Можливості переходу на альтернативні джерела енергії вже кілька десятиліть розглядаються і частково реалізуються зацікавленими компаніями, що представляють енергетичну індустрію. Великі витрати впровадження нових систем енергозабезпечення поки не дозволяють успішно розвиватися багатьом напрямкам цієї галузі, але також є винятки, до яких відносяться генератори сонячної енергії.
У різних варіаціях такі джерела живлення застосовуються в спеціалізованих областях, а в останні роки знаходять своє місце і в приватному енергопостачанні. Оптимальний формат для технічної реалізації сонячної батареї – панель на фотоэлектронных елементах, яка не займає багато місця, але при цьому забезпечує споживача енергією певного обсягу.
Загальні відомості про технології
Як енергетичного джерела можуть використовуватися самі різні природні явища – від вітру до течії води. Зрозуміло, і енергія Сонця, як природне джерело світла і тепла, не може не розглядатися як ресурс для перетворення в звичайну електрику. До речі, енергетична освітленість у ясний день може досягати 1020 Вт/м2, і це відчутний потенціал, який цілком може знайти практичне застосування. Залишається лише технологічно реалізувати процес перетворення та доставки енергії. Для цього і застосовуються сонячні батареї-панелі.
Модулі подібного типу комплексно виконують завдання отримання, стабілізації та акумуляції сонячного світла. На наступних етапах вирішуються завдання її перетворення, накопичення та розподілу між споживачами. На сьогоднішній день основні завдання сонячної енергетики полягають навіть не стільки в самій техніко-конструкційної організації вищеназваних процесів, скільки в оптимізації технології з метою підвищення продуктивності її продуктів.
Конструкція панелі
В загальному розумінні подібний пристрій є приймачем і акумулятором сонячної енергії. Проте в її обслуговуванні використовується ціла група компонентів, серед яких акумулятори, електричні перетворювачі, блоки запобігання, регулятори потужності, механіка для управління положенням панелі і т. д.
Але в кожному випадку система панелі сонячних батарей базується навколо функції одного головного елемента – модуля, який безпосередньо сприймає сонячну енергію. У найбільш поширеному варіанті це кремнієві моно – або полікристалічні пластини, які в розрізі нагадують багатошаровий пиріг. Це і є так звані фотоелектричні елементи, що забезпечують точне позиціонування атомів, які, в свою чергу, задіяні в процесах перетворення енергії.
Класифікація сонячних панелей типу фотоелементів
По мірі розвитку технологій виготовлення пластин для прийому сонячної енергії фахівці експериментували з матеріалами їх виготовлення, визначаючи оптимальні рішення. На сьогоднішній день батареї такого типу виробляють з наступних елементів:
Принципи роботи пристрою
Після отримання сонячної енергії подальший хід роботи системи може відбуватися за різними схемами залежно від проектного рішення. В основному використовуються два способи застосування обладнання:
В обох випадках повинна бути організована електрична ланцюг з можливістю введення сонячних фотоелементів. Конфігурація підключення може бути як послідовного, так і паралельного. Середня вхідна напруга може становити 180-354 В стосовно побутових систем. Навантаження при цьому становить 5 А.
Реалізація системи управління
Активний розвиток сонячних батарей довелося на період широкого впровадження керуючих мікроконтролерів у складні процеси виробництва. На даний момент такі апарати застосовуються для автоматизації різних операцій у побутовій сфері – досить зазначити системи сигналізації і механіки управління гаражними воротами.
Стосовно до сонячних панелей використовують контролери з ємнісними датчиками, що дозволяють не тільки відслідковувати параметри роботи функціональних компонентів, але і управляти процесом заряду батарей сонячних панелей. Контролери на базовому рівні здійснюють моніторинг автоматів захисту, варисторів і запобіжників, а також можуть брати участь у процесах зміни параметрів постійного струму, що забезпечує кінцевих споживачів.
Поради по експлуатації панелей
Купуючи сонячну батарею, бажано провести комплексну ревізію всіх її компонентів і особливо фотоелементів, так як найменше пошкодження або заводський дефект може радикально позначитися на працездатності всієї системи. Також в процесі установки слід дотримуватися максимальної обережності, оскільки конструкція тендітна і без спеціального захисту може пошкодитися.
Монтаж сонячної батареї панельного типу здійснюється на спеціально підготовленій базі низьковольтним паяльником. Важливо, щоб лицьова частина при будь-якому зверненні не затенялась деревами та іншими високими об’єктами. Для управління передбачається спеціальна шафа з автоматикою і функціональними блоками. Від нього на дах, де встановлена панель, повинна бути проведена ізольована комунікаційна траса енергозабезпечення.
Як виготовити сонячну панель своїми руками?
Найбільш відповідна схема для виготовлення в домашніх умовах виконується з дерев’яного каркасу і елементів оргскла. В якості підстави панелі може застосовуватися деревностружкова плита, краї якої у формі бортиків оформляються брусом товщиною 1-3 див. На поверхню укладаються і фіксуються на клей фрагменти оргскла невеликого формату за принципом сотів. Потім конструкцію можна закрити суцільним склом, щільно зафіксувавши його по контурах бортиків.
Також слід встановити панель сонячної батареї. Своїми руками це робиться на несучій металевій основі з можливістю повороту. Для неї можна підготувати рамну базу з приводним механізмом для розвороту в потрібному діапазоні. При цьому треба враховувати і навантаження на покриття даху. Бажано, щоб несуча основа панелі була безпосередньо пов’язана через покрівлю з системою крокв. На заключному етапі необхідно підключити панель через провідники з акумулятором потрібної потужності і при необхідності ввести в електромережу інвертор для перетворення вхідної напруги.
Переваги сонячних панелей
Технології генерації електрики на основі принципів перетворення сонячної енергії дають чимало переваг кінцевому споживачеві, незважаючи на цілий ряд експлуатаційних складнощів. Зокрема, найпростіша монокристаллическая панель сонячної батареї на 100 Вт може безкоштовно заряджати акумуляторний блок на 12 Ст. Але навіть такі елементи поступово відходять у минуле, а на зміну їм приходять потужні генератори, здатні обслуговувати енергосистему будинку, вимагаючи лише витрат на обслуговування. При цьому можна говорити про екологічну чистоту джерела живлення і автономності.
Перспективи розвитку технології
Принципово важливим етапом у розвитку сонячної енергосистеми стала поява альтернативних джерел живлення з напругою до 220 В. Поки такі системи ще знаходяться в стадії концептуального проектування, але в майбутньому за умови оптимізації процесів одержання вихідної енергії і вони увійдуть в сегмент масового виробництва.
Основні труднощі, з якими стикаються конструктори, полягають в рівномірності накопичення енергетичного потенціалу і зниження факторів генераторів залежно від зовнішніх умов. Наприклад, низький ККД сонячних панелей для будинку на рівні 15-20% в значній мірі обумовлюється факторами умовно поганої погоди, коли надходження енергії зводиться до мінімуму.
Висновок
Якщо про комплексному енергопостачання приватного будинку сонячною енергією поки говорити рано, то покриття окремих потреб зарядки малопотужних пристроїв або підтримання працездатності приладів освітлення такими засобами цілком реально. Причому російські виробники активно беруть участь в розвитку цього напрямку, пропонуючи свою продукцію прийнятної якості.
Частина компаній збирає сонячні батареї з китайських панелей низької вартості на рівні 3-5 тис. руб., але також з’являються і повністю власні розробки. До передовикам вітчизняного ринку в цій ніші можна віднести компанії «Квант», Hevel Solar і «Сонячний вітер». На потужностях цих підприємств випускаються не тільки системи малої потужності, але і ефективні рішення для промислової експлуатації.
