Что такое солнечная панель. Окупаются ли солнечные батареи для частного дома. Выбор контролирующего устройства

Как дополнительный и альтернативный источник энергии, солнечные батареи достаточно активно применяются не только в промышленных, но и бытовых условиях. Но прежде чем установить себе такой источник электроэнергии, покупателю важно узнать, как подобрать оптимальные по характеристикам и мощности солнечные батареи для дома, ведь цена готовых комплектов варьируется в достаточно большом диапазоне. Попробуем разобраться как подбирают солнечные батареи для дома, стоимость комплекта, и что в него входит.

Применение солнечных батарей в условиях средней полосы – здесь тоже возможно использование бесплатной энергии

Где чаще всего используются солнечные батареи

Сфера применения солнечных батарей огромна. Уже сейчас их с успехом используют для электроснабжения частных и многоквартирных домов, хозяйств, в том числе для освещения и обогрева теплиц, построек, освещения придомовой территории, питания приборов.

Чаще всего про автономное электроснабжение задумываются в следующих случаях:

Если местность не электрифицирована, солнечные панели для частного дома обойдутся намного дешевле, чем использование жидкотопливных генераторов.

В сельской местности нередко отключают электричество, и люди буквально остаются без света. Включив автономное электроснабжение, можно жить в привычном комфорте длительное время, тем более, что в комплекте с солнечными панелями всегда идет аккумулятор.

В многоквартирных домах солнечные модули также применяются в качестве резервных, а также существуют проекты, предусматривающие использование солнечной энергии для горячего водоснабжения.

Срок службы солнечных батарей

Как правило, в документах на оборудование, указывается срок годности от 20 до 25 или даже 30 лет. Однако многие устройства продолжают функционировать и по прошествии указанного производителями периода. Например, первая в мире солнечная батарея работает уже свыше 60 лет, а за эти годы технология производства была существенно усовершенствована.

Прототип солнечной батареи был разработан еще в конце XIX века

Явно можно выделить только один недостаток – при постоянной эксплуатации мощность оборудования снижается, тем не менее эти показатели незначительны: за 10 лет не больше чем на 10%.

Предупреждать физические повреждения, такие как падение деревьев, срыв ветром и царапин на чувствительных элементах. От последних зависит эффективность работы устройства.

Регулярно производить уход: обслуживание и очистку.

При необходимости установить ветрозаградительные конструкции.

Солнечные панели для частного дома (готовые комплекты) в систему включают следующие составляющие: аккумуляторные батареи и силовая электроника. Срок службы первых устройств составляет от 2 до 15 лет, вторых – от 5 до 20 лет, в зависимости от характеристик, интенсивности эксплуатации и бережного ухода.

Общие характеристики и доступность приобретения

Оборудование не наносит вреда окружающей среде и обеспечивает стабильное питание без скачков напряжения. И, главное, поставляет бесплатную энергию: за которую не приходят коммунальные счета.

Внешний вид солнечных панелей мало изменился, после их изобретения, чего не скажешь о внутренней «начинке»

Солнечная модуль преобразовывает свет в электрическую энергию, генерируя постоянный ток. Площадь панелей может достигать нескольких метров. Когда необходимо увеличить мощность системы, увеличивают количество модулей. Их эффективность зависит от интенсивности солнечного света и угла падения лучей: от местоположения, сезона, климатических условий и времени суток. Чтобы грамотно учитывать все эти нюансы, монтаж должны выполнять профессионалы.

Виды модулей:

Монокристаллические. Состоят из силиконовых ячеек, преобразующих солнечную энергию. Отличаются компактными размерами. По своей производительности это самая эффективная (эффективность до 22 %) солнечная батарея для дома. Комплект (цена его одна из дорогостоящих) обойдется от 100 тыс. рублей.

Поликристаллические. В них используется поликристаллический кремний. Они не так эффективны (эффективность до 18%), как монокристаллические фотоэлементы. Зато их стоимость существенно ниже, поэтому они доступны широким слоям населения.

Аморфные. Имеют тонкопленочные фотоэлементы на основе кремния. Уступают моно и поликристаллам по выработке энергии, но и стоят дешевле. Их преимуществом является способность функционировать при рассеянном и даже слабом освещении.

На нашем сайте Вы можете найти контакты строительных компаний, которые предлагают услугу электротехнических работ . Напрямую пообщаться с представителями можно посетив выставку домов «Малоэтажная Страна».

В систему входят также следующие компоненты:

Инвертор, который преобразует постоянный ток в переменный.

Аккумуляторная батарея. Она не только накапливает энергию, но и нивелирует перепады напряжения, когда меняется уровень освещенности.

Контроллер зарядного напряжения аккумулятора, режима зарядки, температуры и других параметров.

В магазинах можно приобрести как отдельные компоненты, так и целые системы. При этом мощность устройств определяется исходя из конкретных потребностей.

Функционирование, виды преобразователей и их сравнительная энергоэффективность

Преобразователи или инверторы являются ключевыми компонентами солнечных батарей. Они трансформируют постоянный ток, вырабатываемый модулем в переменный напряжением 220 В, который необходим для работы электрических приборов. Инверторы имеют мощность от 250 до 8000 Вт. При покупке рекомендуют учитывать самую высокую нагрузку на сеть и соотносить напряжение и мощность. Оптимальными считаются параметры: 12 вольт и 600 ватт, 24 Вольт при 600-1500 Ватт, 48 Вольт, если мощность больше 1500 Ватт.

Инвертор, на принципиальной схеме работы солнечных батарей

Разновидности преобразователей

Автономный. Перед тем как выбрать инвертор, надо определить, какие приборы будут от него питаться, и подсчитать их общую максимальную мощность в единицу времени. Рекомендуется взять мощность инвертора несколько больше. Некоторые бытовые электроприборы при включении создают резкое увеличение напряжения, из-за которого устройство может выйти из строя.

Синхронный. Они накапливают энергию, а излишки передают в электрическую сеть. В случае недостатка электричества, выработанного системой, преобразователь «позаимствует» его из общей сети. Применение модели синхронного типа позволит избежать перебоя в энергоснабжении.

Многофункциональные устройства объединили в себе преимущества первого и второго вида.

На видео показано, как выбрать инвертор для частного дома:

На общую стоимость солнечных батарей для частного дома влияют и преобразователи. В зависимости от формы сигнала напряжения на выходе существует несколько видов их видов, которые различаются применением и стоимостью:

С синусоидальным сигналом. Создают ток высокого качества, что сказывается на их стоимости. От них работают крупные бытовые приборы: холодильники, котлы, кондиционеры.

Прямоугольным. К этим недорогим инверторам подключают осветительные приборы. Большинство домашних бытовых приборов с ними несовместимы.

Псевдосинусоидальным. Их преимуществом является возможность подключения практически всей домашней техники. Но качество сигнала снижено по сравнению с первым видом, поэтому они стоят дешевле.

Ребристая форма инвертору нужна для максимально эффективного охлаждения

Стоимость комплекта и основные технические характеристики, срок окупаемости

Цены на готовые комплекты в основном варьируются от 30 000 до 2 000 000 руб. Они зависят от составляющих их устройств (от вида батарей, количества приборов, производителя и характеристик). Можно встретить бюджетные варианты стоимостью от 10 500 руб. В эконом-набор входит панель, контроллер заряда, коннектор.

В стандартные комплекты включают:

энергетический модуль;

контроллер заряда;

аккумулятор;

инвертор;

стеллаж * ;

кабель * ;

клеммы* .

* Предусмотрены в расширенной комплектации.

Стандартный комплект оборудования

Технические характеристики указывают в руководстве к применению:

Мощность и размеры панелей. Чем больше нужна мощность, тем выгоднее покупать батареи больших размеров.

Энергоэффективность системы.

Температурный коэффициент показывает насколько температура влияет на мощность, напряжение и ток.

По подсчетам специалистов, одна солнечная система, рассчитанная на 4 человека, окупается через 4 года. К тому же стоимость за последние 2 десятилетия сильно упала.

Принцип работы солнечной электростанции в домашних условиях

Солнечная электростанция – это система состоящая из панелей, инвертора, аккумулятора и контроллера. Солнечная панель трансформирует лучистую энергию в электричество (как было сказано выше). Постоянный ток попадает в контроллер, который распределяет ток по потребителям (например, компьютер или освещение). Инвертор преобразовывает постоянный ток в переменный и обеспечивает работу большинства электрических бытовых приборов. В аккумуляторе накапливается энергия, которая можно расходовать в темное время суток.

На видео пример расчетов, показывающий, сколько панелей нужно для обеспечения автономного энергоснабжения:

Как солнечная энергия используется для получения тепла

Гелиосистемы применяются для нагревания воды и отопления жилища. Они могут давать тепло (по желанию владельца) даже тогда, когда отопительный сезон закончится, и обеспечивать дом горячей водой бесплатно. Простейшее устройство представляет собой металлические панели, которые устанавливают на крыше дома. Они аккумулируют энергию и согревают воду, которая циркулирует по скрытым под ними трубам. Функционирование всех гелиосистем основано на этом принципе, несмотря на то, что конструктивно они могут отличаться друг от друга.

Солнечные коллекторы состоят из:

бака-аккумулятора;

насосной станции;

контроллера;

трубопроводы;

фиттингов.

По типу конструкции различают плоские и вакуумные коллекторы. У первых дно покрыто теплоизоляционным материалом, а жидкость циркулирует по стеклянным трубам. Вакуумные коллекторы отличаются большой эффективностью, потому что теплопотери в них сведены к минимуму. Этот тип коллектора обеспечивает не только отопление солнечными батареями частного дома – его удобно использовать для систем горячего водоснабжения и подогрева бассейнов.

Популярные производители солнечных батарей

Самой распространенной в России является продукция китайских производителей, благодаря относительной дешевизне, по сравнению с продукцией, произведенной в других странах. К примеру, солнечные батареи из Китая почти вдвое ниже по цене, чем немецкие.

Чаще всего на прилавках встречается продукция компаний Yingli Green Energy и Suntech Power Ко. Также популярностью пользуются панели HiminSolar (Китай). Их солнечные батареи производят электроэнергию даже в дождливую погоду.

Производство солнечных батарей налажено и у отечественного производителя. Этим занимаются такие компании:

ООО «Хевел» в Новочебоксарске;

«Телеком-СТВ» в Зеленограде;

«Sun Shines» (ООО «Автономные Системы Освещения») в Москве;

ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов»;

ЗАО «Термотрон-завод» и другие.

По стоимости всегда можно найти подходящий вариант. Например в Москве на солнечные батареи для дома стоимость будет варьироваться от 21 000 до 2 000 000 руб. Стоимость зависит от комплектации и мощности устройств.

Солнечные батареи не всегда плоские – есть ряд моделей, которые фокусируют свет в одной точке

Этапы монтажа батарей

Для установки панелей выбирается самое освещенное место – чаще всего это крыши и стены зданий. Чтобы устройство функционировало максимально эффективно, панели монтируются под определенным углом к горизонту. Учитывается также уровень затемненности территории: окружающие предметы, которые могут создавать тень (постройки, деревья и т. п.)

Устанавливаются панели при помощи специальных крепежных систем.

Затем модули соединяются с аккумулятором, контроллером и инвертором, и производится наладка всей системы.

Для эффективного функционирования оборудования и продолжительного срока службы необходимым условием является правильно выполненный монтаж, который под силу только опытным специалистам.

Несмотря на сложность подключения и калибровки, срок работ невелик – при наличии соответствующих инструментов, грамотные монтажники затратят на все про все примерно полдня.

Для монтажа системы всегда разрабатывается персональный проект, который учитывает все особенности ситуации: как будет выполняться установка солнечных батарей на крыше дома, цена и сроки. В зависимости от вида и объема работ, все проекты рассчитываются в индивидуальном порядке. Клиент принимает работу и получает на нее гарантию.

Установка солнечных батарей должна производиться профессионалами и с соблюдением мер безопасности

Как итог – перспективы развития солнечных технологий

Если на Земле максимально эффективной работе солнечных батарей мешает воздух, который в известной пере рассеивает излучение Солнца, то в космосе такой проблемы не существует. Учеными ведется разработка проектов гигантских орбитальных спутников с солнечными батареями, которые будут работать 24 часа в сутки. От них энергия будет передаваться на наземные приемные устройства. Но это дело будущего, а для уже существующих батарей усилия направлены на повышение энергоэффективности и уменьшение размеров устройств.

Автономность дома от внешних источников энергии – это мечта технологически подкованного человека, который понимает важность применения экологически чистого энергоносителя. В условиях удорожания электричества в мире, где потребление энергии растет с каждым годом и не замедлит своего роста, традиционные источники, которые причиняют большой вред окружающей среде и влияют на наше с вами здоровье, солнечные батареи являются самым простым и выгодным вариантом. Этот вид энергии имеет неисчерпаемый ресурс солнца, который легко улавливать и грамотно собранная система будет работать круглый год с переменной эффективностью в зависимости от сезона и солнечных дней в году. Технологическое производство солнечных панелей освоено и выпускает продукцию на массовый рынок, поэтому цены на оборудование падают стремительными темпами в условиях современной конкуренции. Система солнечных батарей состоит из непосредственно панелей, улавливающих свет, зарядного контролера, который следит за поступающей и уходящей энергией и не дает аккумуляторам полностью разрядиться или перезарядиться, собственно аккумулятора и инвертора, преобразующего ток постоянный в переменный.

Виды солнечных панелей

Выбор контролирующего устройства

Данное устройство защищает аккумуляторы от перезарядки, что очень пагубно для них. Дабы избежать скорого выхода из строя аккумулирующих устройств, нужно тщательно следить за всеми показателями. Два важных фактора определяющих цену на контроллер – это напряжение и максимальная сила тока. Напряжение бывает 12 и 24 вольт, а ток начинается от 1 ампера. При выборе устройства нужно знать характеристики солнечных панелей для грамотной настройки системы. Если суммарная отдача фотоэлементов 3,5 ампера, то подойдет вариант с 12 вольт и силой тока 5 ампер. Лучше иметь запас, так как со временем может понадобиться увеличение площади солнечных панелей. Дополнительные опции в виде защиты от перегрузок и короткого замыкания являются важными.

Выбор аккумуляторного устройства

Чем больше емкость, тем дольше будут работать электробытовые устройства и освещение. К примеру, аккумулятор с 12 вольт и 50 ампер при использовании обычной лампочки на 12 ватт и 1 ампер разрядиться через 50 часов. Современный широкий выбор устройств этого типа позволит купить оптимальный вариант для ваших потребностей. Возможно использование простого автомобильного аккумулятора, но эффективность его не высокая, поэтому придется осуществлять систему из нескольких подобных, что принесет некоторые сложности.

Выбор инвертора

Важная вещь всей системы солнечных батарей, так как современные устройства, типа телевизоров, ноутбуков и прочей домашней техники работают на переменном токе, поэтому преобразователь крайне нужен.

Преимущества установки солнечных панелей

Зачем солнечные батареи дома?

Это отличный способ обеспечить себя бесплатной энергией и значительно сократить расходы на освещение, питание электрических бытовых приборов, также применять этот источник для подогрева воды, что весьма актуально для труднодоступных и удаленных от центральных энергомагистралей. В перспективе одного-двух лет покупка оборудования для улавливания света и преобразования его в электричество при среднем годовом доходе окупаемость будет стопроцентной.

Отрицательные моменты солнечных батарей

Ради справедливости стоит упомянуть о таких моментах, как регулярная чистка поверхности фотоэлементов, чтобы производительность не упала. Также следует учитывать температуру окружающей среды, которая тоже влияет на эффективность, например при слишком жаркой погоде некоторые панели снижают свою производительность. Время использования также приводит к снижению мощности. И главный минус это пока довольно высокая стоимость солнечных панелей. Но замечу, что все спорные моменты уйдут в течение ближайшего времени, так как развитие технологий не стоит на месте и чем эффективней будет система, тем больше спрос на нее.

Солнечные батареи для частного дома – отличное решение целого ряда энергетических потребностей на этих жилых объектах в глазах их владельца. Если Вы проживаете в климатической зоне с внушительным количеством солнечных дней в году (а весенне-осенний период в Московской области вхож в число таковых), то создание автономных систем энергоснабжения для загородного дома сезонного проживания или дачи способно решить массу задач при меньших затратах, чем подведение коммуникаций централизованного энергоснабжения.

Преобразующие энергию Солнца в электрическую солнечные батареи в наших широтах можно встретить где угодно – на крышах дач и частных домов, на теплицах и нежилых объектах различного назначения. Это обстоятельство говорит ровно о том, что все большее количество наших соотечественников подходят к вопросу расходования собственных средств на энергоносители рационально и вдумчиво.

Ведь какой бы доступной по цене для жителей столичного региона не была электрическая энергия, ее получение непосредственно от солнца является вообще бесплатной и не зависит от различных организаций и третьих лиц.

Для этого и служат те или иные модели солнечных батарей - модульное оборудование, использующее фотоэлектрический эффект для преобразования энергии инсоляризации в электрическую.

Солнечные батареи для частного дома: иметь или не иметь?

Многие домовладельцы скептически относятся к этому оборудованию и категорически отмахиваются от возможности рассмотрения его покупки. Их скепсис основан на недостаточном знании или устаревших представлениях о солнечных батареях, их мощностях и стоимости.

И наша задача – исправить эти заблуждения потенциальных владельцев автономных электростанций на основе солнечных модулей. Правильно подобранные солнечные батареи для дома и дополнительное оборудование, необходимого для передачи и накопления полученной энергии, способны легко закрыть все актуальные потребности домочадцев в эксплуатации электроприборов.

К примеру, от весны до осени в Московской области солнца достаточно для ежедневной зарядки солнечной электростанции в 5 кВт.

Такая способна обеспечить питание экономичного холодильника, насоса, энергосберегающих ламп, LCD телевизора и ряда других электроприборов.

При большей же мощности инвертора системы Вам не придется отказывать себе в привычном комфорте, который обеспечивает подключение к централизованной системе электроснабжения.

Виды солнечных батарей: подбираем правильно

Современная индустрия автономных энергетических систем предлагает широчайший выбор фотоэлектрических преобразователей различной мощности, размеров и технологий. Чтобы не ошибиться при подборе конкретной модели солнечных батарей для частного дома или дачи, необходимо представлять себе их характеристики, разновидности и варианты возможной установки на объекте.

Поэтому давайте рассмотрим различные виды солнечных батарей и факторы, на которые необходимо обращать внимание при их выборе в первую очередь.

Итак, представленные на российском рынке фотоэлектрические модули по фактору используемых в них фотоэлементов подразделяются на:

• Монокристаллические солнечные батареи (КПД варьируется в пределах 15-20%). За счет большей эффективности трансформации энергии в сравнении с другими видами, панели монокристаллического типа при заданной величине нагрузки требуют меньшей площади для своего размещения. С ростом срока эксплуатации такие конструкции незначительно теряют свои первоначальные свойства;
• Поликристаллические солнечные батареи (КПД в пределах 12-15%). Меньшая эффективность модулей этого типа, образованных последовательным соединением прямоугольных фотоэлементов, требует приблизительно на четверть больше площади для их установки в сравнении с монокристаллическими;
• Панели на основе аморфного кремния (КПД порядка 7%). Наиболее дешевые солнечные батареи, отличающиеся высокой гибкостью и хорошим поглощением рассеянного света. Но в электроснабжении частных домов и дач используются крайне редко ввиду небольшого срока службы.
• Микроморфные панели (КПД 8-12%), отличающиеся долгим сроком службы, но также требующие значительного покрытия ими открытых освещаемых площадей.

Технология фотоэлектрических преобразователей напрямую связана с площадью панелей и местом их размещения. Эти факторы в глазах многих играют существенную роль, так как в большинстве случаев устанавливают солнечные батареи на крышу дома , хозпостройки либо на участке в сторону юга как направления наиболее интенсивной инсоляции. И далеко не каждый домовладелец готов облицевать кровлю своего жилья таким необычным видом покрытия. В то же время, не каждый обладает и достаточным земельным участком, часть которого можно было бы выделить под размещение солнечных панелей.

Выбирая конкретную модель солнечной батареи , необходимо также ориентироваться на номинальную мощность, характеризующую возможность оборудования по выработке электрической энергии для групп потребителей.

Каталог внешних солнечных батарей

Если Вам нужны эффективные, но при этом недорогие солнечные батареи для частного дома в Москве, к Вашим услугам каталог магазина «As-Solar» . Мы не только предлагаем поставку оборудования и всех комплектующих для создания на базе солнечных панелей автономных систем электроснабжения загородных домов и дач, но и весь спектр работ по их монтажу и настройке «под ключ».

Перед тем, как приобрести солнечные батареи для дачи или для дома, мы также настоятельно рекомендуем проконсультироваться у наших специалистов. Это позволит обеспечить оптимальный подбор оборудования, его слаженную и четкую работу с остальными компонентами системы автономного электроснабжения дома, а также впоследствии облегчить ее монтаж и обслуживание.

Обеспечение электропитания в походе, задача комплексная и те, кто думает, что купив только солнечную батарею он решит все свои задачи, скорее всего, ошибётся. В данной статье обсуждается как максимально эффективно использовать солнечную батарею и обеспечить свои гаджеты "правильным" питанием.

Покупая солнечную батарею для питания и зарядки различных устройств в походных условиях, многие считают, что решили все свои проблемы в данной области. Но, как показывает практика, не тут то было - то зарядка не идёт, то мощности не хватает, то ещё какая неожиданность проявится.

Как же "правильно" использовать солнечную батарею, чтобы получить от неё максимум, того, что она может дать? Об этом и поговорим ниже.

Перво-наперво нужно понять, что энергия, получаемая от солнечной батареи - это пока ещё некий полуфабрикат, во многих случаях непригодный для питания многих устройств. Лишь самые "некапризные" из них могут её "переварить", в основном это аккумуляторы, да и то, не всех типов.

Плохое качество энергии заключается, во-первых, в нестабильности выходного тока и напряжения, и, во-вторых, в малом количестве этой энергии, явно меньше тех циферок, что присутствуют в описании солнечных батарей.

Для грамотного использования солнечной батареей необходимо придерживаться двух основных правил:

Солнечная батарея должна как можно больше времени находиться на солнце и работать, работать, работать… отдавать всё, что она может.

Должно быть устройство, которое накапливает всю энергию, что выдает солнечная батарея.

Чаще всего, это либо аккумулятор, либо более сложный накопитель.

Использование этих двух простых принципов позволяет снизить требования к мощности солнечной батареи в несколько раз, и при этом обеспечить гарантированную зарядку своих устройств, даже когда солнца нет.

Теперь подробнее.

Шаг первый. Солнечная батарея.

Для примера, возьмём гибкие . Их мощности вполне достаточно, чтобы обеспечить потребности туриста с набором из КПК, GPS, фотоаппарата, рации (в среднем, конечно, но большинству такой мощности вполне хватает).

Их вид и характеристики показаны ниже.

Солнечная батарея 6 Вт.

Выходное напряжение (рабочее / без нагрузки) - около 6 В / 8В

Выходной ток (рабочий / короткого замыкания) - около 1А / до 1.3А

Габариты в сложенном состоянии - 200х195х9 мм

Габариты в раскрытом состоянии - 595х195х6 мм

Солнечная батарея 8 Вт.

Выходное напряжение (рабочее / без нагрузки) - около 12.5 В / 16В

Выходной ток (рабочий / короткого замыкания) - около 0.66А / до 0.85А

Габариты в сложенном состоянии - 210х350х8 мм

Габариты в раскрытом состоянии - 420х350х6 мм

Материал фотоэлементов - аморфный кремний.

Обе имеют встроенный последовательный диод для предупреждения разряда заряжаемых аккумуляторов.

Что же мы можем подключить напрямую к этим батареям?

Аккумуляторы.

а) Проще всего зарядить от этих солнечных батарей обычные "пальчики", т.е. Ni-Mh или NiCd аккумуляторы.

Ni-Mh аккумуляторы.

От шестиваттной солнечной батареи можно заряжать от 1 шт до 4-х последовательно соединённых аккумуляторов, а от восьмиваттной - 1…8 шт.

Какие "подводные камни" стоит учесть при такой прямой зарядке? В первую очередь, перегрев аккумуляторов в конце зарядки. В большей степени это касается шестиваттной солнечной батареи, т.к. у неё в полтора раза больший выходной ток.

Возможность зарядки NiCd-NiMh аккумуляторов напрямую от солнечной батареи обусловлена тем, что этот тип аккумуляторов допускает пропускание через себя тока даже в полностью заряженном состоянии. Этот ток составляет примерно 1/10 от их ёмкости, т.е. через аккумулятор ёмкостью, например, 2400 мАч можно и после зарядки "прокачивать" ток до 240 мА.

В большинстве случаев, ток, снимаемый с солнечной батареи, много ниже паспортного (который, примерно, соответствует жаркому летнему дню на берегу южного моря), тут и не всегда ясное небо, и неточная ориентация батареи на солнце, да и само солнце может быть не в зените. В результате, ток с солнечной батареи оказывается, зачастую, не слишком превышающим безопасные для аккумуляторов величины, что и позволяет нам заряжать "пальчики" напрямую, без специального зарядника. И необходимость следить за перегревом возникает лишь при ярком солнце.

б) Свинцовые герметичные (гелевые) аккумуляторы на 6 В и 12В также можно заряжать от этих солнечных батарей. Правда, уже не от какой попало, а только от имеющей нужное напряжение, т.е. 6 В аккумулятор только от шестивольтовой шестиваттки, а аккумулятор на 12 В от двенадцативольтовой восьмиваттки.

Свинцовый герметичный аккумулятор.

Эти аккумуляторы после окончания заряда при пропускании через них тока начинают разлагать электролит и постепенно высыхают, поэтому нужен более строгий контроль за их состоянием. Т.е., как минимум, периодически нужно подбегать с тестером и проверять уровень заряда.

в) Литиевые же аккумуляторы заряжать напрямую от солнечной батареи без контроля просто нельзя, т.к. они не допускают перезаряда и просто выходят из строя. При крайней необходимости можно либо заряжать малыми порциями, чтобы заведомо не перезарядить, либо брать с собой в поход мультиметр и при зарядке постоянно контролировать напряжение на аккумуляторе, чтобы оно не превысило 4.2 В / на банку.

Что же можно подключить из электроники к этим солнечным батареям?

Чтобы гарантированно и безопасно заряжалось - практически ничего. Каждый раз нужно проверять эту возможность методом "тыка".

Некоторые рации заряжаются от источника 12 В.

Сотовый телефон, особенно простые модели, можно заряжать от солнечной батареи 6 Вт, от 8 Вт уже нельзя, т.к. у неё на выходе 12 В, которые просто спалят телефон. Но и при зарядке телефона следует учесть, что на ярком солнце батарея даёт слишком большой ток, а сам телефон его ограничивать, в большинстве моделей, не умеет. Большой ток вызывает как преждевременное старение аккумуляторов, так и просто их вспучивание, что уже совсем плохо. Поэтому на ярком солнце при прямой зарядке, следует ставить солнечную батарею под углом к солнцу, чтобы ограничить ток.

КПК и коммуникаторы. 95 % моделей (а может и больше) зарядить напрямую от 6-ти ваттной батареи не получится, а к 8-ми ваттной, как и сотовые, даже подключать нельзя. Невозможность зарядки вызвана, в основном, двумя причинами. Во-первых, недостаточностью тока из солнечной батареи (в основном это касается прожорливых КПК), что приводит падению напряжения на выходе батареи ниже допустимого и схема зарядки КПК прекращает работу, считая, что что-то случилось с источником питания. Во-вторых, даже если тока достаточно, то напряжение с солнечной батареи нестабильно, а многие устройства имеют весьма узкие границы допустимого входного напряжения, например, от 4.8 В до 5.5В. И как только мы выходим за эти пределы зарядка прекращается. Т.е. физически зарядка идти могла бы, но, увы, запрещена разработчиком гаджета.

Шаг второй. Улучшаем солнечную батарею.

Понятно, что такие проблемы реальной зарядки более-менее сложных устройств никого не устраивали. Поэтому самым простым способом исправления ситуации было использование электронных стабилизаторов напряжения на выходе солнечной батареи.

Стабилизатор не позволяет напряжению подняться выше заданного и поэтому исчезает риск спалить своё устройство высоким напряжением.

Первые стабилизаторы были линейными, т.к. просто отсекали лишнее напряжение, не позволяя ему пройти к потребителю. Затем разработчики быстренько сообразили, что грех переводить в тепло и так небольшое количество энергии от солнечной батареи, и начали делать стабилизаторы импульсного типа. Такой стабилизатор просто преобразует напряжение и ток одного уровня в другой с минимальными потерями (КПД около 80…90%), т.е. он может взять 12 В 0.5 А от источника и выдать 6 В, но уже 1 А потребителю (в идеале, без учёта КПД).

Характеристики:

Входное напряжение от 5В до 20В.

Выходное стабилизированное напряжение - от 4 В до 15 В.

Выходной ток имеет два порога ограничения - 0.5 А и 1.5 А

Размеры 62х25х15 мм

Используя подобный стабилизатор, мы можем уже не заботиться о том, какое напряжение будет на выходе солнечной батареи, лишь бы оно было не меньше, чем нужно гаджету.

Кстати, автомобильные адаптеры в прикуриватель, представляют собой такой же импульсный стабилизатор, но с фиксированным выходным напряжением, рассчитанным на конкретное устройство. К сожалению, большинство из них начинает работать лишь от напряжение около 8В, что не позволяет спользовать солнечную батарею на 6 Вт, только 8-ми ваттку.

Т.о. использование стабилизатора позволяет использовать для зарядки КПК, сотовых, плееров или других "капризных" к питанию устройств как солнечную батарею на 6 Вт, так и на 8 Вт.

Шаг третий. "Сытые" гаджеты.

Ну что же, часть задачи по "кормлению" гаджетов мы решили - процесс стал безопасным, и питать их стало возможным от любой солнечной батареи. Но что делать, когда солнце вроде бы и есть, но недостаточно для нормальной зарядки? Т.е. физически мы могли бы зарядить наш КПК пусть и за более долгое время, но, по факту, электроника КПК запрещает нам это делать, т.к. мы не можем обеспечить достаточный, по её "разумению", ток.

Да, конечно, можно купить ещё более мощную батарею, но выход ли это? Дороже, тяжелее таскать, особенно, если на себе, да, и всегда наступит такой момент, когда слабый свет не позволит даже мощной батарее "прокормить" потребителя.

Другим недостатком использования только солнечной батареи со стабилизатором для питания гаджетов, является тот, что в те моменты, когда гаджет частично заряжен, он уже не берёт весь ток от солнечной батареи и этот ток просто теряется.

Более разумный выход заключается в использовании буферного аккумулятора или накопителя. Накопителем будем называть аккумулятор объединённый с электроникой, которая бы следила за его правильным зарядом/разрядом, стабилизировала выходное напряжение, а также выполняла другие функции, облегчающие жизнь пользователю.

Такой накопитель поглощает практически весь ток, который может выработать солнечная батарея.

По аналогии, накопитель - это большое ведро в которое льётся струйка энергии из солнечной батареи. Причём мощность струи может колебаться в десятки раз, неважно - любой поток сгодится для наполнения ведра - всё, что может дать солнечная батарея, всё складируется в аккумуляторы накопителя.

Когда же нужно накормить какой-нибудь гаджет, то он просто подключается к накопителю и черпает из него столько энергии и с такой скоростью, какой ему удобно, и "наевшись" отваливается, а не ждёт, когда же солнечная батарея соизволит нацедить ему нужную порцию.

Графически, различия в зарядке с накопителем и без представлены на рисунке ниже. На графике показан максимальный выходной ток солнечной батареи в течение некоторого времени и периоды, когда может заряжаться гаджет и накопитель.

Область закрашенная красным показывает те моменты времени, когда солнечная батарея вырабатывает достаточно тока, чтобы началась зарядка реального КПК непосредственно от солнечной батареи.

Сумма зелёной и красной областей, соответственно, время, когда происходит зарядка накопителя.

При построении графика, я пытался более-менее соблюдать масштабы реальных токов и их отношений. Так, например, некоторые КПК уже плохо заряжаются при токах ниже 1.2А, особенно, при разряженном аккумуляторе. Здесь, для примера, использован даже меньший ток - 0.5 А. Накопитель же, например, "Вампирчик-Литий", начинает заряжать свои аккумуляторы током от 10 мА, но на графике указно с запасом - 50 мА.

Т.е. мы можем видеть из рисунка, что при использовании солнечной батареи для непосредственной зарядки многих устройств, вся зелёная область просто отбрасывается, т.к. гаджет не может, зачастую, брать слишком маленький ток. Накопитель же съедает почти всё, и "зрелое красное", и "недоросшее зелёное".

Таким образом, получается, что даже, несмотря на то, что при накоплении энергии в промежуточном аккумуляторе и дополнительных преобразований теряется от четверти до половины энергии, полученной от солнечной батареи, мы всё равно оказываемся в выигрыше, причём многократном, по сравнению с непосредственной зарядкой гаджетов от солнечной батареи.

Кроме того, одним из плюсов использования буферного накопителя, является возможность зарядки в удобное нам время, а не только когда есть солнце. Часто гораздо проще и безопаснее зарядить своё устройство вечером в палатке, чем днём на ходу. Тем более, что многие дорогие гаджеты просто так, без присмотра, на долгое время на улице не оставишь.

Накопитель на литиевых аккумуляторах "Вампирчик".

Входное напряжение - от 5 В до 15(20) В.

Выходное стабилизированное напряжение - от 3.5 В...15 В

Выходной ток - до 0.5А или до 1.5А при 5В (выбирается пользователем)

Внутренний Li-Ion аккумулятор - 3.78 В, 2200 мАч 2 шт.

Размеры 135х70х24 мм

Реально, энергии накопленной в "Вампирчике" хватает примерно на 5 зарядок телефона, или на пару-тройку зарядок КПК.

Конечно же, существуют и другие накопители, например, достаточно много их представлено на сайте AcmePower. Но, если "Вампирчик" разрабатывался специально для туристов и позволяет питаться от любой солнечной батареи (5…20 В), то возможность зарядки продукции AcmePower от солнечных батарей нужно выяснять при покупке конкретных моделей. Часть информации, можно найти на сайте производителя гибких солнечных батарей компании SanCharger, где указаны конкретные модели совместимых накопителей и солнечных батарей.

И напоследок, просто приведу два комплекта для обеспечения электропитания в походе, которые мне кажутся наиболее рациональными.

Первый набор оптимизирован по максимальной экономичности использования энергии солнечной батареи:

1. Солнечная батарея 8 Вт;


2. Накопительный аккумулятор;


3. Импульсный стабилизатор напряжения.

1. Меньшая стоимость электроники по сравнению со вторым вариантом, хотя, с учётом стоимости аккумуляторов, разница уже не будет слишком велика.


2. Важнее, большой отдаваемый ток на относительно высоких напряжениях. Причём ток можно легко увеличить, используя большее количество стабилизаторов.


3. Буферный аккумулятор имеет стандартное автомобильное напряжение (9…14 В), поэтому к нему можно без труда подключать любые адаптеры для устройств, работающие от прикуривателя. (Лишь бы они не потребляли ток, больший, чем может отдать аккумулятор)

1. Солнечная батарея 6 Вт или 8 Вт;


2. Накопитель "Вампирчик".

1. Недостаточная для некоторых устройств выходная мощность на "высоких" напряжениях. "Вампирчик" заряжает практически всех потребителей использующих 5 В - это все КПК, сотовые и т.д. Но для видеокамер его выходного тока уже может не хватить.


2. Бо льшие потери, примерно процентов на двадцать, по сравнению с первой схемой, т.к. присутствуют дополнительные преобразования.


3. Использование автоадаптеров на его выходе возможно, но не слишком логично, т.к. получается слишком много преобразований и, следовательно, потерь.

• Простота и компактность, минимум проводов.


• Не нужно контролировать аккумуляторы.

Солнечные батареи считаются очень эффективным и экологически чистым источником электроэнергии. В последние десятилетия данная технология набирает популярность по всему миру, мотивируя многих людей переходить на дешевую возобновляемую энергию. Задача этого устройства заключается в преобразовании энергии световых лучей в электрический ток, который может использоваться для питания разнообразных бытовых и промышленных устройств.

Правительства многих стран выделяют колоссальные суммы бюджетных средств, спонсируя проекты, которые направлены на разработку солнечных электростанций. Некоторые города полностью используют электроэнергию, полученную от солнца. В России эти устройства часто используются для обеспечения электроэнергией загородных и частных домов в качестве отличной альтернативы услугам централизованного энергоснабжения. Стоит отметить, что принцип работы солнечных батарей для дома достаточно сложный. Далее рассмотрим подробнее, как работают солнечные батареи для дома подробно.

Первые попытки использования энергии солнца для получения электричества были предприняты еще в середине двадцатого века. Тогда ведущие страны мира предпринимали попытки строительства эффективных термальных электростанций. Концепция термальной электростанции подразумевает использование концентрированных солнечных лучей для нагревания воды до состояния пара, который, в свою очередь, вращал турбины электрического генератора.

Поскольку, в такой электростанции использовалось понятие трансформации энергии, их эффективность была минимальной. Современные устройства напрямую преобразуют солнечные лучи в ток благодаря понятию фотоэлектрический эффект.

Современный принцип работы солнечной батареи был открыт еще в 1839 году физиком по имени Александр Беккерель. В 1873 году был изобретен первый полупроводник, который сделал возможным реализовать принцип работы солнечной батареи на практике.

Принцип работы

Как было сказано раньше, принцип работы заключается в эффекте полупроводников. Кремний является одним из самых эффективных полупроводников, из известных человечеству на данный момент.

При нагревании фотоэлемента (верхней кремниевой пластины блока преобразователя) электроны из атомов кремния высвобождаются, после чего их захватывают атомы нижней пластины. Согласно законам физики, электроны стремятся вернуться в свое первоначальное положение. Соответственно, с нижней пластины электроны двигаются по проводникам (соединительным проводам), отдавая свою энергию на зарядку аккумуляторов и возвращаясь в верхнюю пластину.

Эффективность фотоэлементов, созданных при помощи монокристаллического метода нанесения кремния, является существенно выше, поскольку в такой ситуации кристаллы кремния имеют меньше граней, что позволяет электронам двигаться прямолинейно.

Устройство

Конструкция солнечной батареи очень проста.

Основу конструкции устройства составляют:

• корпус панели;
• блоки преобразования;
• аккумуляторы;
• дополнительные устройства.

Корпус выполняет исключительно функцию скрепления конструкции, не имея больше никакой практической пользы.

Основными элементами являются блоки преобразователей. Это и есть фотоэлемент, состоящий из материала-полупроводника, которым является кремний. Можно сказать, что состоят солнечные батареи, устройство и принцип работы которых всегда одинаковый, из каркаса и двух тонких слоев кремния, который может быть нанесен на поверхность, как монокристаллическим, так и поликристаллическим методом.

От метода нанесения кремния зависит стоимость батареи, а также ее эффективность. Если кремний наносится монокристаллическим способом, то эффективность батареи будет максимально высокой, как и стоимость.

Если говорить о том, как работает солнечная батарея, то не нужно забывать об аккумуляторах. Как правило, используется два аккумулятора. Один является основным, второй — резервным. Основной накапливает электроэнергию, сразу же направляя ее в электрическую сеть. Второй накапливает избыточную электроэнергию, после чего направляет ее в сеть, когда напряжение падает.

Среди дополнительных устройств можно выделить контроллеры, которые отвечают за распределение электроэнергии в сети и между аккумуляторами. Как правило, они работают по принципу простого реостата.

Очень важными элементами солнечной назвать диоды. Данный элемент устанавливается на каждую четвертую часть блока преобразователей, защищая конструкцию от перегрева из-за избыточного напряжения. Если диоды не установлены, то есть большая вероятность, что после первого дождя система выйдет из строя.

Как подключается

Как было сказано раньше, устройство солнечной батареи достаточно сложное. Правильная схема солнечной батареи поможет добиться максимальной эффективности. Подключать блоки преобразователей необходимо при помощи параллельно-последовательного способа, что позволит получить оптимальную мощность и максимально эффективное напряжение в электрической сети.

Разновидности солнечных батарей

Существует несколько разновидностей фотоэлементов для солнечных батарей, которые отличаются между собой строением кристаллов кремния.

Выделяют три вида фотоэлементов:

• поликристаллические;
• монокристаллические;
• аморфные.

Первый вид панелей является более дешевым, но менее эффективным, поскольку, если кремний нанесен поликристаллическим способом, то электроны не могут двигаться прямолинейно.

Монокристаллические фотоэлементы отличаются максимальным КПД, который достигает 25 %. Стоимость таких батарей выше, но для получения 1 киловатта нужна существенно меньшая площадь фотоэлементов, чем при использовании поликристаллических панелей.

Из аморфного кремния изготавливают гибкие фотоэлементы, но их КПД самый низкий и составляет 4-6 %.

Преимущества и недостатки

Основные преимущества солнечных батарей:

• солнечная энергия абсолютно бесплатная;
• позволяют получать экологически чистую электроэнергию;
• быстро окупаются;
• простая установка и принцип работы.

Недостатки:

• большая стоимость;
• для удовлетворения потребностей небольшой семьи в электроэнергии нужна достаточно большая площадь фотоэлементов;
• эффективность существенно падает в облачную погоду.

Как добиться максимальной эффективности

При покупке солнечных батарей для дома очень важно подобрать конструкцию, которая сможет обеспечить жилище электроэнергией достаточной мощности. Считается, что эффективность солнечных батарей в пасмурную погоду составляет приблизительно 40 Вт на 1 квадратный метр за час. В действительности, в облачную погоду мощность света на уровне земли составляет приблизительно 200 Вт на квадратный метр, но 40 % солнечного света – это инфракрасное излучение, к которому солнечные батареи не восприимчивы. Также стоит учитывать, что КПД батареи редко превышает 25 %.

Иногда энергия от интенсивного солнечного света может достигать 500 Вт на квадратный метр, но при расчетах стоит учитывать минимальные показатели, что позволит сделать систему автономного электроснабжения бесперебойной.

Каждый день солнце светит в среднем по 9 часов, если брать среднегодовой показатель. За один день квадратный метр поверхности преобразователя способен выработать 1 киловатт электроэнергии. Если за сутки жильцами дома израсходуется приблизительно 20 киловатт электроэнергии, то минимальная площадь солнечных панелей должна составлять приблизительно 40 квадратных метров.

Однако, такой показатель потребления электроэнергии на практике встречается редко. Как правило, жильцы израсходуют до 10 кВТ в сутки.

Если говорить о том, работают ли солнечные батареи зимой, то стоит помнить, что в данную пору года сильно снижается длительность светового дня, но, если обеспечить систему мощными аккумуляторами, то получаемой за день энергии должно быть достаточно с учетом наличия резервного аккумулятора.

При подборе солнечной батареи очень важно обращать внимание на емкость аккумуляторов. Если нужны солнечные батареи работающие ночью, то емкость резервного аккумулятора играет ключевую роль. Также устройство должно отличаться стойкостью к частой перезарядке.

Несмотря на тот факт, что стоимость установки солнечных батарей может превысить 1 миллион рублей, затраты окупятся уже в течении нескольких лет, поскольку энергия солнца абсолютно бесплатна.

Видео

Как устроена солнечная батарея, расскажет наше видео.