Солнечные панели для дома

Солнце — это источник неисчерпаемой энергии, благодаря которой образовалась и существует жизнь на нашей планете. Человек всегда пытался максимально применять получаемое тепло, излучаемое солнцем, а с развитием науки и специальных технологий, научился с максимальной пользой, применять и солнечные лучи. Одним из таких способов, стало получение электроэнергии, путем преобразования солнечного света.

Что представляет из себя солнечная батарея?

Солнечная батарея (панель) – это устройство, в котором под воздействием солнечных лучей, вырабатывается электрический ток. Техническим языком – солнечная панель является объединением определенного количества фотоэлементов, являющимися полупроводниковыми устройствами.

Виды солнечных батарей

В настоящее время, благодаря развитию технологий и постоянно растущему интересу к возобновляемым источникам энергии, промышленностью выпускается большое количество разнообразных видов солнечных панелей, которые различаются по конструкции, применяемым материалам, техническим характеристикам и цене.

Основные виды солнечных батарей:

• Изготовленные на основе кремния.

Данный вид подразделяется на:

1. Поликристаллические панели;
2. Монокристаллические панели;
3. Аморфные панели.

• Изготовленные на основе пленочных материалов.

Данный вид подразделяется на:

1. Изготовленные на основе теллурида кадмия;
2. Изготовленные на основе селенида меди-индия;
3. Полимерные панели;
4. Аморфные панели.

Основу солнечных батарей, изготовленных на основе кремния, составляет, как видно из названия – кремний, который является распространенным материалом, не требующий значительных затрат при добыче и обладает хорошими физическими свойствами.

Монокристаллические батареи.

Для изготовления батарей данного вида применяется очищенный кремний, не имея присутствия примесей. Визуально, монокристаллические панели выглядят как соты, которые объединены друг с другом в единую конструкцию. При изготовлении отдельных сот, применяют монокристаллы, после затвердения которых, их делят на тонкие пластины (до 300 мкм), которые в дальнейшем соединяются электродной сеткой. Данный вид является дорогим вариантом солнечных батарей, однако благодаря высокому КПД (до 20%), однако пользуется спросом у потребителей.

Поликристаллические батареи.

При изготовлении батарей данного вида, для получения поликристаллов, кремниевый состав, после его подготовки, охлаждается. Процесс охлаждения происходит продолжительное время. При производстве данного вида панелей, затрачивается меньшее, чем при изготовлении монокристаллических устройств, количество энергии, что отражается на стоимости данного вида. Поликристаллические панели стоят дешевле, однако располагают меньшим КПД – до 18%.

Аморфные батареи.

Данный вид панелей можно отнести как к кремниевому типу, так и к пленочному, потому как оба способа изготовления, присутствуют у данного вида устройств.

Основу данных батарей изготавливают из кремневодорода (силана), который наносится на подложку батареи. Данный вид имеет КПД значительно ниже, чем у рассмотренных выше устройств (до 5,0 Процентов), однако в связи с тем, что панели данного вида, располагают лучшей способностью поглощения и способны вырабатывать электрический ток даже при отсутствии прямых солнечных лучей (пасмурная погода), то также являются востребованы на рынке подобных устройств.

Плёночные батареи на основе теллурида кадмия.

В основе данных устройств заложена способность кадмия к высокой световой поглощаемости. КПД устройств данного вида составляет 10 Процентов, стоимость – ниже чем у аналогов. Из недостатков использования – ядовитость кадмия.

Плёночные батареи на основе селенида меди-индия.

При изготовлении данного вида устройств применяют медь, индий и селен. КПД установок выше, чем у батарей из теллурида кадмия и составляет до 20%.

Полимерные солнечные батареи.

Основу устройств (пленку), изготавливают из полифенилена, фурелленов, фталоцианина меди. Толщина плёнки составляет около 100 нм. Недостаток данного вида — низкий КПД (около 5%). К достоинствам можно отнести – низкая стоимость, отсутствие вреднхй выбросов в атмосферу и доступность комплектующих, к тому же данный вид обладает эластичностью.

Принцип работы

Прежде чем описать принцип работы солнечной батареи, нужно обратить внимание на несколько основополагающих моментов, это:

1. Солнечная батарея является устройством, состоящее из определенного количества фотоэлектрических элементов (преобразователей), которые помещены в единый корпус и соединены друг с другом в определенной последовательности.
2. Структура фотоэлементов состоит из двух слоев, которые различаются по типу электрической проводимости, это: «n» и «р» проводимости.
3. Основой для изготовления фотоэлементов является кремний или иной материал, обладающий способностью поглощать световые лучи.
4. В слое с «n» проводимостью, к основе (кремнию или иному материалу), добавлен фосфор, в связи с чем, при их взаимодействии, в слое образуется избыток электронов с отрицательной полярностью.
5. В слое с «р» проводимостью, к основе добавлен бор, в результате их взаимодействия, в слое образуется недостаток отрицательных зарядов, и как следствие, образуются «дыры».
6. Слои расположены между электродами с разной полярностью.

Работа солнечной панели осуществляется следующим образом:

• На слой, заряженный отрицательно, попадает солнечный свет;
• Солнечные лучи вызывают активное образование дополнительных отрицательных зарядов и «дырок»;
• В связи с тем, что в «p-n» переходе присутствует электрическое поле, то под его воздействием происходит разделение положительно и отрицательно заряженных частиц;
• Положительные частицы направляются в верхний слой;
• Отрицательные частицы — в нижний;
• Появляется разность потенциалов между слоями, т.е. образуется постоянное напряжение.

Для дома

Солнечные батареи, появляясь основной составляющей солнечных электростанций, получают все более широкое распространение среди владельцев частных домовладений.

Солнечные электростанции, зависимо от их мощности и географического месторасположения, применяют как основной или резервный источник электроэнергии.

В данном случае, выбирая мощности станции, и в каком качестве она будет работать, не маловажную роль играют именно солнечные батареи.

Критериями разнообразия солнечных батарей, при использовании для электроснабжения дома, являются:

1. Мощность устройства. Эта величина измеряется в Ватт * час, и определяет способность батареи к производству электроэнергии, при заданных условиях, в единицу времени (час работы);

2. Габаритные размеры. Чем мощнее панель, тем она больше по размерам. Такой показатель определяет способность установки (монтажа) устройств, на том или ином участке территории или конструкций.

3. КПД устройства. Данный показатель зависит от типа батареи, таким образом, при меньшем КПД потребуется большее количество панелей, для создания необходимой мощности, однако возрастет цена, и наоборот. По этой причине в каждом конкретном случае нужно просчитывать экономическую целесообразность того, либо иного типа батарей.

4. Сроки и условия эксплуатации. Данный параметр закладывается производителями, по этой причине следует внимательно ознакомиться с рекомендациями по установке и обслуживанию устройств.

5. Стоимость устройства. Данный показатель складывается из всех выше приведенных. К тому же, на стоимость оказывает влияние бренд производителя и популярность конкретной модели на момент ее приобретения.

Как видно из приведенных критериев разнообразия, в каждом конкретном случае, выбор того, или иного устройства осуществляется индивидуально.

В настоящее время, для комплектации солнечных электростанций, служащих для электроснабжения индивидуальных домов, применяют различные солнечные батареи. В связи с тем, что большую часть рынка солнечных батарей, обеспечивают изготовители из Китая, то именно на них следует ориентироваться, при комплектации солнечных станций.

Выбор, на рынке подобных товаров, достаточно обширен, по этой причине всегда есть возможность выбрать требуемое устройство, в соответствии с критериями разнообразия и индивидуальными предпочтениями.

Применение на даче

Дача, это по своей сути, такой же дом, с той лишь разницей, что на ней, возможно, человек проводит меньше времени, и количество установленных приборов, потребляющих электрическую энергию, быть может несколько меньше, чем в жилом доме.

Применение солнечных электростанций для электроснабжения дачи, является довольно удобным способом решения задачи обеспечения электричеством на еще раз строящихся и удаленных от стационарных электрический сетей, участках.

Критерии разнообразия солнечных батарей, в случае электроснабжения дачи, аналогичны критериям выбирая устройств для дома. Разница быть может лишь в требуемой мощности и способу монтажа устройств.

Солнечная батарея для отопления дома

Солнечные батареи могут быть нескольких видов, конструкций и принципу действия. В случае, если рассматривать вопрос об использовании солнечных батарей для отопления дома, то вариант использования панелей, работающих на фотоэлементах, не решит в полной мере, поставленную задачу. Это определяется количеством вырабатываемой электрической мощности. В случае, если к фотоэлектрическим панелям подключить электрические ТЭНы, служащие для нагрева теплоносителя в системе отопления жилого дома, то мощности для прочих потребителей, будет явно не хватать.

В случае, если, в качестве солнечной батареи, работающей для отопления дома, применить солнечный коллектор, то такая задача будет полностью решена. В данном случае солнечные лучи нагревают теплоноситель, циркулирующий в системе отопления, за счет этого и происходит нагревание помещений дома.

Как сделать своими руками из подручных средств

При желании, наличии свободного времени и минимальных познаний в электротехнике, можно изготовить солнечную батарею из подручных средств.

Вариантов быть может огромное количество, все зависит от имеющихся материалов, «багажа» знаний и навыков.

Подобные устройства можно изготовить:

1. Из израсходованных ранее транзисторов (электронных устройств).

В данном случае, у транзисторов отрезаются крышки и сами транзисторы соединяются последовательно. При попадании солнечных лучей на внутренние плоскости, обладающие «p-n» переходом, внутри их образуется электрический ток. Транзисторы помещаются в отдельный корпус, к концам припаиваются выводы – солнечная батарея готова.

2. Из диодов.

Для изготовления, из этих электронных приборов, потребуется их большое количество, а также электронная плата, применяемая в качестве подложки. Верхняя часть диодов срезается, кристалл достается из корпуса прибора (выполняется нагрев и извлечение из корпуса). Извлеченные кристаллы крепятся на плате методом пайки в раздельные блоки. Соединение выполняется последовательно, для достижения требуемых значений напряжения. Собранные блоки соединяются друг с другом параллельно.

3. Из медного листа.

Медный лист очищается, после этого нагревается, для этого применяется: открытый огонь, электрический ТЭН или иной источник тепла. В процессе нагрева медь чернеет, нагрев продолжается еще некоторое время, после этого лист медленно остывает. Из данной листа вырезается электрод, подобного размера, чтобы поместился в подготовленную заблаговременно емкость, это быть может пластиковая бутылка, канистра с отрезанным верхом или иная емкость, однако главное условие – изготовленная из материала, не проводящего электрический ток. Из другого листа меди, не подвергавшегося нагреву, вырезается 2-ой электрод, по размерам аналогичный первому. Электроды помещаются в подготовленную емкость, и крепятся к ее стенкам, к ним подсоединяются проводники. Пластины не должны касаться друг друга. Чистый медный лист – это положительный полюс, лист подвергавшийся нагреву – это отрицательный полюс. В емкость наливается вода, в которой растворена каменная соль, устройство устанавливается на солнечный свет – батарея готова.

4. Из фотоэлементов заводского производства.

В данном случае вначале фотоэлементы собираются в определенной последовательности на подложке. Изготавливается корпус, в который помещаются собранные фотоэлементы, корпус герметизируется. Батарея готова.

Недостатки и достоинства

Недостатков использования солнечных батарей меньше, чем их достоинств, по этой причине нужно начать с них.

К отрицательным свойствам солнечных батарей относятся:

• Высокая стоимость всего комплекта оборудования;
• Низкий КПД устройств, что приводит к увеличению количества батарей, и как следствие удорожанию и потребности в значительной площади под монтаж солнечных батарей;
• Зависимость от погодных, климатических и географических условий.

Положительных свойств больше, это:

• Солнечная энергия – это возобновляемая и неисчерпаемая энергия;
• Экологическая безопасность процесса производства электроэнергии;
• Отсутствие шума и иных раздражителей, при работе солнечных электростанций;
• Продолжительные сроки эксплуатации оборудования и длительные межремонтные циклы;
• Возможность создать автономную системы электроснабжения, вне зависимости от энергоснабжающих организаций;
• Возможность увеличения мощностей, не имея остановки работы уже смонтированных;
• Возможность получения не только электрической, однако также и тепловой энергии, применяя аналогичные исходные характеристики.