Энергия от солнечных батарей

Солнечная энергия – это неисчерпаемый ресурс, который в современном мире уже научились использовать и используют во многих сферах жизни человека. Основную долю всего применения энергии Солнца составляют солнечные батареи как источника энергии. Но кроме них существуют так же солнечные водонагреватели, воздушные солнечные коллекторы и другие приспособления, позволяющие использовать солнечную энергию на пользу человеку. Но о них позже.

Что такое солнечные батареи, и какие они бывают?

Солнечные батареи – это устройства, которые позволяют преобразовывать солнечную энергию в электрическую при помощи фотоэлементов. Воспринимая энергию фотона, фотоэлемент преобразовывает ее в постоянный электрический ток. Далее эту энергию от солнечных батарей при помощи электродов передают по кабелю в инвертор. Он преобразует постоянный ток в переменный, который способны воспринимать бытовые приборы.

С виду все так просто и можно подумать, что солнечная энергия достается нам бесплатно. Но все отнюдь не так. Как оценивают стоимость солнечной энергии и почему, мы рассмотрим позже, а сейчас обратим внимание на основной момент, который играет роль в параметре производительности солнечной батареи.

Батарея – это совокупность солнечных модулей, энергия из которых идет в инвертор по одному кабелю. Солнечные модули бывают различных видов, но все они делятся на два типа: кремниевые и пленочные. Кремниевые солнечные панели более распространены благодаря неплохим коэффициентам полезного действия, но из-за этого они и более дорогие.

Кремниевые солнечные модули:

• Монокристаллические модули. Благодаря КПД до 22%, энергия, вырабатываемая этими солнечными батареями, может обеспечить электричеством большее количество электроприборов, чем другие устройства этого типа. Такой высокий показатель КПД достигается сложной технологией производства панели. Из кремния отливают монокристалл, который затем аккуратно разделяют на пластины, соединенные электродами. Благодаря монокристаллической структуре соединения кремния параллельны, что позволяет принимать и преобразовывать большее количество чистой энергии, проходящей через солнечные батареи.
• Поликристаллические модули. Этот вид панелей менее продуктивен из-за непараллельных соединений в структуре материала. У этих панелей такая структура кремния обусловлена более простой технологией производства: кремний просто постепенно охлаждают. Их КПД не превышает 18%, но это все еще хороший показатель среди солнечных панелей. Благодаря менее дорогой технологии производства, но, вместе с тем, неплохой производительности, поликристалл среди солнечных батарей является самым распространенным видом.
• Аморфные панели. У этих модулей показатели КПД совсем низкие – до 5%.

Существуют так же пленочные панели, которые, в общем-то, не уступают кремниевым в производительности:

• Из теллурида кадмия. Вокруг таких солнечных батарей ходит очень много споров среди противников использования солнечной энергии, потому что этот материал выделяет ядовитые вещества в атмосферу. Считается, что долговременное использование этих солнечных батарей как альтернативного источника энергии – слишком вредит здоровью человека, находящегося рядом с ними и окружающей среде. КПД этих солнечных панелей колеблется в пределах 12-13%, в зависимости от условий использования.
• Из селенида меди-индия-галлия. Один из основных веществ в этом соединении используют при производстве жидкокристаллических мониторов, поэтому он считается хорошим в том, что касается поглощения солнечного света. Среди пленочных панелей, этот вид обладает самой высокой производительностью – до 20% в идеальных условиях для работы солнечных батарей.
• Полимерные панели. Этот вид модулей изготавливают из разнородных соединений полимеров, и они отличаются своей исключительной гибкостью – толщина панели не превышает 100 мкм. Но их КПД тоже не отличается особенно хорошим показателями – до 5%.

Но батарея, у которой даже самый высокий КПД, не всегда будет работать в полную мощность. Итоговая мощность батареи зависит от многих факторов.

Что влияет на производительность солнечной батареи и как высчитать ее для разных условий?

Как уже было сказано, производительность батареи зависит от многих аспектов. На некоторые из них человек может повлиять, а на некоторые – нет. В число таких аспектов входят:

• Облачность. В облачные и пасмурные дни солнечная батарея воспринимает только 60% доходящего до нее света, что обуславливает существенное уменьшение производительности.
• Угол падения солнечных лучей. Чем меньше угол падения, тем меньше энергии Солнца солнечные батареи смогут уловить и преобразовать.
• Температура нагрева поверхности панелей. С нагревом фотоэлемента на 1̊С его производительность падает на 0,5%, соответственно при нагреве на 10̊С КПД уменьшится вдвое. Для препятствования нагреванию фотоэлементов, их накрывают материалом, не пропускающим свет в инфракрасном спектре (например, оргстеклом).
• Суммарная площадь батареи. В ясный день под прямым углом падения солнечных лучей на 1 м2 поверхности панели приходится 1000 Ватт.
• Изнашиваемость батареи. Конечно, все зависит от индивидуальных показателей каждого продукта, но среднестатистическая панель теряет по 0,7% своей производительности каждый год и 3% в самый первый год эксплуатации.

Это основные факты, которые следует учитывать при расчетах рентабельности, необходимой мощности и других параметров.

Чтобы высчитать насколько использования энергии солнечных батарей Вам хватит для полного обеспечения дома электроэнергией, возьмите количество солнечной энергии в ясный день, КПД Вашей панели и площадь одного модуля или всей батареи, и произведите следующий расчет:

1000 Вт/м2 × 22% × 2 м2 = 440 Вт – мощность Вашей панели.

Если Вы хотите использовать солнечные батареи как альтернативную энергию в месте, где облачных дней больше 10 в году, Вам стоит рассчитать так же мощность батареи в условиях облачности. Плюс, как показывает статистика, самые высокие показатели энергопотребления как раз в вечерне-ночное время, а с уменьшением угла между лучами солнца и поверхностью панелей производительность значительно падает. Таким образом, мы можем посчитать, сколько энергии нам даст наша солнечная батарея облачным вечером: нужно взять кол-во солнечной энергии в ясный день, синус угла между лучом и поверхностью панели, и процент воспринимаемого панелью света в пасмурный день. Получаем следующий расчет:

1000 Вт/м2 × sin30̊ × 60% = 300 Вт/м2

Получившееся число – это количество солнечной энергии, которое попадает на батарею в пасмурный вечер. Если подставить это число в первую формулу, получим 132 Вт.

Так Вы можете подобрать себе батарею по необходимой площади и ценовой категории, а так же посчитать, насколько ее установка вообще будет выгодной для Вас.

Чтобы посчитать, сколько выйдет по цене за один кВт*ч, Вам нужно обратиться к числам более простым. Суммируйте цену на сами модули, вспомогательные материалы и установки, на услуги по установке и отладке устройств и на техническое обслуживание батарей в случае поломки. Затем, посчитайте, сколько солнечная батарея сможет выработать энергии за все время своей работы (допустим, срок службы Вашей батареи 20 лет). Для этого возьмите ее производительность в год и посчитайте ее производительность в каждый последующий год на 20 лет, с учетом изнашиваемости материала. Затем сложите все получившиеся данные за 20 лет, и цену за покупку и обслуживание батарей разделите на сумму кВт*ч за 20 лет. Так, цену за один киловатт-час можно посчитать в любой валюте, как Вам удобнее.