 4 монокристаллических модулей общей мощностью 14 Вт. Максимальный ток заряда составляет 2,5 А. Она складывается в обычную сумку, которую можно положить в багажник автомобиля, велосипеда или положить в рюкзак.

КПД данного устройства составляет 18 % при условии попадания прямых солнечных лучей. Весит прибор всего 850 гр.

Topray Solar TPS-102-15

Это недорогая автомобильная солнечная батарея для зарядки аккумулятора. Если в дороге аккумулятор внезапно разрядился (хотя такого лучше не допускать), данная солнечная панель позволит его зарядить. Общая мощность батареи составляет 15 Вт.

В комплекте с устройством сразу идут зажимы-крокодилы для аккумулятора и переходник под прикуриватель. Помимо автомобильного аккумулятора также можно заряжать электронные устройства.

Bio Lite Solar Panel 10+

Эта солнечная батарея представляет собой совокупность солнечного модуля и Power Bank емкостью 3000 мА*ч. С помощью нее можно зарядить различные гаджеты, причем заряжает она довольно быстро. Здесь два разъема: USB и microUSB.

Металлическая скоба, которой оборудована конструкция панели, позволяет выставить батарею на подставку. Правда стоит учесть, что панель монокристаллическая, а не аморфная, поэтому в пасмурную погоду она заряжаться не будет.

Советы электрика:

Как найти фазу и ноль: простые и действенные способы
Удлинители и тройники: как найти и починить неисправность?

Мифы и реальность

Пока технология изготовления пленочных солнечных батарей не составляет реальной конкуренции поли/монокристаллическим аналогам. Прежде всего из-за дороговизны используемых материалов. Тем не менее, на ТВ, в сети и среди розничных продавцов бытует несколько мифов о чудо свойствах этой технологии.

Тонкопленочные солнечные батареи могут работать в пасмурную погоду. Отчасти это правда, но правда и в том, что любые солнечные панели работают в пасмурную погоду, выдавая при этом меньшую силу тока или вольтаж, в зависимости от модели. Пленочные так же точно снижают свою производительность.
Пленочные батареи не снижают производительность при нагреве. Это откровенное вранье. Снижение производительности гораздо сильнее поли/монокристаллических аналогов. Поэтому при монтаже таких панелей следует обязательно предусмотреть возможность вентиляции их задних стенок.
Дешевле. На самом деле дороже (см. недостаток 2)
Могут принимать любую форму. Здесь правда, только вот толку, как показывает практика, от этого никакого. Панели располагаются в плоскости для достижения максимального эффекта.
Можно свернуть в трубочку и тогда свет будет поступать на них почти весь день. Действительно такое «сенсационное» изобретение приносит прирост в производительности меньше, чем использование той же площади аналогичных батарей в плоском виде.
Увеличенный срок службы. На самом деле нет. Срок службы пленочной панели – 10-12 лет, в то время как поликристаллические модели служат от 15 до 20 лет.
Можно использовать вместо стекол в окнах. При этом улицы вы видеть практически не будете, а эффективность такой полупрозрачной панели позволит вам в течении дня от одного окна зарядить один мобильный телефон. Сомнительное преимущество.
Экологичность. Т.к. в батареях применяются сплавы полупроводников из индия и кадмия, то кремния используется гораздо меньше. При этом продавцы уверяют, что кремний – это вещество по вредности между ураном и мышьяком, забывая, что 1/3 земной коры состоит из него.
Время окупаемости. Реклама пленочных батарей говорит, что они окупаются на 2-3 год эксплуатации. На самом деле нет. Срок службы пленочных солнечных батарей (10-12 лет) и их стоимость, не позволяет им окупиться вообще при нынешних ценах на электроэнергию.

Советуем изучить — Соединительные муфты для силовых кабелей

Кратко о потреблении

Среднестатистическая семья из 4 человек потребляет 250–300 кВт в месяц. Солнечные модули для бытового пользования дают в среднем 100 Вт с 1 кв. м в сутки (в ясную погоду). Для того чтобы питать полностью дом, нужно установить минимум 30, в идеале 40 секций, что обойдется не менее чем в 10 000 у. е. При этом крыша должна быть ориентирована на южную сторону, а количество солнечных дней в месяц в среднем не должно быть не меньше 18–20. Ниже приведена карта солнечных дней.

Вывод: солнечные панели хороши в качестве резервного источника электрической энергии. Кроме того, нужно знать, как их подобрать, чтобы мощности хватало для обеспечения бытовых нужд. Зато, вне зависимости от аварий, ваш дом всегда будет снабжен электричеством.

Виды солнечных панелей

Солнечные батареи функционируют долго, могут вырабатывать постоянный ток, даже если погода пасмурная. Вместе с тем появляется возможность предупредить возникновение скачков напряжения. Как результат, техника на объекте, подключенная к такому источнику электроэнергии, служит дольше, т. к. созданы более щадящие условия эксплуатации (исключается риск повышения, падения напряжения, отключение питания).

Модуль представляет собой панель, состоящую из нескольких преобразователей, объединенных между собой. Чтобы изменить характеристики солнечной батареи, добавляют такие конструкции. Но эффективность работы подобных устройств зависит не только от количества модулей, а еще и от того, насколько правильно была выполнена установка (учитывают углы наклона панелей, интенсивность солнечного освещения на участке). Модули представлены видами:

Монокристаллические. Производятся из чистого материала – монокристаллического кремния. Его отличает высокие показатели эффективности. Причем КПД солнечных элементов – около 22%, а панелей на их основе – не более 18%. Такие модули рекомендуется применять в местности, где уровень освещенности часто низкий.

Монокристаллическая солнечная панель

Поликристаллические. По стоимости они предпочтительнее, т. к. производятся из мультикристаллических пластин. Еще одна причина низкой цены – недостаточно высокая производительность. Рекомендуется применять такие модули, если в местности сравнительно одинаковый уровень освещенности в разное время, отсутствуют резкие перепады.

Поликристаллические солнечные панели

Аморфные. Другое название – тонкопленочные солнечные батареи. Они отличаются универсальным действием (применяются на разных объектах, в различных целях). Могут устанавливаться там, где жаркое солнце внезапно сменяется облачной погодой. Теоретически аморфные панели в будущем будут использоваться не только на крышах, но и на сумках, других бытовых изделиях. Минусом таких панелей является более низкая производительность, если сравнивать с поли-, монокристаллическими.

Тонкопленочные (аморфные) солнечные панели

Гетероструктурные. Считаются наиболее эффективными, их КПД достигает 25%. Панели вырабатывают электроэнергию при солнечной и пасмурной погоде. В России такую продукцию представляет марка «Хевел». Компания-производитель разрабатывает и внедряет собственную технологию производства гетероструктурных панелей.

Гетероструктурные солнечные панели

Основные элементы конструкции:

аккумулятор, позволяющая устранить перепады напряжения, вызванные изменением освещенности панели, а еще одна накапливает энергию;
инвертор – преобразователь тока (из постоянного в переменный);
контроллер: обеспечивает стабильную работу модуля, т. к. контролирует все параметры (температуру, зарядное напряжение аккумулятора и др.).

В продаже встречаются готовые системы, а также отдельные элементы для сбора с учетом собственных потребностей.

Безкремниевые устройства

Некоторые из современных видов солнечных панелей изготовляется из редких металлов с КПД 30%. На фоне своих кремниевых аналогов, такие конструкции намного дороже, но обзавелись большим количеством приверженцев по всему миру за счет выдающихся характеристик.

Основное достоинство заявленных конструкций – возможность эффективной работы даже в самых экстремальных условиях. Именно поэтому, даже несмотря на свою сильную дороговизну, солнечные панели из редких металлов не только обзавелись немалым списком приверженцев, но и продолжают постоянно улучшать свои базовые показатели.

Для изготовления заявленного типа фотоэлементов используют следующие соединения:

селенид индия-меди (CIS);
селенид индия-меди-галлия (CIGS);
теллурид кадмия (CdTe).

Теллур, галлий – весьма редкие металлы, а кадмий и вовсе токсичен. Потому массовое производство солнечных установок из дорогостоящего сырья пока невозможно даже в теоритическом аспекте

Важно понимать, что КПД перечисленных элементов превышает 30% и в некоторых случаях может доходить до 40%

Факт! Ранее указанные металлы использовались для производства космических кораблей, но в данный момент в этом сфере появилось новое, более продуктивное решение.

Даже при температурных показателях выше 130°C фотоэлементы из редких металлов продолжают стабильно работать, потому готовые солнечные установки используются на теплоэлектростанциях. При этом солнечные лучи, отражающиеся от нескольких сотен зеркал, собираются на одной небольшой панели. Её работа заключается не только в генерации электроэнергии, но и в передачи водному теплообменнику тепловой энергии. Результат – вода нагревается, образуется пар, который вращает турбину, и таким образом появляется электроэнергия.

Получается, что солнечная энергия используется для производства электрической сразу несколькими эффективными путями.

Напряжение

Как правило, панели выпускаются с выходным напряжением 12 В. Но для заряда аккумуляторов необходимо иметь в системе напряжение выше, чем из рабочее, да и преобразование из постоянного в переменное выгоднее по КПД производить с более высоких значений.

Какое выходное напряжение на Ваших солнечных панелях?

12 В / 24 В36 В / 48 В

Поэтому принята стандартная практика использовать напряжения:

12 В для систем с потреблением на более 1 кВт.
24 В или 36 В – при потреблении до 5 кВт.
48 В – при мощности свыше 5 кВт.

Для получения таких напряжений используют последовательное включение панелей (наборов панелей).

Область применения солнечных панелей

Стационарные панели

Солнечные панели могут использоваться как в стационарных условиях, так и быть переносными.

Фиксированные модули применяются в следующих областях:

на солнечных электростанциях;
в автономных, резервных или гибридных электростанциях для дома или дачи;
для обогрева помещений и нагрева воды (солнечный коллектор);
в автономных системах освещения улиц;
для питания рекламных щитов;
в системах навигации и сигнализации;
в насосных станциях и др.

Рассматривая стационарные солнечные электростанции, остановимся подробнее на тех, которые используются для электроснабжения дома. Чтобы обеспечить жилище электричеством с помощью энергии Солнца, понадобятся следующие комплектующие:

солнечные модули;
аккумулятор (для накопления неизрасходованной энергии);
контроллер напряжения (увеличивает срок службы аккумулятора, но не обязателен для установки);
инвертор (преобразует постоянный ток аккумулятора в необходимый переменный ток для электроприборов).

Домашние солнечные электростанции по отношению к централизованному электроснабжению могут быть:

автономные.

Автономные, т.е. независимые от других источников питания, солнечные электростанции используются там, где невозможно по определенным причинам (значительная удаленность от населенных пунктов) подключение к общей электросети. Их использование целесообразно в южных районах, где длиннее световой день и большое количество ясных дней. В любом случае ее желательно продублировать генератором на горючем топливе. Основные преимущества автономной станции – это ее экологичность, бесшумность, минимальное техническое обслуживание в течение эксплуатации. Минус – ночью или в пасмурные дни электроэнергия вырабатываться не будет. Кроме того для их работы необходимы выше названные комплектующие, которые делают автономную систему довольно дорогой.

резервные.

Резервные, или сетевые, электростанции устанавливаются там, где есть подключение к центральной электрической сети. Она используется, как дополнительный источник электроэнергии. Резервная солнечная электростанция начинает свою работу в случае перерыва подачи электроэнергии от сети. Преимущества – бесшумность, надежность, возможность монтажа на крышу или фасад здания. Также плюсом является отсутствие аккумулятора, контроллера и инвертора, что значительно удешевляет систему.

гибридные.

По сути, представляет собой автономную станцию, подключенную к электрической сети. Энергия, полученная от Солнца, используется в первую очередь, при ее нехватке подача электроэнергии идет уже от централизованного электроснабжения. Позволяет значительно экономить на платежах за потребленную электроэнергию.

Мобильные модули

Мобильные устройства по преобразованию энергии Солнца в электрический ток могут применяться:

для зарядки мобильных телефонов и других мобильных устройств;
для питания радиоприемников во время походов, рыбалки;
для питания систем навигации во время экспедиций;
для освещения в темное время суток во время походов.

Портативные батареи стали незаменимым аксессуаром у любителей загородных поездок и туристов, путешествующих по диким местам, в которых отсутствует электричество. Так как современная жизнь даже на необитаемом острове или в горах невозможна без различных гаджетов, их подзарядка производится от зарядных устройств, преобразующих солнечную энергию. Портативные солнечные батареи чаще всего выпускаются на основе монокристаллического кремния. Они различаются размерами, формой, мощностью. Компактные батареи с небольшой мощностью могут поместиться в кармане, а большие и мощные могут быть установлены на крыше автомобиля. Кроме того они снабжены всевозможными переходниками для подключения различной техники.

Сфера применения

Есть три направления использования солнечной энергии:

Экономия электроэнергии. Солнечные панели позволяют отказаться от централизованного электроснабжения или уменьшить его потребление, а также продавать излишки электричества электроснабжающей компании.
Обеспечение электроэнергией объектов, подведение к которым линии электропередач невозможно или невыгодно экономически. Это может быть дача или охотничий домик, находящийся далеко от ЛЭП. Такие устройства используются также для питания светильников в отдаленных участках сада или автобусных остановках.
Питание мобильных и переносных устройств. При походах, поездках на рыбалку и других подобных мероприятиях есть необходимость зарядки телефонов, фотоаппаратов и прочих гаджетов. Для этого также используются солнечные элементы.

Типы преобразователя

Промышленные варианты солнечных панелей разделяются по типу главного слоя, особенностей конструкции.

По типу устройства они могут быть жёсткими, гибкими. Благодаря универсальности в монтажных работах большую популярность среди пользователей занимают гибкие панели. Весомый плюс – их можно установить любой, даже не плоской поверхности.

КПД солнечных элементов

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%

По типу основного фотоэлектрического слоя батареи альтернативной энергии бывают:

индий-медь-галлиевые;
полимерные;
теллурий-кадмиевые;
кремниевые;
арсенид-галлиевые;
органические;
многослойные;
комбинированные.

Среди потребителей популярностью пользуются кристаллические варианты из кремния и кадмиевые, несмотря на то, что КПД иных куда больше. Всё решает цена самой конструкции и стоимость её установки.

Панели из кремния быстро нагреваются: температура старта электрогенерации равна 25°C. Правда, повышение параметра на 1°C снижает эффективность установки на 0,5%.

Устройство и принцип действия солнечной батареи

Когда-то пытливые умы открыли для нас природные вещества, вырабатывающие под воздействием частиц света солнца, фотонов, электрическую энергию. Процесс назвали фотоэлектрическим эффектом. Ученые научились управлять микрофизическим явлением.

На основе полупроводниковых материалов они создали компактные электронные приборы – фотоэлементы.

Производители освоили технологию объединения миниатюрных преобразователей в эффективные гелиопанели. КПД панельных солнечных модулей из кремния широко производимых промышленностью 18-22%.

Из описания схемы наглядно видно: все комплектующие элементы электростанции одинаково важны – от их грамотного подбора зависит согласованная работа системы

Из модулей собирается солнечная батарея. Она является конечным пунктом путешествия фотонов от Солнца до Земли. Отсюда эти составляющие светового излучения продолжают свой путь уже внутри электрической цепи как частицы постоянного тока.

Они распределяются по аккумуляторам, либо подвергаются трансформации в заряды переменного электротока напряжением 220 вольт, питающего всевозможные домашние технические устройства.

Солнечная батарея представляет собой комплекс последовательно соединенных полупроводниковых устройств – фотоэлементов, преобразующих солнечную энергию в электрическую

Выводы и полезное видео по теме

Представленные видеоролики показывают работу различных солнечных панелей в реальных условиях. Также они помогут разобраться в вопросах выбора сопутствующего оборудования.

Правила выбора солнечных панелей и сопутствующего оборудования:

Виды солнечных панелей:

Тестирование монокристаллической и поликристаллической панелей:

Для населения и небольших промышленных объектов реальной альтернативы кристаллическим кремниевым панелям пока что нет. Но темпы разработки новых типов солнечных батарей позволяют надеяться, что скоро энергия солнца станет главным источником электроэнергии во многих загородных домах.

Всем заинтересованным в вопросе выбора и использования солнечных батарей предлагаем оставлять , задавать вопросы и участвовать в обсуждениях. Форма для связи расположена в нижнем блоке.