Виды солнечных батарей: сравнительный обзор конструкций и советы по выбору панелей

Категории качества фотоэлектрических панелей

Помимо размера, номинальной мощности и КПД солнечных батарей, критически важной характеристикой является качество их исполнения. На гелио рынке по данному показателю модули делятся на четыре категории

Первая – Grad A. 

Характеризуется наивысшим качеством. Производится компаниями из всемирно известного ТОП рейтинга TIER-1 от Bloomberg. Отличительные черты:

• минимальная степень деградации ячеек со временем;
• идеальная внутренняя кристаллическая структура;
• однородная поверхность без цветовых перепадов и дифракционной картины;
• полное отсутствие сколов, микротрещин и скрытых дефектов.

Вторая – Grad B 

Первой категории солнечных батарей по характеристикам уступает незначительно. Отличается:

• наличием небольших перепадов насыщенности цветового оттенка;
• несколько большей скоростью деградации.

Производители – менее престижные, но хорошо зарекомендовавшие себя на рынке компании, преимущественно из юго-восточной Европы, Турции и Китая.

Третья – Grad С 

Категория представлена панелями «no name» фирм из Поднебесной или европейской б/у продукцией. Характерные признаки:

• визуально различимые небольшие поверхностные дефекты;
• цветовая неоднородность поверхности;
• невысокий срок эксплуатации.

Несмотря на существенно сниженную стоимость, для полноценных новых СЭС использовать такую продукцию не рекомендуется. 

Четвертая – Grad D 

Включает все виды солнечных батарей с низким КПД и непредсказуемым сроком службы. Отличительные черты:

• большое количество явных дефектов;
• некачественная пайка;
• сильные перепады цвета.

Ввиду невозможности оценить эффективность и длительность использования, покупка нежелательна даже для второстепенных целей. Приобретаются обычно на запчасти.

Мощность инвертора и потери в нем

Теперь что касается инвертора, он тоже имеет свой КПД а это порядка 75-90%, т.е. все полученные величины выработки энергии и запаса можно относить к этим процентам. В итоге лучше брать двойной запас емкости для аккумуляторов, Так при потреблении 2400Вт.ч за ночь, устанавливать 4 АКБ емкостью 100А.ч. 100А*12В*4 = 4800Вт.ч. Мощность инвертора показывает номинальную нагрузку которую можно подключить к нему, т.е количество и тип бытовых приборов.

В Итоге получаем солнечную электростанцию на 2,5кВт:

1. Солнечные батареи 4шт. по 250Вт. Выработка в месяц 170 -240кВт.ч (36тыс.руб.)
2. АКБ по 100А.ч. 4 шт. запас до 4800 Вт. (AGM аккумуляторы 50тыс.руб.)
3. Инвертор 2,4кВт номинальная мощность подключаемого оборудования (27тыс.)

Итого 113 тыс. руб. за комплект оборудования.

Солнечные батареи – прочие важные характеристики

Среди прочих наиболее принципиальных параметров фотоэлектрических панелей выделяют следующие показатели.

1. Толеранс. 

Представляет собой допустимое положительное и отрицательное отклонение от номинальной мощности. Например, обозначение 300  3 Вт означает толеранс, соответствующий 1%.

2. Температурный коэффициент. 

Одной из особенностей полупроводниковых ячеек является снижение эффективности при сильном перегреве панелей. Для элементов на базе кремния падение составляет около 0,4-0,5% на каждый градус выше 25°C. Под прямыми лучами летнего солнца рабочая поверхность способна нагреваться до 65-75°C, что соответствует снижению КПД на 20-25%. Редкоземельные солнечные батареи малочувствительны к высоким температурам, их температурный коэффициент в несколько раз ниже.

Диапазон рабочих температур всех типов высококачественных модулей примерно одинаков и колеблется в пределах от – 45°C до +90°C. 

3. Уровень деградации LID.

С течением времени фотоэлектрические ячейки постепенно теряют свою эффективность. На графике процесс деградации выглядит как гиперболическая кривая. У качественных панелей категории Grad A падение производительности составляет 2-3% в первый год, до 10% за 10 лет и до 20% спустя 25-30 лет. Солнечные батареи не столь высокого качества деградируют быстрее.

4. Фотоэлектрическая чувствительность к интенсивности освещения. 

Худшими показателями в этой категории обладают монокристаллические ячейки, у которых снижение эффективности при падении яркости освещения максимально. Поликристаллические элементы на 3-4% менее чувствительны. 

5. Удельная эффективность.

Измеряется как отношение номинальной мощности к единице площади. У монокристаллов она максимальна, поскольку эти солнечные панели характеризуются наивысшим КПД и сроком эксплуатации. Для достижения тех же показателей СЭС на базе Poli-Si потребуется большая площадь и размеры отдельных модулей.

6. Защитное покрытие.

В дешевых моделях лицевая рабочая сторона закрывается обычным стеклом. Дорогостоящие модули премиального класса комплектуются сверхпрочной каленой разновидностью. Сами ячейки покрываются специальной пленкой EVA, а тыльная часть батареи – полиэтиленом высокой плотности ПЭТ.

Критерии выбора солнечных батарей

Для того чтобы понять, как правильно выбрать солнечные панели для дома, дачи или другого объекта, вам нужно четко сформулировать задачу, которую собираетесь решить с помощью такой установки

Важно, чтобы по своей энергоотдаче солнечная батарея покрывала потребности объекта в выработке электроэнергии. Задайте себе вопрос, в вашем случае нужна большая солнечная электростанция или достаточно портативных солнечных батарей и как их выбрать? Необходимо учесть также тип и месторасположение объекта, для которого будете использовать солнечные панели

Приобретая гелиопанель, подсчитайте заранее номинальную мощность всех электроприборов, которые планируется питать от этого источника энергии, определитесь с местом установки самой панели и ее допустимыми габаритными размерами. 

При выборе солнечных панелей учитывайте следующие критерии.

Мощность

Это один  из важнейших показателей эффективности работы  солнечной батареи, влияющий на выбор того или иного устройства
При этом важно обращать внимание на такой параметр, как допустимая погрешность номинальной мощности. Эта величина показывает, насколько реальное значение мощности может отклоняться от указанных значений в техпаспорте устройства, что влияет на конечную производительность панели.
Размеры панели
Во многом зависят от того, какой объект нужно обеспечить электроэнергией

Как выбрать солнечные панели для дачи – это один вопрос, совсем другой вопрос, как подобрать солнечные панели для дома, а если речь идет о промышленном или сельскохозяйственном объекте – это вообще отдельная задача, решать которую надо со специалистами.  В любом случае, размеры солнечной батареи напрямую связаны с мощностью устройства – чем больше мощность, тем больше размеры солнечной батареи. К примеру, панель мощностью 300 Вт имеет гораздо большие размеры, чем панель на 100 Вт – это обязательно надо учитывать. Поэтому при выборе панели определенной мощности важно заранее понимать размеры места, где она будет монтироваться – чтобы его было достаточно или была возможность его расширить при необходимости.

Тип солнечной панели. Тоже связан с особенностями работы панели и влияет на ее габаритные размеры. Существует несколько типов панелей: поликристаллические, монокристаллические, тонкопленочные. Что выбрать – зависит от того, где и как вы планируете использовать солнечную панель. Например, выбирать для частного дома нужно один тип солнечных батарей, для предприятий или объектов общественного использования – другой.

Коэффициент полезного действия (КПД) или эффективность работы ФЭП (фотоэлементов). Показывает, какое количество в целом поступившей солнечной энергии на плоскость панели затем преобразуется в электрический ток. КПД отчасти зависит от типа панели, хотя между моно- и поликристаллическими панелями разница в КПД небольшая. Существенное значение этот показатель будет иметь в том случае, когда площадь для установки панели ограничена. В таком случае, выбрав солнечные батареи с более высоким КПД, можно уменьшить площадь их установки.

Цена. Самыми недорогими и доступными по стоимости считаются тонкопленочные модели панелей. Однако по продуктивности они существенно уступают другим видам панелей и при гораздо большей площади генерируют меньшее количество энергии. Наиболее эффективными и самыми компактными по размерам признаны монокристаллические солнечные панели, но они являются и  самыми дорогими. Их однозначно рекомендуют выбирать в случае, когда бюджет не ограничен. Поликристаллические панели на сегодняшний день считаются наиболее оптимальным выбором по сочетанию цены, параметров и результативности. Они лучше работают в пасмурную погоду, им присуща неплохая производительность, гармоничная комбинация эффективности и экономичности.

Площадь солнечной батареи и габариты отдельных ячеек

Гелио модуль представляет собой гибкую или жесткую конструкцию прямоугольной формы, основу которой составляют ряды полупроводниковых ячеек. Каждая из них генерирует напряжение около 0,5-0,6V и может иметь различные типоразмеры. Наиболее распространены следующие варианты габаритов (в миллиметрах):

• 52 × 19;
• 52 × 38;
• 52 × 150;
• 80 × 150;
• 26 × 156;
• 125 × 125;
• 156 × 156.

Например, модуль Sunways ФСМ-270П из 60 ячеек (по 10 в длину и 6 – ширину) размером 156 × 156 мм каждая имеет размеры, с учетом рамы, 1640 × 992 мм. Площадь такой солнечной панели составит чуть больше 1,6 м2. 

При монтаже необходимо устанавливать модули таким образом, чтобы не допустить частичного затенения одним рядом батарей соседнего. В связи с этим на одну панель 250 – 400 ватт обычно выделяется 1,5 — 2 квадратного метра пространства.

Виды подключения

Вы уже купили фотоэлементы для солнечных батарей, АКБ и все остальные составляющие. Осталось определиться с типом электроснабжения вашего жилища. Они бывают:

1. Автономные. В данном случае ваш дом питается только от солнечных батарей и никак не связан с общей электрификацией.
2. Смежные. Панели подключаются в общую сеть. Если бытовые приборы потребляют небольшое количество энергии, то стационарная сети не используется, ток берется из аккумулятора. В случае превышения потребностей электричество расходуется и из общей сети. Стоит учитывать, что без сети сами по себе батареи работать не будут.
3. Комбинированные похожи на смежные. Но в данном случае излишек электроэнергии, получаемый панелями, идет не в аккумулятор, а в общую сеть.

Какую систему и панели выбрать, решать только вам. Перед покупкой проконсультируйтесь у нескольких специалистов, ведь такие системы приобретаются не на один год. При правильном подключении они будут радовать вас долгое время.

Как работают солнечные панели

Стоит немного уточнить, что понятие ”солнечная батарея” не очень правильное. Точнее правильное, но не имеющее отношение к тем системам питания, о которых мы говорим. Батарея там обычная, но получает энергию от солнечных панелей, которые преобразуют в электричество свет солнца.

В основе солнечной панели лежат фотоэлектрические ячейки, которые помещены внутрь общей рамы. Для создания таких ячеек чаще всего используется кремний, но возможно использование и других полупроводников.

Энергия вырабатывается в тот момент, когда на полупроводник попадают солнечные лучи и нагревают его. В результате этого внутри полупроводника высвобождаются электроны. Под действием электрического поля электроны начинают двигаться более упорядоченно, что и приводит к появлению электрического тока.

Примерно так выглядит солнечная панель.

Для того, чтобы получить электричество, надо подключить контакты к обеим сторонам фотоэлемента. В результате этого он начнет питать электричеством подключенный потребитель или просто заряжать батарею, которая потом будет отдавать электричество в сеть, когда это понадобится.

Основной упор на кремний делается из-за его кристаллических особенностей. Впрочем, в чистом виде кремний сам по себе является плохим проводником и для изменения свойств к нему делается крайне малое количество примесей, которые улучшают его проводимость. В основном в число примесей входит фосфор.

Что это такое

Процесс генерирования электричества из частиц солнечного света – фотонов – в перечне природных компонентов называется фотоэлектрическим эффектом. После открытия данного физического явления встал вопрос о том, как его можно контролировать. С этой целью были созданы специальные компактные электронные приспособления – фотоэлементы, в основе которых содержатся полупроводниковые материалы.

На промышленном производстве нашли способ объединить микроскопические преобразователи в достаточно большие и эффективные панели. В частности, КПД кремниевых модульных гелиопанелей, которые в больших объемах выпускаются современными предприятиями, составляет 18-22 %.

Солнечная батарея состоит из нескольких таких модулей. Через нее солнечные фотоны подаются в электрическую цепь в качестве частиц постоянного тока. Далее они распределяются по аккумулирующим устройствам или трансформируются в заряды переменного тока с напряжением в 220 вольт. Полученная энергия позволяет питать домашние электроприборы.

Терминология

Основные термины, используемые в этой сфере:

1. Солнечная энергия – электричество, которое получают от солнца при использовании панелей.
2. Солнечная инсоляция – показывает, сколько солнечного света приходится на квадратный метр поверхности, расположенной перпендикулярно лучам.
3. Фотоэлектрические элементы – модули, способные преобразовывать солнечный свет в электрическую энергию. Обычно вырабатывают от 1 до 2 Вт энергии, но есть и более производительные варианты.
4. Фотогальваническая система – комплект оборудования, преобразовывающий свет солнца в электроэнергию.
5. Солнечные батареи или панели – группа фотоэлектрических элементов, сгруппированных в большой модуль и соединенных последовательным или последовательно-параллельным способом. Обычно в одну батарею входит от 36 до 40 сегментов.
6. Массив – несколько солнечных панелей, соединенных чтобы получить нужное количество тока.
7. Каркасные модули – конструкции в алюминиевом каркасе, прочные и герметичные.
8. Бескаркасные элементы – гибкие варианты, их используют в условиях меньших нагрузок.
9. Киловатт-час (кВт) – стандартный показатель измерения электрической мощности.
10. КПД (эффективность) – солнечных панелей. Показывает, какое количество солнечной энергии, попавшей на поверхность, преобразуется в электричество. Обычно показатель составляет 15-24%.
11. Деградация – уменьшение емкости солнечных батарей, происходящее по естественным причинам. Измеряется в процентах от первоначальных показателей.
12. Пиковые нагрузки – моменты, когда требуется наибольшее количество электроэнергии.
13. Кристаллический кремний – сырье для изготовления солнечных панелей. Самый распространенный и долговечный вариант на сегодня.
14. Аморфный кремний – состав, нанесенный на поверхность методом испарения и закрытый защитным составом.
15. Полупроводники – вещества, которые при определенных условиях могут проводить ток. Сюда относится большинство новых материалов, используемых при производстве солнечных батарей.
16. Инвертор – устройство для преобразования постоянного тока в переменный.
17. Контроллер – регулирует выходное напряжение с солнечных модулей для правильной зарядки аккумуляторов.

Карта инсоляции на территории России.

Это только самые распространенные термины, есть и дополнительные варианты. Но даже знание основ поможет намного лучше разобраться в теме.

Примерные цены

Цена на разные виды солнечных панелей может разниться от 30 000 до 2 000 000 рублей. Все зависит от количества модулей, качества их исполнения, фирмы-производителя и количества комплектующих частей. Есть самые «бюджетные» варианты, которые могут стоить от 10 500 рублей. Целесообразность их приобретения стоит рассматривать в индивидуальном порядке.

Солнечные батареи — альтернативный источник энергии, который можно использовать в качестве эффективного резерва. Главное — учитывать климатические условия региона проживания. Ведь производительность работы такой системы, большей частью, зависит от количество солнечных дней в году.

Виды

Сегодня различные виды солнечных батарей набирают все большую популярность. На первый взгляд, может показаться, что все солнечные модули одинаковые: большое количество отдельных маленьких фотоэлементов соединены между собой и закрыты прозрачной пленкой. Но, в действительности, все модули отличаются по мощности, конструкции и размерам. И на данный момент производители поделили гелиосистемы на два основных типа: кремниевые и пленочные.

Для бытовых целей устанавливаются солнечные батареи с фотоэлементами из кремния. Они являются на рынке самыми популярными. Из которых можно также выделить три вида – это поликристаллические, монокристаллические и аморфные, на которых остановимся подробнее.

солнечные батареи с фотоэлементами из кремния

Аморфные – изготавливаются также на основе кремния, но, кроме того, имеют также и гибкую эластичную структуру. Но производятся не из кристаллов кремния, а из силана – другое название кремневодород. Из особенностей аморфных модулей можно отметить отличную эффективность даже при пасмурной погоде и возможность повторять любую поверхность. Но КПД значительно ниже – всего 5%.

Второй тип солнечных панелей – пленочные, вырабатывается на основе нескольких веществ.

• Кадмий – такие панели были разработаны еще в 70-х годах прошлого столетия и использовались в космосе. Но на сегодняшний день кадмий применяется также и при производстве промышленных и бытовых солнечных электростанций.
• Модули на основе полупроводника CIGS – разработаны из селенида меди, индия и представляют собой пленочные панели. Индий также широко используется при производстве жидкокристаллических мониторов.
• Полимер – также используется при производстве солнечных пленочных модулей. Толщина одной панели около 100 нм, но КПД остается на уровне 5%. Но из плюсов можно отметить, что такие системы имеют доступную цену и не выделяют вредные вещества в атмосферу.

Но также на сегодняшний день на рынке представлены менее громоздкие переносные модели. Они специально разработаны для использования во время активного отдыха. Зачастую такие солнечные батареи используются для подзарядки портативных устройств: небольших гаджетов, мобильных телефонов, фотоаппаратов и видеокамер.

Портативные модули делятся на четыре вида.

• Маломощные – дают минимальный заряд, которого хватает для подзарядки мобильного телефона.
• Гибкие – могут сворачиваться в рулон и имеют небольшой вес, благодаря этому и обусловлена большая популярность среди туристов и путешественников.
• Закрепленные на подложке – имеют значительно больший вес, примерно 7-10 кг и, соответственно, дают больше энергии. Такие модули специально разработаны для использования в дальних автомобильных поездках, а также могут использоваться для частичного автономного снабжения энергией загородного домика.
• Универсальные – незаменимы в пешем туризме, устройство имеет несколько переходников для одновременного заряда различных устройств, вес может достигать 1,5 кг.

Какую солнечную панель выбрать?

Выбор солнечных панелей для загородных домов на широте 45-60° не труден. Здесь стоит рассматривать лишь два варианта: поликристаллические и монокристаллические кремниевые панели.

При дефиците места предпочтение лучше отдать более эффективным моделям с односторонней ориентацией кристаллов, при неограниченной площади рекомендуется приобрести поликристаллические батареи.

Ориентироваться на прогнозы аналитических компаний развития рынка солнечных панелей не стоит, ведь лучшие их образцы, возможно, ещё не изобретены

Выбирать конкретного производителя, требуемую мощность и дополнительное оборудование лучше при участии менеджеров компаний, занимающихся продажей и установкой такого оборудования. Следует знать, что качество и цена фотоэлектрических модулей у крупнейших производителей отличаются мало.

Следует учитывать, что при заказе комплекта оборудования «под ключ», стоимость самих солнечных панелей будет составлять всего лишь 30-40% от общей суммы. Сроки окупаемости таких проектов составляют 5-10 лет, и зависят от уровня энергопотребления и возможности продажи излишков электроэнергии в городскую сеть.

Некоторые мастера предпочитают собирать солнечные батареи собственноручно. На нашем сайте есть статьи с подробным описанием технологии изготовления таких панелей, их подключению и обустройству отопительных гелиосистем .

Советуем ознакомиться:

1. Как сделать солнечную батарею своими руками: инструктаж по самостоятельной сборке
2. Солнечные системы отопления: разбор технологий обустройства отопления на базе гелиосистем
3. Схема подключения солнечных батарей: к контроллеру, к аккумулятору и обслуживаемым системам

Солнечные панели из монокристаллов

Характерной особенностью монокристаллических солнечных панелей является однородный цвет фотоэлементов, создающий точно такой же внешний вид у всей конструкции. Цветовая гамма определяется размерами зерен выращенного монокристалла. Выращивание кремниевых слитков осуществляется из природного кремния, после чего кристаллическая решетка материала приобретает необходимую структуру и частоту.

Монокристаллические солнечные батареи считаются наиболее эффективными и применяются на различных объектах. Они имеют свои плюсы и минусы, которые следует учитывать при выборе той или иной конструкции.

Среди положительных качеств можно отметить следующие:

• Высокая эффективность изделий, благодаря высокому качеству структуры материала. Это позволяет довести коэффициент полезного действия до 17-22%.
• Возможность уменьшения размеров солнечных панелей без потерь мощности по сравнению с другими типами батарей с такими же техническими характеристиками. Таким образом, чтобы получить электроэнергию в количестве 10 ватт, потребуется монокремниевая панель с меньшими размерами.
• Максимальный срок эксплуатации, превышающий этот показатель у других изделий. При условии соблюдения всех правил и норм, батарея прослужит не менее 25 лет.

Серьезным недостатком этих конструкций является их высокая стоимость. Для многих пользователей данный фактор имеет решающее значение при выборе изделия, несмотря на все положительные качества. Поэтому нередко выбираются более дешевые поликристаллические панели, хотя и не такие эффективные.

При незначительной загрязненности или недостаточном освещении, когда отдельные элементы перестают участвовать в процессе, наступает резкая потеря производительности всей системы. В связи с этим рекомендуется использовать инверторы, способные выровнять параметры цепи и ликвидировать последствия неравномерного освещения.

Достоинства и недостатки солнечных батарей в космосе

Как и любое другое высокотехнологичное оборудование, фотоэлектрические панели для внеземного пространства обладают достоинствами и недостатками.

Плюсы:

• за пределами земли нет атмосферы, дождей и туч, поток солнечного излучения постоянен, а потому панели генерируют ток круглосуточно (исключение – аппараты на Луне и Марсе);
• инсоляция в безвоздушном пространстве значительно выше, что увеличивает эффективность использования солнечных батарей в космосе;
• у космической фотовольтаики КПД достигает 40-45%.

Минусы:

• из-за огромных температурных перепадов, микро метеоритов и жесткого космического излучения панели быстрее деградируют;
• солнечные батареи для космоса обходятся в немалые суммы сами по себе, а их доставка на орбиту требует дополнительные 2-2,5 тысячи долларов за каждый килограмм массы;
• неблагоприятные условия функционирование вынуждают использовать многоуровневую защиту всех элементов модулей, что делает их еще дороже и массивнее.

Тем не менее, достойной альтернативы гелио панелям за пределами планеты для выполнения тех же задач пока не существует.

Типы

Классификация промышленных панелей солнечных происходит по типу рабочего слоя и конструктивным особенностям. Различают панели жесткие и гибкие.

Последние занимают все более широкую нишу благодаря универсальной установке: он и легко устанавливаются на любые поверхности, в том числе на вертикальны – фасады зданий. При этом они совершенно не портят архитектуру, а напротив привносят в не некую изюминку.

По типу фотоэлектрического слоя их подразделяют на:

• кремниевые. К ним относятся поли — , монокристаллические и аморфные;
• теллурий-кадмиевые. Их собирают на основе индия, меди и галлия;
• полимерные;
• органические;
• с использованием арсенида галлия;
• комбинированные и многослойные.

Не все перечисленные виды интересны потребителю, а лишь кристаллические, несмотря на то, что их КПД ниже некоторых других (правда, более дорогих, отчего и менее распространенных).

Типы размеров солнечных батарей

Солнечная батарея состоит из небольших ячеек, которые называются фотоэлементами. Они отличаются размером и формами. Напряжение панели не зависит от габаритов элементов, из которых она состоит, а определяется общим количеством ячеек. Каждая ячейка имеет одинаковое напряжение, которое составляет приблизительно 0,5 вольт.

Обычно у солнечных панелей размеры ячеек следующие:

• 80х150 мм;
• 52х150 мм;
• 125х125 мм;
• 156х156мм.

Также существуют фотоэлементы и солнечные панели с размерами и габаритами в 26х156 мм, 52х19 мм, 52х38 мм, 80х75 мм. Выходной ток и мощность зависят от количества и типа ячеек. Для увеличения показателей, требуется параллельно соединить как можно больше последовательных цепочек элементов.

Выводы и полезное видео по теме

Ролик #1. Показ установки солнечных батарей на крышу дома своими руками:

Ролик #2. Выбор аккумуляторных батарей для гелиосистемы, виды, отличия:

Ролик #3. Дачная солнечная электростанция для тех, кто все делает сам:

Рассмотренные пошаговые практические приемы расчетов, основной принцип эффективной работы современной солнечной панельной батареи в составе домашней автономной гелиостанции помогут хозяевам и большого дома густонаселенного района, и дачного домика в глуши обрести энергетическую суверенность.

Хотите поделиться личным опытом, который получили в ходе сооружения мини гелиосистемы или только батареи? Возникли вопросы, на которые хотелось бы получить ответ, нашли недочеты в тексте? Оставляйте, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке.