Лидер: солнечная многослойная ячейка
Эти гелиевые преобразователи напоминают сэндвич из разных материалов, в том числе из перовскита, кремния и тонких пленок. При этом каждый слой поглощает свет только определенной длины волны. В результате эти при равной площади рабочей поверхности многослойные гелиевые ячейки вырабатывают значительно больше энергии, чем другие.
Рекордное значение эффективности многослойных фотопреобразователей было достигнуто в конце 2014 года совместной немецко-французской группой исследователей под руководством доктора Франка Димрота во Фраунгоферовском институте систем солнечной энергии. Была достигнута эффективность в 46%. Такое фантастическое значение эффективности было подтверждено независимым исследованием в NMIJ/AIST – крупнейшем метрологическом центре Японии.
Многослойная солнечная ячейка. Эффективность – 46%
Эти ячейки состоят из четырех слоев и линзы, которая концентрирует на них солнечный свет. К недостаткам следует отнести наличие в структуре субстрата германия, который несколько увеличивает стоимость солнечного модуля. Но все недостатки многослойных ячеек в конечном счете устранимы, и исследователи уверены, что в самом ближайшем будущем их разработка выйдет из стен лабораторий в большой мир.
Рязанский ЗМКП
В прейскуранте компании можно найти две актуальные модели RZMP мощностью 130 и 220 Вт. Их КПД варьируется от 12 до 17,1 %. Наносятся солнечные элементы на окрашенную алюминиевую основу методом последовательного соединения. Вот их сравнительные характеристики:
| Характеристика | RZMP 220-T | RZMP 130-T |
|---|---|---|
| Общая площадь , м² | 1,61 | 1,00 |
| Масса, кг | 21,5 | 14,6 |
| Лицевая поверхность | Стекло закаленное текстурированное, 4 мм | Стекло закаленное текстурированное 4 мм |
| Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) | 60 шт., мультикристаллические кремниевые 6.2” | 36 шт., мультикристаллические кремниевые 6.2” |
| Рама | Окрашенный алюминиевый профиль, цвет RAL 7035 | Окрашенный алюминиевый профиль, цвет RAL 7035 |
| Вариации модулей по мощности, Вт | 200–240 | 105–145 |
| Рабочая температура, °C | -40…+85 | -40…+85 |
RZMP 130-Т подходит для автономного снабжения отдельных помещений, бытовых приборов (например, нагревательный котел). Более мощная модель, от 220 до 240 Вт, покупается чаще для резервного снабжения всего дома. Ее стоимость варьируется от 13 200 до 14 400 руб. за модуль.
Sun Power – портативные солнечные панели
Компания Sun Power расположена в Украине и большей частью прославилась выпускаемыми перевозными солнечными комплексами. С их помощью можно получить электричество даже в походных условиях. Эти комплексы отличаются своей мобильностью, небольшими размерами и портативностью. Имеют выход USB и обладают мощностью до 500 Вт.
| Портативная солнечная электростанция | 17 кг | 500 Вт | 40 000 руб. |
| Зарядное на солнечных модулях | До 2 кг | До 50 Вт | 3 000 руб. |
| Сборные солнечные электростанции | — | От 1 кВт до 10 кВт и выше | От 1 700 у. е. за 1 кВт |
| Автономное освещение для билборда | — | От 80 Вт | От 610 у. е. для щита 1,5 × 3 м до 2 155 у. е. для щита 3 × 6 при круглогодичной работе |
Другие характеристики портативных панелей Sun Power:
- срок службы – до 30 лет;
- имеет международную сертификацию CE RoHC;
- новое поколение панелей может быть также интегрировано в фасад или крышу без потери эстетики.
Удобно использовать подобные решения в автономном освещении билбордов, дорог и участков, питании кемпингов и трейлеров, яхт и катеров.
Поликристаллические солнечные панели (poly-Si модули)
При производстве поликристаллических солнечных панелей используется технология, позволяющая получать относительно недорогие преобразователи. Их пластинки состоят из искусственного кремния. Панели обладают довольно высоким КПД (12–18%). Это меньше, чем у монокристаллических аналогов, но и цена в этом случае ниже. К тому же, поликристаллические элементы могут работать от рассеянного солнечного света, так что будут лучшим выбором для жителей регионов, где солнечная погода бывает нечасто. Этот вид панелей, согласно данным Европейской ассоциации EPIA, по объемам производства лидирует в мире. Узнать поликристаллические панели можно по характерному синему цвету, кристаллической неоднородной структуре и прямым углам пластинок.
Виды аккумуляторов, используемых в батареях
Аккумуляторы – важный элемент системы круглосуточного электроснабжения дома солнечной энергией.
В таких устройствах используются следующие виды аккумуляторов:
- стартерные;
- гелевые;
- AGM батареи;
- заливные (OPZS) и герметичные (OPZV) аккумуляторы.
Аккумуляторы других типов, например, щелочные или литиевые дорогие и используются очень редко.
Все эти виды устройств должны работать при температуре от +15 до +30 градусов.
Стартерные аккумуляторы
Самый распространенный тип аккумуляторов. Они дешевы, но обладают большим током саморазряда. Поэтому через несколько пасмурных дней батареи разрядятся даже при отсутствии нагрузки.
Недостатком таких устройств является то, что при работе происходит газовыделение. Поэтому их необходимо устанавливать в нежилом, хорошо проветриваемом помещении.
Кроме того, срок службы таких аккумуляторов до 1,5 лет, особенно при многократных циклах заряд-разряд. Поэтому в долгосрочной перспективе эти устройства окажутся самыми дорогими.
Гелевые аккумуляторы
Гелевые аккумуляторы –изделия, не требующие обслуживания. При работе отсутствует газовыделение, поэтому их можно устанавливать в жилой комнате и помещении без вентиляции.
Такие устройства обеспечивают большой выходной ток, имеют высокую емкость и низкий ток саморазряда.
Недостаток таких приборов в высокой цене и небольшом сроке службы.
AGM батареи
Эти батареи имеют небольшой срок службы, однако, у них есть много преимуществ:
- отсутствие газовыделения при работе;
- небольшими размерами;
- большим количеством (около 600) циклов заряда-разряда;
- быстрым (до 8 часов) зарядом;
- хорошей работой при неполном заряде.
Заливные (OPZS) и герметичные (OPZV) аккумуляторы
Такие устройства являются самыми надежными и имеют наибольший срок службы. Они обладают низким током саморазряда и высокой энергоемкостью.
Эти качества делают такие приборы наиболее популярными для установки в фотоэлементных системах.
Принцип работы солнечных панелей
Подавляющее большинство солнечных панелей являются в физическом смысле фотоэлектрическими преобразователями. Электрогенерирующий эффект возникает в месте полупроводникового p-n перехода.
Именно кремниевые пластины составляют основу себестоимости солнечных панелей, но при их использовании в качестве круглосуточного источника электроэнергии придется дополнительно купить дорогостоящие аккумуляторные батареи
Панель состоит из двух кремниевых пластин с различными свойствами. Под действием света в одной из них возникает недостаток электронов, а в другой – их избыток. Каждая пластина имеет токоотводящие полоски из меди, которые подсоединяются к преобразователям напряжения. Промышленная солнечная панель состоит из множества ламинированных фотоэлектрических ячеек, скрепленных между собой и закрепленных на гибкой или жесткой подложке.
КПД оборудования зависит во многом от чистоты кремния и ориентации его кристаллов. Именно эти параметры пытаются улучшить инженеры последние десятилетия. Основной проблемой при этом является высокая стоимость процессов, которые лежат в основе очищения кремния и расположения кристаллов в одном направлении на всей панели.
Ежегодно максимальные КПД различных солнечных панелей изменяются в большую сторону, потому что в исследования новых фотогальванических материалов вкладываются миллиарды долларов
Полупроводники фотоэлектрических преобразователей могут изготавливаться не только из кремния, но и из других материалов. Принцип их работы при этом не изменяется.
Область применения
Сегодня отсутствуют ограничения на использование солнечных батарей. Это обусловлено их преимуществами, в частности, выработкой достаточного количества электроэнергии для энергообеспечения всего объекта или решения локальных проблем (применения в качестве элемента питания и пр.). Освещение – это пока основное направление применения таких модулей. Реже их используют для обогрева, причем в большинстве случаев солнечные батареи обсуживают малогабаритные объекты. Их применяют:
в частных и многоквартирных домах;
Применение солнечных батарей в многоквартирных домах
коммерческих зданиях;
Использование солнечных панелей на промышленных зданиях
теплицах;
Солнечная энергетика в аграрном секторе
на придомовой территории.
Крытый навес из солнечных панелей
Условия, при которых предпочтительно устанавливать такие модули:
- для обогрева/освещения местности, где отсутствуют ЛЭП, в данном случае применение преобразователей солнечной энергии позволит сократить затраты на энергообеспечение объекта, это более выгодный метод, если сравнивать с применением дизельных генераторов;
- в некоторых многоквартирных домах, построенных за последние годы, использовался альтернативный источник энергии (в системах водоснабжения) или в качестве резервного;
- в местности (селах, деревнях) время от времени случается отключение электричества, такие модули позволяют обеспечить бесперебойную работу техники.
«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 %.
Виды
Различают следующие виды батарей:
- Кремниевые. В свою очередь разделяются на моно-, мульти- и поликристаллические. Друг от друга отличаются технологией изготовления, небольшой разницей КПД (от 15 до 19%) и стоимостью изготовления. Наиболее популярный вариант (поликристаллические) благодаря адекватному соотношению цены и качества.
- Тонкопленочные. Батареи промышленного применения. Используются в огромных солнечных “фермах”. Стоят дешевле кремниевых, но занимают много места и требуют узкоспециализированное сопроводительное оборудование (высоковольтные контроллеры и инверторы).
- Аморфный кремний. Элементы на базе “обедненного” (технологически не очищенного) кремния, имеют КПД не более 8%, стоят дешево, применяются редко.
- Теллурид кадмиевые (CdTe). Продвинутая пленочная технология, дешевле примерно на треть, КПД не более 11%.
- CIGS. Батарея из полупроводникового материала, изготовляющегося из меди, индия, галлия и селена. Наиболее перспективная сфера развития. КПД на нынешней стадии разработок составляет порядка 15%.
Инженерные решения
С ростом СЭС по всему миру появляется новая проблема, особо актуальная для европейских стран. Для строительства таких электростанций необходимо большое пространство. В некотором плане эту проблему решают интеграцией фотоэлементов в дорожное покрытие и установкой светоприёмников на крышах. Но часто приходится модернизировать кровельные конструкции, а в некоторых случаях установка противоречит архитектурным особенностям. Актуальность повышения интеграционных возможностей солнечных батарей приобрела критическую отметку, поэтому над этим сегодня работают ведущие инженеры и архитекторы.
Кровля из фотоэлементов
Интересную конструкцию на конференции Solar Power International 2017 в Лас-Вегасе представила компания Hanergy. Кровельная плитка Hantiles представляет собой волнообразную черепицу со встроенными фотоэлементами. Совместив кровельный материал и фотоэлементы, сохраняется эстетический вид постройки, а кровельная конструкция не требует дополнений. К тому же по стоимости получается дешевле, чем приобретать отдельно кровлю и панели.
Облицовка стен солнечными панелями
Швейцарский центр микротехники и электроники «CSEM» предложил новую технологию по производству наружных стеновых облицовочных панелей, которые одновременно являются еще и солнечными. Особенность заключается в сохранении качеств облицовочного материала. Панели выглядят монотонно и обладают высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами. Пока были представлены только белые варианты, но разработчики говорят, что возможен любой цвет.
Окна с фотоэлементами
Скоро вместо энергосберегающих окон можно будет устанавливать энергогенерирующие. Инновационное окно от разработчиков национальной лаборатории Лос-Аламоса визуально ничем не отличается от простых окон. При этом в них применен однокамерный стеклопакет со встроенными квантовыми точками на основе марганца на внешнем стекле и на основе селенид меди-индия на внутреннем. Стекла выступают в роли люминесцентного концентратора и, поглощая свет, перенаправляют его к краям рамы, где он преобразуется в электроэнергию встроенными фотоэлементами.
Еще дальше пошли немецкие инженеры из Йенского университета. Они предложили смарт-окна. Идея «умных» окон не новая. Раньше другими разработчиками предлагались стекла, изменяющие светопрозрачность и вырабатывающие электроэнергию за счет заламинированных фотоэлементов. В этот раз применена принципиально новая технология LaWin. Теперь к функциям окон добавилась способность работать как освещение и отопление.
Подзарядка на ходу
Японские разработчики из института RIKEN и Токийского университета изобрели ультратонкий гибкий фотоэлемент, который не боится воды и растягивающих нагрузок. При интеграции такой батареи в текстиль можно создавать одежду с возможностью подключения мобильных устройств или любой другой электроники.
Выбираем тип ячеек солнечных панелей для туризма
Современный рынок предлагает несколько типов полупроводниковых ячеек, каждый из которых отличается различной производительностью в зависимости от внешних условий.
1. Монокристаллические, Mono-Si.
Выдают наибольший среди всех разновидностей КПД – 22-24% при идеальных условиях освещения. Комплект для походов на основе монокристаллов рекомендуется покупать, если использование батарей предполагается преимущественно при ясной солнечной погоде. Кроме того, в эти часы панели должны находиться в стационарном положении, развернутые строго на солнце.
Основные варианты – кемпинги, пеший туризм с привалами днем на открытой местности.
2. Поликристаллические, Poli-Si
. Их номинальный КПД несколько меньше, но генерация при неоптимальных условиях размещения выше, чем у предыдущего класса моделей. Купить такие солнечные батареи для туризма рекомендуется тем, кто не будет иметь возможности обеспечивать процесс генерации при оптимальных условиях.
Примеры – многодневные выезды на рыбалку, охоту или сплав по рекам в гористые или лесистые местности.
3. Тонкопленочные, аморфный кремний A-Si или теллурид кадмия CdTe.
КПД панелей этого класса в пределах 16-19% компенсируется лучшей производительностью в условиях облачности, рассеянного света или при осадках.
Лучший выбор для любителей выбираться на природу в любую погоду и не летний сезон.
4. Батареи на основе минералов, полимеров и органические.
Этот чрезвычайно перспективный тип фотовольтаики в солнечных батареях для туристов пока не применяется. Причиной тому недостаточная удельная производительность на единицу площади, что для панелей незначительных габаритов играет решающую роль.
Сравнение трех типов удобно представить в виде таблицы.
1 Taotuo 30W 12V Solar Panel
Лучшая полугибкая панель с высоким КПД Цена на АлиЭкспресс: от 2 617,81 руб. Рейтинг (2018): 4.9
Лучшая эффективность преобразования энергии, длительный срок эксплуатации и неплохая мощность – вот основные преимущества этой модели. Она устойчива к коррозии, имеет широкую сферу применения. Солнечные панели покупают на АлиЭкспресс для организации энергоснабжения мелкой бытовой техники, подсветки рекламных вывесок, создания автономного уличного освещения. Подходят они и для создания небольших солнечных систем.
У этой модели есть диод, предотвращающий обратный ток при недостаточной интенсивности света, так что особой доработки панель не требует. Однако на странице продавца есть неточность. В характеристиках указано, что номинальное напряжение панели 12V, а мощность 30W. Однако покупатели получают устройства на 18V и 30W. За это они ругают продавца в отзывах. В остальном пользователи всем довольны.
Принцип работы солнечных батарей
Схема элементов солнечной батареи.
Всем известно, что электричество — это основной источник энергии. Но его можно получить и более простым путем. Солнце — это естественный источник энергии, который может широко использоваться в современном мире. Для солнечных батарей главным механизмом работы является поглощение солнечной энергии и преобразование ее в электрическую, а впоследствии в тепловую. Наиболее широкое применение эти устройства нашли в системе отопления частных домов.
Такие батареи представляют собой фотоэлектрические генераторы электрической энергии. У солнечных батарей есть полупроводниковый элемент, на который воздействуют солнечные лучи. Вследствие всего этого образуется постоянный электрический ток, который в дальнейшем используется для обогрева.
В цепях солнечных батарей генерируется напряжение, которое и имеет ценность. В состав аппарата входит аккумулятор, который способен накапливать энергию. Несомненно, для того чтобы это было возможно, потребуется солнечная погода. После накопления энергии, аккумулятор может снабжать потребителя теплом некоторое время в пасмурную погоду.
Что нужно учитывать
Стоимость: В какой-то момент стоимость солнечных батарей была более чем нелепой, настолько большой, что было почти невозможно заставить ее использовать ее для загрузки простых и небольших предметов на лету. Солнечные батареи прошлых лет также были большими, громоздкими и предназначались для обогрева зданий, а не для мелкой бытовой техники во время кемпинга, рыбалки, ходьбы, езды на велосипеде или поиска предметов, когда они удобно сидели в своем автомобиле.
Хотя стоимость, безусловно, является для вас фактором, она, безусловно, не представляет большой проблемы, как это было, когда солнечные панели были введены в качестве одной из форм экологической и экологической технологии.
Текущая стоимость солнечных панелей зависит от количества ватт, произведенных панелями, физического размера панелей, материала, используемого для изготовления панелей, гарантии, которая сопровождает панели, и марки, которую вы выбираете. Если панели сертифицированы, они могут стоить немного дороже. Количество панелей, которые вы получаете в портативном устройстве, также будет влиять на цену, с которой вы столкнетесь, когда будете готовы купить.
эффективность: Портативные солнечные панели на рынке сегодня предлагают эффективность передачи от 21 до 25 процентов. Похоже, это средняя оценка эффективности, но есть панели, которые дают эффективность только от 15 до 19 процентов. Панели с самым высоким процентом эффективности будут стоить немного дороже.
Длина гарантии: Чем дольше длится гарантия, тем больше уверенность производителя продукта в его долговечности, качестве и долговечности. Имейте это в виду при поиске лучших портативных панелей.
Панели от ЗАО «Телеком-СТВ»
Какую батарею от ЗАО «Телеком-СТВ» можно посмотреть? Наиболее популярная модель носит название ТСМ, далее идет маркировка в зависимости от мощности: от 15 до 230 Вт (цена указана приблизительно).
| Модель | Мощность, Вт | Габариты, мм | Вес, кг | Цена, руб. |
|---|---|---|---|---|
| ТСМ-15 | 18 | 430 × 232 × 43 | 1,45 | от 3 500 |
| ТСМ-40 | 44 | 620 × 540 × 43 | 4,05 | от 6 000 |
| ТСМ-50 | 48 | 620 × 540 × 43 | 4,05 | от 6 575 |
| ТСМ-80А | 80 | 773 × 676 × 43 | 6,7 | от 8 500 |
| ТСМ-80B | 80 | 773 × 676 × 43 | 6,7 | от 9 000 |
| ТСМ-95А | 98 | 1 183 × 563 × 43 | 7,9 | от 10 750 |
| ТСМ-95В | 98 | 1 183 × 563 × 43 | 7,9 | от 11 000 |
| ТСМ-110А | 115 | 1 050 × 665 × 43 | 8,8 | от 12 500 |
| ТСМ-110В | 115 | 1 050 × 665 × 43 | 8,8 | от 12 800 |
| … | .. | … | … | … |
| ТСМ-270А | 270 | 1 633 × 996 × 43 | 18,5 | от 23 370 |
Основной тип производимых панелей – монокристаллические, хотя каждая модель также может быть представлена в виде мульти (поли-) кристаллической. Каждый вид имеет свои преимущества и недостатки (см. таблицу).
| Тип панели | Преимущества | Недостатки |
|---|---|---|
| Поликристаллы |
|
|
| Монокристаллы |
|
|
Выбор, конечно, ограничивается возможностями бюджета, поэтому продолжим обзор других недорогих и надежных устройств от российских производителей.
