Фотовольтаика в настоящее время находится в стадии интенсивного развития. Все из-за огромной пользы, которую она приносит. Установка фотоэлектрической установки дает вам ощущение независимости от постоянно растущих цен на электроэнергию. Прежде чем решиться на фотоэлектрическую установку, стоит узнать, что такое солнечные батареи, как они вырабатывают электроэнергию и где их лучше всего устанавливать. Принцип работы фотоэлектрических панелей заключается в том, что батареи преобразуют электроэнергию в солнечную энергию. Это явление называется фотогальваническим эффектом.
Как происходит питание дома или бизнеса с помощью солнечных батарей
- Солнечные панели преобразуют солнечный свет в электричество постоянного тока.
- Инвертор преобразует его в переменный ток, который используется бытовой техникой в дневное время.
- Избыточная мощность, вырабатываемая панелями, которая в противном случае подается в сеть, используется для зарядки аккумуляторов.
- Как только батареи полностью заряжены, оставшаяся солнечная энергия экспортируется в сеть, как обычно.
- Накопленная в аккумуляторе энергия используется в ночное время, что обеспечивает минимальную зависимость от сети.
Что такое солнечная батарея?
Фотоэлементы представляют собой полупроводниковый элемент, преобразующий энергию солнца (солнечного излучения) в электричество. Фотоэлементы также называют фотогальваническими элементами или солнечными батареями. Ячейки входят в состав фотоэлектрических модулей, являющихся одним из основных элементов домашних фотоэлектрических электростанций.
Как устроен фотоэлектрический элемент?
Фотоэлектрический элемент изготовлен из кремниевой пластины. На его верхней поверхности расположены собирающие электроды (отрицательные, в виде сетки), а на нижней — передающие электроды (положительные, в виде металлической пластины). Верхний слой кремния «n»-типа (отрицательный) отделен от нижнего слоя «p» (положительного) кремния полупроводниковым «p-n» переходом. Поэтому конструкция фотогальванических элементов относительно проста.
Отдельные кремниевые ячейки могут быть разных размеров: от 4×4 см до 15×15 см. Мощность фотоэлемента напрямую зависит от его размеров – самый маленький может генерировать ток около 1 Вт, а самый большой мощностью около 7 Вт. Фотоэлементы соединены параллельно и последовательно в фотоэлектрические панели – мощность фотогальванической панели зависит от размера и количества отдельных ячеек, из которых она построена.
Как работают фотоэлектрические элементы?
Солнечное излучение можно рассматривать как поток фотонов (квантов), несущих определенную энергию. При столкновении фотонов с электронами они передают им энергию и, в том числе, к внутреннему фотоэлектрическому явлению (эффекту). Энергия фотона полностью поглощается электроном, который перемещается в зону проводимости и изменяет электрические свойства материала. Фотогальваническое явление представляет собой перенос электронов фотонами на более высокие энергетические уровни, что вызывает электродвижущую силу. Поэтому солнечный свет, падающий на солнечный элемент, инициирует физическую реакцию, в результате которой образуется постоянный ток. Затем постоянный ток преобразуется в переменный с помощью процессов, выполняемых инвертором (также известным как инвертор).
Обычно доступны 3 типа элементов, из которых состоят фотоэлектрические элементы:
- Монокристаллические батареи. Монокристаллические батареи самые дорогие, но и самые эффективные: они достигают даже более 15 процентов эффективность.
- Поликристаллические батареи. Поликристаллические батареи немного дешевле в производстве, но в результате их эффективность ниже.
- Аморфные батареи. Аморфные батареи используются в относительно небольших устройствах. Эффективность аморфных батарей часто даже вдвое меньше, чем у монокристаллических батарей.
Стоит отметить, что постоянно разрабатываются новые типы фотоэлектрических панелей с более низкой ценой и более высоким КПД. Обсуждая типы панелей, вы также должны понимать, как работают солнечные панели.
Как работает солнечная батарея?
Решая установить фотоэлектрическую установку, стоит знать специфику ее эксплуатации.
В первую очередь следует посмотреть, как работают солнечные панели, а также как на практике происходит попадание электричества от солнца в электрическую розетку.
Получение электроэнергии от солнца – это процесс, протекающий поэтапно:
- Фотоэлектрический эффект – принцип работы ячеек. Ячейки являются основой фотоэлектрической установки — их объединяют в фотоэлектрические модули, чтобы они производили больше энергии. Электричество вырабатывается фотоэлектрическими панелями благодаря явлению, известному как фотоэлектрический эффект. Фотогальванический эффект возникает под воздействием энергии солнечного излучения на поверхность полупроводника (на кристалл кремния и его электроны). Электроны выбиваются и текут между электродами. Результатом является разность потенциалов и постоянный ток.
- Инвертор в фотогальванике – преобразует энергию фотоэлектрических модулей. Однако простого преобразования солнечной энергии в электричество недостаточно. Если вы хотите использовать выработанную электроэнергию, то вам понадобится инвертор, так называемый солнечный инвертор. Именно благодаря этому устройству постоянный ток, полученный из солнечной энергии, преобразуется в переменный ток с электрическими параметрами, соответствующими параметрам сети общего пользования. Таким образом, вы сможете использовать электричество от электрических розеток. Преимущество инвертора в том, что он непрерывно подстраивает параметры вырабатываемого тока под параметры домашней сети, а также отключается при обнаружении любого сбоя. Он отслеживает все параметры, которые могут быть полезны для анализа работы бытовой фотоэлектрической панели.
Эффективна ли солнечная энергия?
Это вопрос, который задает любой, кто рассматривает возможность установки фотоэлектрической системы или других способов использования солнечной энергии для производства электроэнергии. Для небольших систем, таких как переносные солнечные батареи, или солнечные батареи для дома – ответ прост — да, это бесплатное электричество, а ячейки такого размера стоят сравнительно недорого. Однако в случае фотоэлектрических установок большой мощности это более сложный вопрос, зависящий от многих факторов.
Подбор мощности установки под нужды
Строить слишком большую установку бессмысленно, потому что лишняя электроэнергия не будет использована, а энергия, сбрасываемая в сеть, недостаточно оплачена (можно только получить скидку на электроэнергию из сети). Поэтому стоит предположить реализацию системы с пиковой мощностью около 1-1,25 кВтп на 1000 кВтч годового энергопотребления – установка большего размера просто нерентабельна (и меньшего, т.к. тогда процент постоянных затрат на установку, на например инвертор или сборка, увеличивается).
Устройство фотоэлектрической установки
Фотоэлектрическая установка представляет собой ряд элементов, которые, соединенные вместе, позволяют получать электроэнергию из солнечной энергии, а затем ее хранить и распределять.
- Солнечные батареи. Важнейшей частью любой фотоэлектрической установки являются солнечные батареи, состоящие из последовательно соединенных фотоэлементов. В домашних фотоэлектрических установках используются моно – и поликристаллические панели.
- Инвертор. Кроме того, вам также потребуется подходящий преобразователь напряжения, т.е. инвертор. Это устройство, которое преобразует постоянный ток, вырабатываемый аккумулятором, в переменный ток, который подходит для питания сетевых устройств. Также регулирует значения частоты и напряжения, чаще всего для этой цели используют инверторы MPPT (Maximum Power Point )., т. е. инверторы максимальной мощности, которые позволяют регулировать напряжение и ток, вырабатываемые фотогальваническими элементами на протяжении всей их работы, таким образом, чтобы получить максимально возможную мощность при конкретных условиях солнечного освещения. Это помогает поддерживать максимальную эффективность установки и минимизировать потенциальные потери энергии. Современные инверторы позволяют подключаться к сети и управлять работой всей системы из любой точки мира с помощью компьютера или мобильного устройства, например, смартфона или планшета.
- Провода. Для соединения солнечных панелей с инвертором и инвертора с распределительным устройством используются специальные солнечные кабели с соответствующим сечением, которое зависит от номинальной мощности фотогальванической установки. Кабели, расположенные вне здания, должны иметь достаточную защиту от неблагоприятных погодных условий, таких как ультрафиолетовое излучение, экстремальные температуры, ветер, дождь, снег или присутствие пыли.
- Защита от перенапряжения. Правильно подобранные предохранители предотвращают повреждение дорогостоящей фотоэлектрической установки и электроустановки в здании, а также защищают от пожара или поражения электрическим током. Стоит помнить, что защита от перенапряжения должна быть расположена как на стороне постоянного, так и на стороне переменного тока.
- Элементы фурнитуры. К монтажным элементам относятся, в том числе, комплекты для крепления солнечных панелей к крыше, а также детали внутри здания (например, облегчающие прокладку солнечных кабелей). Особенно важны первые – при их слишком низком качестве или неправильной установке может быть повреждена крыша или сорваны солнечные панели при сильном ветре.
Параметры фотоэлектрических установок
В зависимости от конструкции, типа и назначения фотоэлектрические установки имеют разные эксплуатационные параметры.
- Размер и мощность. Мощность, вырабатываемая фотогальванической установкой, во многом зависит от ее размера. Предполагается, что система способна вырабатывать примерно 1000 кВтч/год при 1-1,25 кВтч (пиковая мощность).
- Устойчивость к погодным условиям. Фотоэлектрическая установка должна быть устойчива к неблагоприятным погодным условиям – дождю, ветру, экстремальным температурам и ультрафиолетовому излучению. Кроме того, панели также должны быть нечувствительны к таким загрязнениям, как аммиак, солевой туман или пыль.
Как проверяется прочность солнечных батарей?
При проверке прочности солнечных панелей проводятся четыре основных теста: термоциклирование (резкие изменения температуры), влаго – и тепловое испытание (высокая температура и влажность), испытание динамической нагрузкой (давление, резкие изменения температуры и влажности) и PID. испытание на сопротивление (от англ . Potential Induced Degradation, явление потенциал-индуцированной деградации — явление потери мощности, возникающее в некоторых фотоэлектрических установках в результате утечки тока на землю через заземленную сборочную конструкцию и раму). Солнечные элементы с лучшими параметрами качества теряют максимум 2% своей мощности после каждого из описанных испытаний.
Линейное падение мощности
Снижение эффективности солнечных панелей связано с деградацией материала, который со временем стареет и приводит к снижению эффективности всей установки. В случае ячеек хорошего качества среднее значение падения мощности составляет около 80% через 25 лет после установки панелей.
Сколько стоит бесплатная солнечная энергия?
Популяризация производства электроэнергии из солнечной энергии является одной из важнейших задач ближайшего будущего. Препятствием являются высокие цены на необходимое для этого оборудование.
В странах Западной Европы — благодаря субсидиям и льготным кредитам — солнечные батареи становятся действительно популярными. Но и в России появляются первые дома с собственными «электростанциями» на крышах, хотя у нас всего несколько достойных компаний, предлагающих солнечные батареи. Обычно это компании, специализирующиеся на продаже и распространении экологических и нетрадиционных источников энергии. Предоставляют полный комплекс услуг: от проектирования до сборки и сервисного обслуживания.
