Как работает солнечная батарея

Виды солнечных батарей и сферы их применения

Современные перспективы развития солнечной энергетики

Вот и дождались, что стоимость электроэнергии  растет и приближается в ряде регионов к 10 рублям кВтч. Нагнетать ситуацию мы не станем, местами стоимость еще остается равной 80 копейкам за кВтч в ночное время, хотя большинству понятна перспектива дальнейшего лимитирования энергоресурсов на домовладение. Следовательно стоимость энергетики будет расти. Давайте рассмотрим вариант, как можно сэкономить на стоимости электроэнергии и получить независимость от энергетических компаний.

Ядерную батарейку, купленную у матросов с подводной лодки и закопанную в огороде на глубине 10 метров, мы рассматривать не станем, остановимся на варианте чистой энергии, полученной при помощи бытовых солнечных батарей.

Почему эффективно использование и какие плюсы у солнечных панелей?

1. Не шумят;
2. Работают только от солнечного излучения и не требуют другого топлива (газ, бензин, солярка, уголь и т.д.);
3. Не требуют никакого обслуживания. Даже порой чистить от пыли не надо - дождь и снег хорошо помогают с этим (после снегопада при таянии или скатывании снега, происходит самоочищение поверхности);
4. Срок службы более 25 лет, и это далеко не предел;
5. Получать моральное удовольствие от того, что живешь в гармонии с природой, перерабатывая 100% чистой энергии без вредных выбросов в окружающую среду (пункт можно ставить на первое место).

Однако, в условиях короткого зимнего светового дня и преимущественно пасмурного российского климата КПД от бытовых солнечных панелей значительно уменьшается. Солнца нет и выработки энергии нет. Ну, не то чтобы совсем нет, а нет тех расчетных и ожидаемых киловатт, из которых собрана ваша система на солнечных батареях. В пасмурный день вы, конечно, получите с них около 20% от заявленной мощности. Солнечное "Топливо" будет поглощаться облаками на оставшиеся 80%. Однако, как только появиться солнце, система увеличит свою производительность и будет продолжать вырабатывать электроэнергию в полном объеме. О том какие можно собрать системы на солнечных батареях лучше прочитать здесь.

Конечно, использование бытовых солнечных панелей это не панацея от бед связанных с перебоями электричества и экономией электроэнергии. Но сложно поспорить с тем фактом, что проще поставить собственную солнечную электростанцию и не платить "взнос" в размере от 500.000 руб. за подключение к электросети общего пользования с ежемесячной оплатой.

В Европе, если домовладение имеет собственную электростанцию, то в момент избыточной генерации электроэнергии происходит "продажа" солнечной энергии государству. К примеру в Германии частное лицо, установившее ветрогенератор на своей, частной земле, получает гарантированный контракт на 10 лет от государства о покупке тем же государством электроэнергии с фиксированными ценами. В России продавать таким образом электричество возможности нет, но пользоваться самим можно. Пока еще нет налога на ветер и солнце. Хотя в некоторых странах уже есть. К примеру, в Испании есть налог на солнце. Однако, если вы хотите отдавать избыток электроэнергии в сеть бесплатно (других вариантов нет), то обязаны уведомить об этом энергетическую компанию.

Вернемся к бытовым солнечным панелям. Бытовыми мы называем солнечные панели (батареи), которые могут быть установлены не только профессионалом. По своей сути это обычная батарейка только плоская, которую скоро можно будет приобрести не только в специализированных магазинах, но и в других магазинах розничной торговли.

Современные бытовые солнечные батареи для дома хорошо зарекомендовали себя в качестве альтернативных источников электроэнергии. Они просты в монтаже, надежны, не требуют обслуживания. «Топливом» для них является возобновляемая энергия – солнечное излучение.

Когда говорят об альтернативных видах энергии, то одним из самых перспективных ее вариантов видится энергия солнца, неиссякаемая и относительно доступная. Задача только в том, как преобразовать ее в полезную для использования форму с наименьшими материальными затратами. Ученые планеты работают над решением этой задачи уже больше двух столетий, и сегодня уже можно сказать, что солнечная энергия  является конкурентоспособной, потому как КПД бытовых панелей увеличилось за последние 10 лет с 7-8% до 15%, и наравне с энергией газа, нефти и угля используется во многих странах.

Принцип действия солнечных батарей основывается на фотоэлектрическом эффекте – преобразование солнечной энергии в электрический ток. Производство электроэнергии таким способом – это очень актуальная тема во всем мире. Солнечная энергия несет в себе огромный потенциал и многие процессы на земле, в том числе биологические и химические, невозможны без ее участия.  Солнечная энергия так же используется для получения тепловой, механической и, как говорилось ранее, электрической энергии.

Малые электростанции на основе солнечных батарей могут обеспечивать электричеством частные дома, предприятия, собственные нужды населения, в том числе и удаленно от других коммуникаций, а так же питать нагрузку, требующую независимой работы от основной электросети. На сегодняшний день солнечные батареи хорошо зарекомендовали себя в качестве альтернативных источников электроэнергии. «Топливом» для них является возобновляемая энергия – солнечное излучение.

Как работает солнечная батарея

Некоторые твердые вещества при воздействии на них любым видом электромагнитного излучения, в том числе светового, способны испускать электроны. Освободившиеся от связей, «выбитые» фотонами света из кристаллической решетки электроны имеют отрицательный заряд, а так называемые «дырки», оставшиеся после их удаления – положительный заряд. При создании замкнутой цепи все электроны вынуждены будут двигаться в одном направлении. Этот принцип и лег в основу создания фотоэлектрического преобразователя, трансформирующего энергию солнца в электрическую.

Солнечная батарея состоит из соединенных в цепь полупроводниковых фотоэлементов, в которых «выбитые» электроны перемещаются в заданном направлении. Первым материалом для изготовления фотоэлементов был селен. В настоящее время в производстве солнечных батарей самым распространенным является кремний. В качестве примесей используется бор (для пластины, которая вырабатывает положительный заряд) и мышьяк (для пластины, продуцирующей отрицательный заряд). Также в производстве солнечных батарей используют галлий, арсенид, кадмий, медь, теллурид и другие.

Эффективность преобразователя, определяющая КПД солнечной батареи, напрямую зависит от электрофизических характеристик полупроводникового материала. Фотовольтаический эффект в полупроводниках может увеличиваться путем легирования основного материала примесями, изменением его химического состава, а также соединением разных видов полупроводниковых материалов.

Виды солнечных батарей и сферы их применения

Сегодня на рынке представлены солнечные панели в основном трех видов: монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные (аморфные).

• Монокристаллические батареи

Этот вид фотоэлектрических преобразователей сегодня наиболее востребован среди потребителей. Монокристаллическая батарея состоит из большого количества ячеек, в которых располагаются цельные кристаллы, выращенные из сырья высочайшей степени очистки. Соединяясь вместе, ячейки батареи обеспечивают ее необходимую мощность.

Данный вид солнечных батарей хорошо применяется в качестве источника энергии в солнечных электростанциях различной мощности, а также  для обеспечения электропитания различных видов оборудования и устройств. Они могут быть отличным источником энергии для загородных домов, промышленных зданий и других объектов. Батареи из монокристаллов имеют самые меньшие габаритные размеры за счет более высокого (15 – 17%) КПД. Это позволяет монтировать их на относительно небольших площадях.

Относительным, но не бесспорным недостатком таких батарей можно считать их стоимость, которая примерно на 10% больше, чем у других видов солнечных батарей. Это объясняется достаточно сложными и дорогостоящими технологическими методами их изготовления: производство монокристаллов – процесс трудоемкий и долгий. Но поскольку ресурс работы этого вида солнечных батарей самый высокий, до 25 лет, и снижение КПД, вызванное не старением кристалла, а потерей гидроизолирующим материалом прозрачности, происходит медленно, такие батареи быстро окупаются и считаются наиболее выгодными с материальной точки зрения.

• Поликристаллические батареи

Другой вид фотоэлектрических преобразователей - поликристаллические, или мультикристаллические батареи, изготовленные из кремниевого расплава. Ячейки такой батареи имеют прямоугольную форму, неоднородный цвет и структуру. Это связано с тем, что поликристаллические батареи состоят из разнородных кристаллов кремния и некоторого количества примесей. Стандартные поликристаллические элементы демонстрируют эффективность до 10 – 12%.

Поликристаллические солнечные батареи выгодно применять при едино разовой экономии, благодаря более низкой стоимости и неплохими показателями эффективности они хорошо зарекомендовали себя. Такие батареи, как и монокристаллические, можно использовать в различных областях. Они несколько дешевле монокристаллических батарей, но, кроме более низкого КПД, имеют и меньший срок службы.

• Тонкопленочные солнечные батареи

Эта разновидность солнечных батарей имеет самую низкую себестоимость, поскольку их производство является практически безотходным. Тонкопленочные батареи из аморфного кремния изготавливаются путем осаждения на стальную или стеклянную подложку тончайшего слоя полупроводника. Существуют также тонкопленочные солнечные элементы, где вместо кремния использованы соединения меди, селена, галлия и индия. Особенности конструкции позволяют монтировать такие батареи практически в любом удобном месте, поскольку наличие прямых лучей солнца для них не обязательно, они могут эффективно работать и при рассеянном освещении. Аморфные модули можно легко интегрировать в архитектурные конструкции, применяя их как элементы отделки фасада, на вид они практически неотличимы от тонированного стекла.

К существенным недостаткам тонкопленочных модулей относится более низкий, чем у моно- и поликристаллических батарей, срок службы, что объясняется  более быстрым разрушением очень тонкого слоя кремния под действием солнечных лучей. Меньший, чем у моно- и поликристаллических батарей, и КПД тонкопленочных панелей, в среднем он составляет 5 – 6%. По этой причине для обеспечения той же производительности нужен тонкопленочный модуль большей площади.

Современные перспективы развития солнечной энергетики

За первое десятилетие XXI века солнечная энергетика из не имеющей практического значения перешла в разряд перспективной. При средних темпах роста мирового производства электроэнергии 3,4%, возобновляемые источники энергии (ВИЭ) продемонстрировали небывалый рост – до 60%. Это вызвано как трудностями в поисках и освоении традиционных источников энергии, так и тем фактором, что дальнейшее использование углеводородного топлива приносит огромный вред окружающей среде, а, следовательно, отражается на качестве жизни человека.

Солнце – один из самых безопасных с точки зрения экологии источников энергии, оно поставляет нам неисчерпаемый энергетический потенциал. Областями использования солнечных электростанций могут быть большинство отраслей сельского хозяйства и промышленности. Пара квадратных метров солнечной батареи способна обеспечить электроэнергией небольшой дом. К весомым достоинствам солнечных батарей относятся их долговечность и простота обслуживания.

По результатам исследования, общая мощность генерируемой энергии в России на сегодняшний день составляет около 2 МВт. Это очень скромная цифра, она показывает, что наша страна в этой области намного отстает от европейских стран, где по сути сконцентрированы все основные энергетические мощности электростанций, работающих на энергии солнца. Однако ближайшие планы развития российской энергетики предусматривают реализацию ряда крупных проектов по созданию солнечных энергоблоков. Особенно актуальны вопросы развития солнечной энергетики для отдаленных или изолированных территориальных зон, таких, как Якутия. По подсчетам специалистов, себестоимость энергии, полученной там от солнечного генератора, всего 6 – 8 рублей за киловатт, что в 3 – 4 раза ниже, чем себестоимость киловатта энергии, выработанной дизельным генератором. В июне 2013 года в Якутии уже запущена третья солнечная электростанция линии «Сахаэнерго», построенная в поселке Дулгалы. Это первая в мире станция, расположенная за границей полярного круга, работу которой обеспечивают солнечные батареи.

В первом полугодии 2013 года правительство России одобрило проекты развития солнечной энергетики и создания механизмов стимулирования поставок ВИЭ на оптовый рынок. К 2020 году Россия планирует  ввести в строй до 2 ГВт мощностей, вырабатывающих энергию на базе солнечных батарей.

Варианты применения солнечных батарей:

Солнечные электростанции	Готовые проекты

Читайте также:

КПД солнечной батареи – что это?

Сравнение моно, поли и аморфных солнечных батарей

Солнечное отопление дома

В начало