Альтернативна енергетика швидко набирає оберти, рухаючись вперед із неймовірною швидкістю. Тепер не лише великі промислові компанії, але й звичайні громадяни мають доступ до ключових елементів цієї технології.
Одним із важливих досягнень є використання сонячних батарей, які дають можливість стати практично незалежними від централізованих енергосистем. Проте, коли стає актуальним вибір оптимального варіанту, виникають певні труднощі через різноманітність доступних рішень.
Принцип функціонування сонячних батарей
Фотоелементи, які колись використовувалися лише у військово-космічних програмах, тепер завоювали своє місце в цивільній сфері. Початково розроблялися вони для використання у військових цілях. Щоб зрозуміти суть роботи сонячної батареї, досить зазначити, що цей пристрій фізично є фотоелектричним перетворювачем.
Саме завдяки надлишку електронів в одній з пластин і їх нестачі в іншій виникає p-n перехід, що сприяє виробленню електричного заряду. Кожна пластина провідниками з’єднана з перетворювачами, які і переводять заряд в підходящий для обладнання.
Промисловий варіант панелі являє собою безліч окремих елементів, які зібрані у великі блоки. Зверху сонячні панелі покриті ламінуючою речовиною, яка запобігає їх пошкодженню різними впливами.
Основна відмінність, яка існує між різними типами сонячних батарей полягає в їх продуктивності. Вона безпосередньо залежить від чистоти використовуваного кремнію та їх просторового розташування.
Спочатку в якості перетворюючого елемента використовувався селен, але батареї з цього матеріалу обходилися занадто дорого, тому у 1954 році було внесено пропозицію про його заміну на кремній.
Незважаючи на те, що існують різні види сонячних батарей, у них можна виділити загальні плюси і мінуси.
- невичерпне джерело;
- можливість повсюдного впровадження;
- екологічність;
- безшумність;
- тривалий термін експлуатації;
- дотації від держави;
- можливість масштабування системи;
- мала ймовірність виходу з ладу;
- автономність;
- відсутність плати.
Сонце є атомним реактором, який буде функціонувати ще багато тисяч років. При цьому за його використання не доводиться платити ні копійки. Вартість електроенергії від сонячних батарей зводиться до вартості самої системи та терміну її окупності.
Крім того, при надлишку потужностей завжди є можливість продавати їх в мережу, за що також можна отримувати дохід. При роботі сонячних батарей відсутні шкідливі викиди, що вигідно відрізняє їх від всіляких електричних станцій. Функціонування всієї системи абсолютно безшумне, тому встановлювати сонячні батареї можна в безпосередній близькості до будинку.
Термін служби сонячних батарей може досягати 25 і більше років. Завдяки модульності системи вона добре піддається масштабуванню. Це означає, що якщо з часом збільшується витрата електроенергії в силу установки нового обладнання, то продуктивність системи можна підвищити простою установкою додаткових елементів.
Тертьові частини в системі відсутні, тому вихід з ладу певних елементів можливий, але малоймовірний. Система з сонячними панелями є повністю самодостатньою і може функціонувати без втручання користувача.
- значна вартість;
- необхідність великих одномоментних вкладень;
- низький ККД;
- необхідність ділянки для розміщення;
- тривалий термін повернення вкладень;
- необхідність правильного обслуговування;
- складність утилізації;
- можливість пошкодження або крадіжки;
- зниження ефективності в похмуру погоду.
На момент написання статті вартість встановлення обладнання на один кіловат потужності становить приблизно 700 доларів. Для забезпечення звичайного приватного будинку з усіма потребами буде потрібно приблизно 15 кВт потужності.
Саме такий мінімальний стандарт при підключенні до центральної мережі. Це означає, що одномоментні вкладення повинні скласти близько 12 тис. доларів США, що є великою сумою для більшості.
Крім того, термін окупності може перевищувати гарантійний термін служби самих панелей, що досить невигідно. ККД сонячних систем все ще залишається досить низьким, якщо порівнювати з традиційними джерелами енергії.
Для сонячних панелей потрібна певна територія для розміщення, тому встановити їх у квартирі буде проблематично або практично неможливо. У приватних будинках питання вирішується установкою панелей на даху або на ділянці.
Сонячні батареї вимагають певного обслуговування. Полягає воно в періодичному очищенні і митті поверхні батарей. Якщо цього не робити, то продуктивність падає. Особливо це стосується тих випадків, коли батареї виявляються засипаними снігом.
Сучасні елементи вже менше схильні до цього ефекту, але основна маса знижує свою продуктивність в похмуру погоду. Завжди існує ймовірність, що недоброзичливці можуть пошкодити або вкрасти обладнання.
Різновиди сонячних батарей
Класифікація сонячних батарей проводиться за різними параметрами. Одним з них є фізичні особливості, за якими виділяють:
- гнучкі;
- жорсткі.
Гнучкі конструкції представлені тонкою плівкою, яка здатна приймати форму різних об’єктів без пошкодження. Це актуально при встановленні сонячних елементів, наприклад, на даху автомобілів. Такі сонячні елементи є більш універсальними і затребуваними. Жорсткі сонячні панелі також мають широке поширення, але пошкодити їх в рази простіше, ніж гнучкі.
- кремнієві;
- на основі селену, індію, галію;
- телурій-кадмієві;
- органічні;
- полімерні;
- об’єднані;
- багатошарові.
У певних сферах використовуються всі види, але найбільш популярними для приватного споживача є перший вид сонячних батарей.
- монокристалічні;
- полікристалічні;
- аморфні.
З цих трьох максимально затребувані два перших елемента в списку. Інші види сонячних батарей можуть відрізнятися більш високим ККД, але спосіб їх виробництва вимагає особливих витрат, що позначається на кінцевій вартості продукції.
Кремній є досить поширеною речовиною, тому його отримання не викликає особливих труднощів. В якості основи для виробництва сонячних батарей використовується кварцовий порошок.
Монокристалічні сонячні батареї
Саме батареї, отримані з mono-Si, можуть похвалитися найвищим ККД. Їх легко відрізнити по характерному темному кольору. Для таких батарей використовується кремній з максимальним рівнем очищення.
Вартість таких батарей трохи вище аналогів, але це виправдано. Це пов’язано зі складним процесом очищення і орієнтування монокристалів. У силу такого способу розташування кристалів є обмеження по куті падіння променя.
Максимальна продуктивність батареї досягається при перпендикулярному напрямку. Домогтися цього дозволяють спеціальні сервоприводи, які встановлюються на стійки з сонячними батареями. Завдяки датчикам приводи повертають панелі в напрямку сонця протягом всього дня.
Перевагою порівняно з полікристалічними моделями можна вважати велику потужність при меншій площі і більший ККД, який може досягати 25%. Термін служби цих елементів досягає 25 років.
Основним недоліком сонячних панелей такого типу є падіння продуктивності при найменшому забрудненні, а також тривалому терміні окупності. Є також певні умови для встановлення таких сонячних панелей, які вимагають відкритого простору або височини, де на сонячні елементи не буде падати тінь від інших будівель або рослин.
Полікристалічні сонячні батареї
При виготовленні сонячних панелей такого типу використовується кремній в меншому ступені очищення. Це впливає на ККД, який у більшості випадків складе 12%, але може бути збільшений і до 18. Перевагою полікристалічних панелей є їх велика ефективність в умовах похмурої погоди.
Вартість у таких сонячних панелей порівняно нижча, ніж у попереднього варіанту батарей. Це пов’язано з тим, що в основі батарей лежить неоднорідний матеріал. При виробництві положення кристалів кремнію не піддається суворому контролю, тому підготовлена основа для батарей просто заливається в призначені для них форми.
Як тільки готовий матеріал для сонячних панелей остигає, його нарізають на елементи певних параметрів. Батареї такого типу не вимагають періодичної переорієнтації, тому їх можна розміщувати на будь-якій доступній поверхні, зверненій до сонця.
