Солнечная энергетика - активно развивающееся направление в энергоснабжении частных и общественных зданий. Каковы плюсы и минусы такого природного источника энергии, как солнечное излучение?

Преимущества солнечной энергии

1. Возобновляемость

Говоря о солнечной энергии, в первую очередь, необходимо упомянуть, что это - возобновляемый источник энергии, в отличие от ископаемых видов топлива - угля, нефти, газа, которые не восстанавливаются. По данным NASA еще порядка 6.5 млрд. лет жителям Земли не о чем беспокоиться - приблизительно столько Солнце будет согревать нашу планету своими лучами до тех пор, пока не взорвется.

2. Обильность

Потенциал солнечной энергии огромен - поверхность Земли облучается 120 тыс. тераваттами солнечного света, а это в 20 тыс. раз превышает общемировую потребность в ней.

3. Постоянство

Кроме того, солярная энергия неисчерпаема и постоянна - ее нельзя перерасходовать в процессе удовлетворения нужд человечества в энергоносителях, так что ее хватит в избытке и на долю будущих поколений.

4. Доступность

Помимо прочих достоинств солнечной энергии, она доступна в каждой точке мира - не только в экваториальной зоне Земли, но и в северных широтах. Скажем, Германия на данный момент занимает первое место в мире по использованию энергии солнца и обладает максимальным ее потенциалом.

5. Экологическая чистота

В свете последних тенденций в борьбе за экологическую чистоту Земли, солнечная энергетика - это наиболее перспективная отрасль, которая частично заменяет энергию, получаемую от невозобновляемых топливных ресурсов и, тем самым, выступает принципиальным шагом на пути защиты климата от глобального потепления. Производство, транспортировка, монтаж и использование солнечных электростанций практически не сопровождается вредными выбросами в атмосферу. Даже если они и присутствуют в незначительной мере, то по сравнению с традиционными источниками энергии - это почти что нулевое воздействие на окружающую среду.

Очень часто приходится сталкиваться с мнением, что применять нецелесообразно, что они дороги и не окупаются. Многие думают, что гораздо легче поставить бензогенератор, который будет обеспечивать энергией ваш дом. Давайте попробуем разобраться и определить плюсы и минусы применения .

Сначала о плюсах применения солнечных батарей

Фотоэлектрическая солнечная батарея имеет практически неограниченный срок службы (за 25-30 лет их выработка снижается на 10-20%). Она не шумит, не требует топлива, не пахнет, не надо таскать канистры, менять масло и строить отдельное (желательно пожаробезопасное) помещение, имеющее шумоизолирующие стены, вытяжную вентиляцию и выхлопную трубу.

Если у вас есть система электроснабжения с солнечными батареями, то вы слушаете птиц и любуетесь на играющих в саду детей и не вдыхаете СО 2 . Но главное – электроэнергия круглосуточно, а не только при работе генератора, заведённого с 10 попытки, и тарахтящего на «радость» Вам и соседям. У Вас всегда заряжен шуруповёрт, телефон, камера и пр. Логично ли сокращать ресурс мощного генератора ради выработки нескольких ватт?

Несомненный плюс круглосуточного энергоснабжения - это возможность установки сигнализации. Вариантов множество. От самой простой автосигнализации до интеллектуального дома с видеорегистратором, GSM – модулем, video on-line, и прочими «наворотами». Если у Вас дом, времянка, баня из бруса, то достаточно установить автосигнализацию с сейсмодатчиком (датчик удара). Это самые простые дешёвые и достаточные варианты, т.к. деревянные дома очень хорошо проводят низкочастотные колебания. Неспроста лучшие акустические системы (колонки) деревянные. В случае попытки взлома она наверняка сработает, и уж если не арестует, то наверняка произведёт психологический эффект на злоумышленника (Кто знает, может сейчас сбежится весь «аул», или сосед с «базукой» проснётся?). То же можно сказать про дом из бревна, он не многим уступает брусу. Для кирпичных и каменных домов более подойдёт автосигнализация с датчиком объёма, они не многим дороже, на 15-20%. И ваше имущество «худо-бедно» охраняется.

Навес из солнечных панелей решает 2 задачи - выработка электроэнергии и защита о солнца

Одна солнечная батарея мощностью 80-100 Вт обеспечивает необходимое освещение, работу небольшого телевизора, водяного насоса, триммера. А с установкой и подключением справится любой учившийся в школе. В солнечных батареях нет «механики» (по сути, нечему ломаться), применено закалённое, текстурированное стекло, которое не отражает лучи, позволяет собрать больше на 15 % рассеянного излучения, и выдерживает любой град и ветер.

Более того, весьма практично и эстетично использование в качестве кровельного материала. Помимо выработки электроэнергии, происходит частичное затенение и освещение мансардного или чердачного пространства. Не говоря уже о самодостаточной беседке, с освещением, фонтаном и мультимедийными «примочками».

Часто говорят: – «Зимой солнца почти нет». Согласен, почти нет, но:

Теперь немного о минусах

Таким образом, при правильно спроектированной системе автономного электроснабжения солнечные батареи позволяют улучшить качество жизни, комфорт проживания и стоимость получения электроэнергии не только летом, но и зимой. В нашем климате зимой обязательно резервировать солнечные батареи генератором, и более внимательно следить за состоянием и температурой аккумуляторной батареи.

Продолжить чтение

Автономные фотоэлектрические энергосистемы Типы фотоэлектрических систем описаны на странице Фотоэлектрические системы. Рассмотрим более подробно один из видов - автономную ФЭС. Возможно создание автономной системы электроснабжения на солнечных батареях различной сложности. Наиболее простая система имеет на выходе низкое напряжение постоянного тока…

Использование солнечной энергии для целей освещения Солнечные батареи и другие экологически чистые источники энергии становятся в последнее время все более популярными. В этой статье рассмотрены методы построения систем электроснабжения для солнечных светильников, солнечных фонарей и питания подсветки зданий, солнечного освещения…

Миллиарды киловатт лучистой энергии посылает на Землю Солнце - источник жизни на нашей планете. Использование этой энергии и преобразование в столь необходимое нам электричество решается применением в качестве преобразователей солнечных батарей. Солнечные батареи - один из самых перспективных источников электроэнергии как для промышленных предприятий, так и для бытового использования.

Солнечная батарея (модуль, панель) представляет собой фотоэлектрический генератор постоянного тока, принцип действия которого основан на физическом свойстве полупроводников: фотоны света выбивают электроны из внешней орбиты атомов полупроводника, создавая при этом достаточное количество свободных электронов для возникновения электрического тока. При замыкании цепи возникает электрический ток. Для получения требуемого количества мощности обычно одного или двух элементов недостаточно. Поэтому их объединяют в панели, где соединяют параллельно или последовательно для получения необходимых параметров по току и напряжению. Площадь таких панелей варьируется в диапазоне от нескольких квадратных сантиметров до нескольких квадратных метров. При увеличении числа панелей увеличивается и производимая мощность. Эффективность преобразования солнечной энергии в электричество зависит не только от площади батареи, но и от интенсивности солнечного света и угла падения лучей, а значит КПД батареи определяется ее местоположением (географической широтой), погодой, временем года и суток.

Основным достоинством солнечной батареи, как и солнечной энергетики вообще, является общедоступность и неисчерпаемость источника энергии (Солнца).

Теоретически признанная экологическая безопасность солнечных батарей увеличивает число потенциальных потребителей солнечной энергии, особенно среди поклонников «зеленых» технологий. Здесь нельзя не отметить, что в производстве фотоэлементов и в используемых для их производства материалах, а также в дополнительном оборудовании для солнечных электростанций (аккумуляторах) зачастую используются токсичные вещества.

Солнечные батареи практически не изнашиваются, поскольку не содержат движущихся частей и крайне редко выходят из строя.

Длительный срок службы без ухудшения эксплуатационных характеристик – 25 лет и более, что подтверждено многолетней практикой использования.

Функционирование солнечных батарей не зависит от технических неполадок энергопоставщиков.

Солнечным батареям не нужно топливо, что дает возможность не зависеть ни от цен на него, ни от проблем с транспортировкой.

Кроме того, солнечные батареи бесшумны, чем выгодно отличаются от ветровых систем.

Энергия, генерируемая солнечными батареями фактически является бесплатной (одно «но» – все это только после того, как в солнечную энергосистему уже были вложен начальный капитал и она окупилась).

Одним из преимуществ фотоэлектрических систем является модульность. При увеличении энергопотребления и/или финансовых возможностей домовладелец, использующий солнечные батареи в качестве источника электроснабжения, может увеличивать мощность системы за счет добавления дополнительных фотоэлектрических модулей.

Однако, несмотря на весомое количество достоинств, солнечные батареи чаще используют в качестве вспомогательного источника электроснабжения.

Причин для этого несколько и наиболее значимыми из них является высокая стоимость солнечной батареи и недостаточный КПД. В среднем 1 кв. метр площади солнечной батареи прозводит не более 120 Вт полезной мощности. Этой энергии недостаточно даже для работы компьютера. В среднем КПД используемых для электроснабжения зданий солнечных батарей составляет 14%, что меньше КПД традиционных источников энергии.

Высокой стоимостью батарей обусловлен и длительный срок окупаемости, а, следовательно, и высокая цена производимой энергии в течение этого срока. С усовершенствованием существующих технологий и появлением новых разработок этот недостаток постепенно преодолевается. Вообще, солнечные батареи в современных российских условиях - пока еще дорогое удовольствие. На Западе ситуация лучше, благодаря государственным программам поддержки «зеленых» технологий и крупным инвестициям в солнечное производство.

Солнечные батареи малоэффективны в зимнее время, а также при пасмурной и туманной погоде. Зависимость от погодных условий вынуждает использовать солнечные батареи в совокупности с другими альтернативными источниками энергии в составе гибридных систем, а также применять аккумулирующие системы для сохранения энергии на случай непогоды.

Поток солнечной энергии на поверхность земли зависит от географической широты и климата местности. В разных местах земного шара количество солнечной энергии, падающей на землю, может очень сильно разниться.

Для приборов, потребляющих большую мощность, солнечные батареи неприменимы.

Использование энергосистем на основе солнечных батарей требует установки дополнительного оборудования (аккумуляторов, инверторов и т. д.) и наличия вспомогательных помещений для его размещения.

Солнечные электростанции не вырабатывают электроэнергию в ночное время и недостаточно эффективно работают при рассеянном солнечном излучении, по утрам и вечерам. Ориентировка солнечных батарей относительно Солнца, позволяет увеличить генерируемый ими ток, однако ежедневная ориентировка батарей довольно затруднительна. Существующие системы слежения за Солнцем (трекеры) в какой-то степени спасают положение и увеличивают эффективность системы, однако они дороги и требуют технического обслуживания. Поэтому их применение обычно ограничивается крупными энергосистемами. Учитывая, что пик электропотребления приходится на вечерние часы и возможны колебания мощности при изменении погоды необходимо либо использование эффективных электрических аккумуляторов (а это тоже пока является проблемой), либо строительство мощных гидроаккумулирующих станций, также занимающих немалые площади, либо использование концепции водородной энергетики, тоже пока далекой от совершенства. Необходимо отметить, что никель- кадмиевые аккумуляторы плохо работают при повышенных и пониженных температурах. Понижение температуры аккумулятора ниже 0° С приводит к значительному понижению их мощности.

Для размещения мощных электростанций промышленного назначения требуются огромные свободные территории. Например, для электростанции мощностью 1 ГВт требуется несколько десятков квадратных километров площади. Эта проблема сейчас успешно решается размещением солнечных батарей на крупных солнечных электростанциях на высоте 1,8 - 2,5 метра, что дает возможность использовать земли под электростанцией для различных сельскохозяйственных нужд, например, выпаса скота. К тому же в мире пока еще достаточно крупных, неосвоенных человеком, территорий (например, пустынь). Применение солнечных аэростатных электростанций также может являться решением проблемы нахождения больших площадей земли под солнечные электростанции.

Поверхность солнечных панелей нужно периодически очищать от пыли и других загрязнений, что в случае крупных электростанций, занимающих несколько квадратных километров, вызывает определенные сложности.

КПД фотоэлементов уменьшается при их нагреве и, поскольку работают они под разогревающим их солнечным излучением, то возникает насущная необходимость установки систем охлаждения,как правило, водяных.

После 30 лет эксплуатации производительность фотоэлектрических элементов начинает снижаться.

Существенным недостатком солнечных батарей является наличие ядовитых веществ в составе самих фотоэлементов (свинца, кадмия, галлия, мышьяка и т. д.) и применение токсичных веществ при их производстве, несмотря на экологическую чистоту получаемой при этом электроэнергии. Через 30-50 лет использования батарей неизбежно возникает проблема их утилизации, которая пока еще не разрешена с точки зрения экологии.

Типы солнечных кремниевых батарей.

Различают несколько типов солнечных кремниевых батарей, в зависимости от способа изготовления. Самый эффективный тип солнечных панелей изготавливают из монокристаллического кремния. Помимо незначительного потемнения технологического полимера, являющегося герметиком для пластин, солнечные батареи практически не изменяют своих технологических параметров в течение длительного срока эксплуатации.

Солнечные батареи из поликристаллического кремния имеют максимальный КПД до 15% и срок эксплуатации, приближенный к сроку эксплуатации монокристаллического кремния. Себестоимость поликристаллического кремния незначительно ниже монокристаллического.

При достаточном количестве солнечных элементов можно создать солнечную батарею с практически любыми напряжением и током и способную обеспечить зарядку любого типа аккумуляторов. Все дело только в стоимости такой солнечной батареи. Конечно, не следует забывать, что мощная солнечная батарея будет занимать большую площадь для своей установки. Нужно также отметить, что если полноценное солнечное освещение батареи бывает ограниченное время суток, то желательно использовать солнечную батарею, обеспечивающую ускоренный зарядный ток, величина которого находится в пределах 0,15-0,3 от емкости аккумуляторов.

Выбор солнечных батарей для дома

Не так давно бесплатная электроэнергия казалась чем-то из ряда фантастики. Но инженерная мысль летит вперёд и сейчас доля альтернативной энергетики становится всё больше. Постепенно все больше людей используют автономные гелиосистемы на основе солнечных батарей. Они становятся эффективным источником бесплатной энергии при разумных финансовых вложениях. Солнечная энергия посредством фотоэлементов превращается в электрическую, и вы её получаете абсолютно бесплатно. При этом солнце – это возобновляемый и бесплатный источник энергии. Гелиосистемы обретают всё большую популярность на фоне роста тарифов за электричество и тепло. Выпуск солнечных панелей в промышленных масштабах открыт в США, Европе, Китае, некоторых странах СНГ. В России заводы имеются в Москве, Зеленограде, Краснодаре, Рязани.

Солнечные батареи в составе гелиосистем применяются в основном для выработки электроэнергии для частных домов, дачных домиков, а также различных мобильных сооружений, которые находятся далеко от линий электропередач. В южных регионах такие установки можно встретить в домах отдыха, санаториях и прочих учреждениях. Фактически, солнечные батареи можно установить в любом доме, где есть необходимость в дополнительной электроэнергии. Конечно, для установки системы должны быть свободное место. Солнечная батарея состоит из набора фотоэлектрических преобразователей, объединенных в последовательную цепь. Сами батареи могут объединяться параллельно и последовательно для увеличения мощности системы.

Разновидности солнечных батарей

Солнечные батареи для дома обычно классифицируют по типу фотоэлементов, из которых они собраны. Эти фотоэлементы отличаются технологией изготовления и поверхностью. Есть три основных вида:

• Фотоэлементы из аморфного кремния. Батареи из этих элементов ещё часто называются пленочными покрытиями или . Толщина полупроводникового слоя в них 80−100 мкм. Пока они ещё не получили широкого применения из-за низкого КПД. Возможно, несколько позже при дальнейшем совершенствовании они станут более востребованными. Пока основная проблема с ними заключается в том, чтобы создать одинаковую направленность у кристаллов кремния;
• Фотоэлементы из монокристаллов кремния. Наиболее дорогие и эффективные элементы, позволяющие собирать батареи, работающие при пасмурной погоде. Технология производства таких фотоэлементов использует медленное охлаждение расплава кремния. В результате получается однородный монокристалл кремния в виде слитка. После охлаждения его режут на пластины и проводят термообработку, чтобы сформировать необходимую структуру на поверхности. Обычно эти фотоэлементы имеют темно-синий цвет;
• Фотоэлементы из поликристаллического кремния. В этом случае при производстве фотоэлементов используют технологию образования центров кристаллизации. В одном слитке получается несколько кристаллов. Последующая термообработка у них та же, что и у монокристаллических пластин. По электрических характеристикам они уступают монокристаллам и стоят дешевле. Внешне они отличаются по участкам на поверхности разного цвета.

Важные параметры гелиосистемы

Выбирая солнечные батареи для дома, следует брать в расчёт климатические условия вашего региона. От этого будет зависеть эффективность их работы. Также регион следует учитывать при выборе типа фотоэлементов, о которых говорилось выше. В южных областях России в целях экономии можно установить поликристаллические. Здесь много солнечных дней и зимой не очень холодно. Для использования на севере лучше взять на монокристаллах, которые могут работать на рассеянном солнечном свете.

Основные характеристики, на которые следует обратить внимание:

• КПД. Обычно на уровне 12─15%;
• Высокое сопротивление;
• Герметичность и материал корпуса. Обычно выполняется из алюминиевого профиля;
• Стекло. Лучше, если будет закалённым.

Обычно для отопления дома используется электрическая или газовая энергия, а гелиосистема при этом просто выдаёт в сеть необходимый ток, работая в связке с основным источником электричества. Бывают системы, которые включают в себя , которые подключены к бойлеру или системе отопления. В этом случае при монтаже ещё нужно выделить место под коллектор.

Как уже говорилось, солнечные батареи работают в составе гелиосистем. Помимо них туда входят:

• Аккумулятор (один или несколько);
• Инвертор;
• Провода, крепежные элементы.

Стоит отметить, что в процессе эксплуатации солнечной системы для дома, в ней довольно часто придётся менять аккумуляторы. Сами солнечные батареи работают по 25─30 лет. В процессе работы ток с солнечных панелей заряжает аккумулятор, а от него через инвертор электричеством снабжаются электроприборы в доме.

В результате аккумулятор постоянно заряжается и разряжается. Зная цену и срок службы обычного вы можете прикинуть расходы на его замену при эксплуатации гелиосистемы.

Стоит отметить ещё один момент. Реклама убеждает нас в том, что солнечные батареи не нуждаются в обслуживании, но это не так. Поверхность панелей нужно регулярно чистить от пыли и грязи, а зимой от снега. Иначе эффективность их работы существенно снижается. А если панели установлены на крыше или на фасаде, то процедура чистки будет сопряжена со сложностями. Только с чистыми панелями ваша маленькая солнечная электростанция для дома сможет работать на полную мощность.

Есть и негативный эффект от нагрева батарей в жаркое время года. Из-за этого снижается их эффективность и уменьшается выработка электроэнергии.