Солнечные батареи: описание различных видов и материалов нового поколения

Пергола: фото в ландшафтном дизайне, яркие идеи для создания лаунж-зоны

Виды

Различают следующие виды батарей:

1. 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.
2. 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).
3. Аморфный кремний. Элементы на базе “обедненного” (технологически не очищенного) кремния, имеют КПД не более 8%, стоят дешево, применяются редко.
4. Теллурид кадмиевые (CdTe). Продвинутая пленочная технология, дешевле примерно на треть, КПД не более 11%.
5. CIGS. Батарея из полупроводникового материала, изготовляющегося из меди, индия, галлия и селена. Наиболее перспективная сфера развития. КПД на нынешней стадии разработок составляет порядка 15%.

2 ECO-WORTHY L02M100-1

Высококачественная панель для серьезных задач Цена на АлиЭкспресс: от 5 918,61 руб. Рейтинг (2018): 4.9

Монокристаллическая солнечная панель для тех, кто хочет не просто поиграть в энергонезависимость, а действительно получить хорошую автономность. Покупая эту модель, вы получите источник качественного и бесперебойного питания. Перед вами базовый компонент альтернативной системы электропитания. Мощности одной панели, конечно, не хватит для обеспечения энергией большого частного дома, понадобится не меньше 10 штук. А вот для энергоснабжения прицепа-дачи, лодки или садового домика будет достаточно и одной. 

Покупатели с АлиЭкспресс хвалят быструю доставку и высокое качество самой панели.  Ее можно смело устанавливать на крыше, не боясь осадков и других природных явлений. Водозащитные и антикоррозийные свойства устройства – на высоте. Даже снег  им не страшен.  Рама у этой модели облегченная, имеет антибликовое покрытие. Пользователи в отзывах рекомендуют лот к покупке.

Солнечные элементы IBC — высокая прочность и долговечность

IBC не только более эффективны, но и прочность намного выше, чем у обычных элементов, так как задние слои укрепляют весь элемент и помогают предотвратить микротрещины, которые в конечном итоге могут привести к выходу из строя.

Sunpower использует высококачественный задний слой IBC из твердой меди на своей запатентованной ячейке Maxeon вместе с высокоотражающей металлической зеркальной поверхностью, чтобы отражать любой свет, который проходит обратно в ячейку. Задняя сторона ячейки IBC Maxeon, показанная ниже, чрезвычайно устойчива к нагрузкам и изгибам, в отличие от обычных ячеек, которые по сравнению с ними относительно хрупкие.

Высокоэффективные солнечные элементы N-типа

В то время как PERC и Bifacial появились в солнечном мире, самой эффективной и надежной технологией по-прежнему остается монокристаллическая ячейка N-типа. В первом типе солнечных элементов, разработанном в 1954 году лабораториями Bell, использовалась кремниевая пластина N-типа, но со временем более экономичный кремний P-типа стал доминирующим типом элементов: в 2017 году более 80% мирового рынка с использованием P-типа клетки. Поскольку большой объем и низкая стоимость являются основным движущим фактором, стоящим за P-типом, ожидается, что N-тип станет более популярным, так как производственные затраты снижаются, а эффективность увеличивается.

Bifacial — Двухсторонние солнечные батареи

Технология двухсторонних солнечных батарей была известна уже нескольких лет, но сейчас начинает становиться популярной, поскольку стоимость производства монокристаллических элементов очень высокого качества продолжает снижаться. Двухсторонние элементы поглощают свет с обеих сторон панели и в таких условиях могут производить до 27% больше энергии, чем традиционные односторонние панели. В двухсторонних солнечных панелях обычно применяют стекло на передней стороне, а сзади, для герметизации ячеек — прозрачный полимерный слой. Он позволяет отраженному свету проникать с задней стороны панели. Двухсторонние модули также могут иметь стеклянный задний слой, который имеет больший срок службы и может значительно снизить риск отказа, поэтому некоторые производители теперь предлагают 30-летнюю гарантию на свою продукцию.

Традиционно двухсторонние солнечные панели использовались только в наземных установках, где солнечный свет легко отражался от окружающих поверхностей, в частности заснеженных районов. Хотя было доказано, что они хорошо работают и при монтаже на светлые поверхности, что позволяет увеличить выработку до 10%.

Двухсторонние модули поглощают отраженный солнечный свет обратной стороной панели:

Dual Glass – Солнечные батареи с двойным стеклом

Многие производители в настоящее время производят так называемые стеклянные или двойные стеклянные солнечные панели, которые не следует путать с двухсторонними. Задний традиционный белый EVA (пластиковый) слой заменяют стеклом. Таким образом получается сэндвич стекло-стекло, которое не реагирует и не портится со временем и не страдает от ультрафиолетового излучения. Из-за более длительного срока службы стеклянных панелей некоторые производители предлагают 30-летнюю гарантию производительности.

Безрамочные солнечные батареи

Многие двойные стеклянные панели являются безрамными (без алюминиевой рамы), что может усложнить монтаж панелей, так как требуются специальные системы креплений. Тем не менее, бескаркасные модули имеют ряд преимуществ, особенно в отношении очистки: отсутствует рама, которая создает ступеньку, об нее задерживается пыль и грязь. Соответственно, без ступеньки получается плоская поверхность, которую проще мыть и способствующая самоочищению с помощью дождя и ветра, что приводит к большей производительности. Однако без прочности алюминиевой рамы двойные стеклянные панели, хотя и более долговечные, не такие жесткие и могут изгибаться, особенно при горизонтальном монтаже.

Поколения солнечных батарей

Солнечные батареи внедряются в нашу жизнь уже давно. Принцип их работы заключается в выработке электроэнергии из лучей солнца, поглощаемых фотоэлементом за счет разности потенциалов внутри него.

Технологии производства солнечных батарей постоянно развиваются с целью увеличения их КПД и удешевления производства. Для классификации этих технологий используется понятие «поколения солнечных батарей».

Первое поколение солнечных батарей представляет собой классические кремневые элементы 200-300 мкм в ширину. Они работают по принципу p-n перехода. Фотоны выталкивают из фотоэлемента электроны, последние движутся к зоне N, после чего проделав путь через цепь, соединяются с положительными зарядами. Движение электронов формирует напряжение.

Второе поколение имеет тот же принцип работы, но эти солнечные батареи созданы из других материалов: кадмия, смеси меди, галлия, теллурия, аморфного кремния и некоторых других. Ширина слоя этого материала не более 3 мкм.

Солнечные батареи третьего поколения работают без использования полупроводников. Технологии их создания разнообразны. Общим для них является то, что фотоэлементы создаются на базе органических полимеров.

На настоящем этапе времени существует шесть разновидностей солнечных батарей:

• монокристаллические (самый высокий КПД – до 26%, но должны все время быть направлены на солнце);
• поликристаллические (КПД до 18%, но хорошо себя показывают и в пасмурную погоду);
• аморфные (КПД всего до 9%, низкий срок службы, но работают даже в дождь и туман);
• полимерные (КПД до 6%, но имеют невысокую стоимость, будучи по структуре пленкой – не ломаются, легкие);
• гибридные.

Преимущества и недостатки солнечных батарей

Принимать решение об установке солнечного отопления в своем доме следует взвешено, оценив все возможные плюсы и минусы, так как покупка модулей, дополнительных приборов и их монтаж стоят не малые деньги. К недостаткам этих систем относятся:

• Сложность применения в областях с постоянной облачностью и частыми осадками. Серьезной помехой для хорошей работы модулей является снег. Его нужно будет постоянно убирать, так как рабочая поверхность должна быть всегда открытой.
• Необходимость большого количества свободного места для установки (чаще всего их размещают на крыше).
• Высокая цена.
• Небольшой КПД во время непогоды.
• Покупка дополнительных устройств для получения переменного тока — инверторов (батареи производят только постоянный ток) и аккумуляторов для накопления энергии.
• Длительный срок окупаемости.
• Необходимость очистки от снега, грязи и пыли. При загрязнении эффективность работы резко снижается. Снег убирать придется постоянно, а протирать грязь 2 или 3 раза в год.

Преимуществами использования энергии солнца для отопления помещений являются:

• Экологичность. Использование альтернативного вида топлива позволяет сделать воздух чище, так как не происходит выделение продуктов сгорания.
• Возможность регулировки температуры.
• Независимость от служб ЖКХ и обогрев дома тогда, когда вы этого хотите.
• Избытки и запасы энергии для бытовых нужд.
• Большой срок службы.
• Не нужно платить за электроэнергию.
• Не нужно пополнять запасы топлива, так как солнечное излучение не закончится.

Определяемся с размерами и количеством фотоэлементов

В хороших солнечных батареях на 12 вольт должно быть 36 элементов, на 24 вольта — 72 фотоэлемента. Это количество оптимально. При меньшем числе фотоэлементов вы никогда не получите заявленный ток. И это — лучший из вариантов.

Не стоит покупать сдвоенные солнечные панели — по 72 и 144 элемента соответственно. Во-первых, они очень большие, что неудобно при перевозке. Во-вторых, при аномально низких температурах, которые у нас периодически случаются, они первыми выходят из строя. Дело в том, что ламинирующая пленка при морозах сильно уменьшается в размерах. На больших панелях из-за большого натяжения она отслаивается или даже рвется. Теряется прозрачность, катастрофически падает производительность. Панель идет в ремонт.

Солнечная панель на 4 В имеет 7 элемента

Второй фактор. На больших по размерам панелях должна быть больше толщина корпуса и стекла. Ведь увеличивается парусность и снеговые нагрузки. Но далеко не всегда это делают, так как значительно возрастает цена. Если вы видите сдвоенную панель, а цена на нее ниже, чем на две «обычных», лучше ищите что-то другое.

Еще раз: лучший выбор — солнечная панель для дома на 12 вольт, состоящая из 36 фотоэлементов. Это оптимальный вариант, проверенный практикой.

Складные солнечные панели с AliExpress

power-kernuap Store KER-so1 10 Вт

Надежный вариант, который можно как разложить на траве, так и повесить на рюкзак. 5 складных панелей впитывают максимальное количество солнечной энергии и позволяют зарядить смартфон за минимальный промежуток времени. Оборудование выполнено в удобном несъемном чехле, который не пропускает влагу.

Также в комплекте присутствует компас, он поможет легче ориентироваться при дальних путешествиях. При переменном солнце, прибор стабильно выдает 0.5 А, этого вполне достаточно если не пользоваться гаджетом во время зарядки. Номинальная емкость – 10000 mAh. Материал изготовления – монокристаллический силикон.

power-kernuap Store KER-so1 10 Вт

Достоинства:

• Качество сборки;
• Удобный складной механизм;
• Хорошая зарядка при нормальном освещении;
• Можно разместить на рюкзаке.

Недостатки:

KINCO Складная солнечная батарея, 20 Вт

Водонепроницаемая складная батарея, которая станет отличным спутником в любом походе. Материал изготовления – монокристаллический силикон. Прибор легко складывается и размещается на любом месте. Присутствует хорошая защита от проливного дождя.

Внешний вид не портится со временем, что является преимуществом. Максимальная мощность панели – 20 Вт. Продукт полностью экологически чистый. Устройство способно функционировать не только в солнечный, но и пасмурный день. Выходное значение тока – 1.2 А, чего достаточно для зарядки большинства смартфонов.

KINCO Складная солнечная батарея, 20 Вт

Достоинства:

• Низкая цена;
• Эффективность;
• 20 Вт;
• Не промокает;
• Легко складывается;
• Работает даже в плохую погоду.

Недостатки:

LEORY Solar Cells Sunpower 30W 5V

Удобный вариант, предназначенный для кемпинга и путешествий. Максимальное значение мощности – 30 Вт, что хороший результат и подойдет для большинства гаджетов. Прибор изготовлен из высококачественного и экологичного материала, который не портится даже при ежедневном ливне.

Легко складывается и не занимает места в рюкзаке. Выходной ток равен 2.8 А, что позволит не только заряжать смартфон, но и пользоваться им во время этого процесса. Конструкцию можно как повесить на рюкзак, так и поместить на траву или камни.

Средняя стоимость – 2 055 рублей.

LEORY Solar Cells Sunpower 30W 5V

Достоинства:

• Хорошая работа;
• 30 Вт;
• Соотношение цены и качества;
• Удобное размещение;
• Не занимает много места в сложенном виде.

Недостатки:

4 Vikocell TSM64TN

Недорогой набор для универсальных задач Цена на АлиЭкспресс: от 916,21 руб. Рейтинг (2018): 4.6

Недорогой набор панелей для создания солнечной батареи. Пластины сделаны довольно качественно. Упаковывают их в Китае отлично, поэтому, несмотря на хрупкость, товар приходит целым, без сколов и царапин. Вот только если вам нужна система, к примеру, на 12 В, такого комплекта будет мало. Понадобится 36 элементов. Учитывая то, что размеры одного 156х156 мм, общая площадь батареи получается немаленькой. Перед покупкой нужно хорошо всё просчитать.

Эти солнечные панели подходят только людям с «прямыми» руками. У них нет покрытия, это своего рода полуфабрикат. Еще один нюанс – панели очень тонкие и хрупкие (около 2 мм толщиной), избежать поломок при таких параметрах практически нереально, так что нужен запас пластин. Но мастеровитых покупателей это не страшит. Многие считают такую покупку лучшим приобретением за такие деньги.

Комплектация батарей

О солнечных батареях множество людей думают ошибочно. Ведь сама по себе панель на крыше не может дать переменный ток.

Чтобы обеспечить жилище электричеством, придется приобрести:

1. Собственно солнечные панели. Это тот элемент конструкции, который крепится на стены или крышу дома. При попадании кванта солнечного света кремниевые кристаллы начинают колебаться, и создается электрический ток.
2. Аккумулятор. Энергия, которая не пошла на расход бытовых нужд, аккумулируется в этом приборе, и потом ночью или в ненастную погоду она расходуется.
3. Контроллер напряжения. Этот элемент является скорее не обязательным, а желательным. Он повышает продолжительность жизни аккумулятора, сообщает о его предельно низком и высоком заряде.
4. Инвертор, или преобразователь энергии. В аккумуляторе электрический ток находится в постоянном значении, а для бытовых нужд необходим переменный. Инвентор и совершает данное преобразование.

Как мы видим, солнечные панели – это лишь малая часть системы. Они сами состоят из более мелких элементов – модулей. Раз устройство данных элементов питания модульное, при необходимости посредством подсоединения составляющих вы можете добавить панели или убрать лишние.

Лучшая зарядка на солнечных батареях в виде рюкзака

SunLabz Solar Charger Backpack (7w) INCLUDING 10,000 mAh Power Bank and 1.8L Hydration Pack

И еще один незаменимый спутник для путешествий по каменным и настоящим джунглям — рюкзак с солнечными панелями. По размерам он не из самых крупных, но ноутбук 14” с ворохом полезных мелочей поместятся. Солнечная панель мощностью в 6W скрывает под собой кармашек, в котором и размещаются подключенные гаджеты. Мелочь, но вопрос «куда положить» автоматически решается. Подключаются все устройства через micro-USB кабель, который выдает 5V.

В комплекте с рюкзаком идет 10 мА павербанк, который выдает все те-же 5V, достаточные для зарядки всех портативных гаджетов. Объема хватит на два полных цикла зарядки смартфона. К сожалению, ни защитного кожуха, ни карабина для крепления у идущего в комплекте накопителя нет. Также минусом для высоких людей, особенно мужчин, может стать размер — слишком комично будет выглядеть такой рюкзачок на габаритной спине. Стоит такая штука ~3500.

БОНУС!

Цена: