Использование солнечных лучей в качестве источника добывания электричества — еще один успешный вариант, применяемый в западных странах. Конечно, солнечные лучи в нашем регионе не балуют нас круглый год, а облачная погода лишь уменьшает количество получаемой энергии. Тем не менее солнце способно проникать сквозь тучи.
Использовании солнечной энергии для получения электричества, солнечные фотоэлектрические установки, фотоэлектрические модули и системы.
В сильную облачность мощность солнечной энергии составляет 100 Вт/м 2. Лишь при чрезмерно сильной облачности данная цифра может понизиться. Правда, для получении 10 кВт придется собрать энергию со 100 м2 солнечных батарей. Для этого используются элементы, которые преобразовывают солнечную энергию напрямую в электрическую. Такой процесс преобразования называется фотоэлектрическим эффектом.
Говоря об использовании солнечной энергии, можно отметить ряд ее преимуществ. Это экологически чистый, бесшумный способ получения электричества. Особой популярностью солнечные батареи начинают пользоваться в местах, где отсутствует электричество. Их мощности хватает для снабжения целого дома, обеспечения работы холодильных установок и организации работы системы водоснабжения. Энергия, выработанная за день, может храниться ночью в аккумуляторных батареях.
Солнечные фотоэлектрические установки могут использоваться в работе автономно, снабжая электроэнергией предметы бытовой техники, компьютер и телевизор, а также в качестве резервных систем, когда возникают частые перебои с электроэнергией в сети или ее недостаточно.
Фотоэлектрический элемент и принцип его действия.
В получении электричества от солнечных лучей используется модуль, который состоит из фотоэлектрических элементов. При попадании солнечных лучей на фотоэлемент часть света (фотон) поглощается. Фотон имеет очень небольшое количество энергии. В процессе поглощения в солнечном элементе освобождается электрон. С обеих сторон фотоэлектрического элемента имеются токоотводы.
В тот момент, когда фотон поглощается, в цепи возникает ток. Электричество, которое генерируется в солнечном элементе, либо используется сразу, либо хранится в аккумуляторной батарее. Минимальный срок службы фотоэлектрических элементов — 20 лет. Основной причиной выхода из строя оборудования считается воздействие окружающей среды.
Принцип действия фотоэлектрического элемента.
Проведенный анализ работы батарей показал, что через 25 лет их эффективность начинает снижаться. Тем не менее солнечные батареи для добычи электричества прослужат вам лет 30. Это касается поликристаллических модулей. Батареи из аморфного кремния и тонкопленочные имеют срок службы от семи лет. Уже после первых двух лет работы тонкопленочные модули могут потерять 40 % своей эффективности. Аккумуляторные батареи, которые идут в комплекте с модулем, могут проработать от 2 до 15 лет.
Для изготовления солнечных элементов применяются материалы, способные проводить электричество напрямую. Большая их часть сегодня изготавливается из кремния, который является полупроводником. В современном мире существуют солнечные элементы нескольких видов: монокристаллические, поликристаллические и аморфные. Они отличаются организацией атомов кремния в кристалле.
Коэффициент полезного действия (КПД) преобразования энергии света в солнечных элементах также различен. Первые два вида имеют более высокий КПД по сравнению с третьим. Солнечный элемент состоит из двух слоев кремния различной проводимости и заднего контакта. Сверху элемент покрыт металлическими контактами, антибликовое покрытие придает ему синий оттенок. В последние годы появились новые виды солнечных элементов. Это тонкопленочные, из теллурида кадмия и медь-индий-диселенида.
Электричество в солнечном элементе образуется только в тот момент, когда модуль освещается светом. Принятая единица измерения — Вт/м2. Количество образованного электричества напрямую зависит от интенсивности солнечных лучей.
Для фотоэлектрических установок применяется понятие «номинальная мощность», которое измеряется в ваттах и обозначает количество вырабатываемой энергии при оптимальных условиях. К примеру, солнечные батареи из кристаллических кремниевых элементов площадью 1 м2 имеют номинальную мощность 100 Вт. Стоит отметить, что продуктивность работы солнечного элемента падает при повышении его температуры больше +25 градусов.
Фотоэлектрические модули и системы.
Солнечные элементы, взятые по отдельности, не способны обеспечить нужным количеством электричества весь дом, поэтому они применяются в работе совместно и образуют панели. Такие панели различаются по размерам и типам. Чаще всего используются кремниевые фотоэлектрические модули размером от 0,4 до 1,6 м2, мощность которых от 40 до 160 Вт при хорошем освещении.
Состав фотоэлектрической батареи.
Панели, объединяясь, образуют солнечные батареи для получения большой мощности. КПД выпускаемых панелей составляет от 5 до 15 %. Это означает, что из всего света, попавшего на модуль, только 15 % будет преобразовано в электричество. Сегодня ученые разрабатывают панели, КПД которых составит до 30 %.
Солнечные батареи вместе с дополнительным оборудованием, проводящим электричество в дом, контроллером заряда, аккумуляторной батареей и инвертором образуют фотоэлектрическую систему. По-другому она называется солнечной станцией.
Далее рассмотрим принцип работы автономной фотоэлектрической станции для добычи электричества. Если на вашем участке нет центрального электроснабжения, этот вариант подойдет как нельзя лучше. Поскольку электричество от солнца вырабатывается только в светлое время суток, для запаса на ночь используется аккумуляторная батарея. Малая фотоэлектрическая станция позволит пользоваться светом в доме и смотреть телевизор, а более мощная — качать воду, использовать бытовую технику и электроинструменты.
Устройство автономной фотоэлектрической системы.
В солнечную станцию входит следующий набор оборудования:
— Солнечная панель.
— Контроллер.
— Аккумуляторная батарея.
— Кабели.
— Электрическая нагрузка.
— Поддерживающая структура.
При частых перебоях в электроснабжении можно использовать солнечную систему в качестве аварийного источника энергии. Система резервного снабжения электричеством состоит из:
— Фотоэлектрического модуля.
— Контроллера.
— Аккумуляторной батареи.
— Инвертора.
— Нагрузки.
— Поддерживающей структуры.
Резервная фотоэлектрическая система.
Для небольшого дома подойдет укомплектованная фотоэлектрическая станция, в состав которой входят четыре модуля мощностью 115 Вт каждый, две аккумуляторные батареи, инвертор мощностью 1 кВт и контроллер заряда для солнечной батареи.
Расчет необходимой мощности фотоэлектрической системы для вашего дом.
Чтобы рассчитать, какая фотоэлектрическая система подойдет вашему дому, необходимо проделать несколько шагов. В первую очередь определите нагрузки и потребляемую энергию. Для этого снимайте показание счетчика регулярно раз в месяц, чтобы определить расход электричества. Если свет не проведен и счетчик не использовался, тогда придется составить список всех источников потребления электроэнергии.
Посмотрите на маркировку, где обозначено потребление в ваттах или киловаттах за единицу времени. Можно также прибегнуть к справке, где указаны значения потребляемой мощности для основной бытовой техники. Помните, что такие приборы работают на переменном токе. Необходимо умножить потребляемую мощность на количество часов работы в неделю. Затем сложите все значения, и получится число энергозатрат за неделю.
Обязательно оптимизируйте ваши энергозатраты. Используйте энергосберегающие лампочки, они хоть и стоят дороже, но сэкономят вам немало киловатт. Продумайте, какие объекты смогут работать на газе или постоянном токе. Использование последнего позволит избежать потерь в инверторе (10–40 %). Необходимо будет только учесть специфику построения систем постоянного тока.
Поможет также использование дополнительных источников энергии, к примеру, ветроустановки или дизельного генератора. Без оптимизации количества потребляемой энергии вам придется привыкнуть к ее частым перебоям.
По материалам книги «Ваш загородный дом».
Галкин П.А., Галкина А.Е.
