Солнечные батареи, как источник электроэнергии, сегодня уже трудно отнести к самым передовым технологиям.

Впервые примененные для энергообеспечения космических станций более 40 лет назад, сегодня солнечные батареи прочно вошли в быт как источник экологически чистой и бесплатной энергии. Солнце всегда посылало и посылает на землю миллиарды киловатт лучистой энергии и этот источник не иссякнет еще многие миллионы лет. Казалось бы, зачем строить атомные, тепловые и гидроэлектростанции? Бери и пользуйся солнечной энергией. Однако солнечные батареи, о которых пойдет речь, пока применяются в Украине весьма ограниченно. В чем же причина?

 

Принцип работы солнечных батарей

По принципу работы солнечная батарея представляет собой фотоэлектрический генератор постоянного тока, который использует эффект преобразования лучистой энергии в электрическую. Точнее, в солнечных батареях использовано свойство полупроводников на основе кристаллов кремния. Кванты света, попадая на пластину полупроводника, выбивают электрон с внешней орбиты атома данного химического элемента, что создает достаточное количество свободных электронов для возникновения электрического тока. Однако для того, чтобы напряжения и мощности такого источника было достаточно для применения в хозяйственных целях, одного или двух кремниевых элементов недостаточно. Поэтому их собирают в целые панели, где соединяют параллельно или последовательно. При этом площадь таких панелей может составлять он нескольких квадратных сантиметров до нескольких квадратных метров. Увеличивая количество панелей можно добиться большей производимой мощности солнечной батареей. Однако производительность солнечной батареи зависит не только от площади, но также от интенсивности солнечного света и угла падения лучей. Следовательно, производительность солнечной батареи зависит от местности и географической широты, где расположен дом, от погоды и времени года, от времени суток.

Кроме того, чтобы система из солнечных батарей работала и подавала энергию в сеть, нужно установить ряд дополнительных электроприборов, в частности:

- инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный;
- аккумуляторную батарею, роль которой накапливать энергию и сглаживать перепады напряжения из-за изменения освещенности;
- контроллер заряда аккумулятора, который не позволяет аккумулятору перезарядиться или разрядиться раньше времени. Все это в комплексе называется автономной системой энергоснабжения на основании солнечных батарей.

 

Технические характеристики солнечных батарей

Как и любое техническое устройство, солнечная батарея имеет свои эксплуатационные и технические характеристики, которые отличаются для различных моделей, различных производителей, но с достаточно небольшим расхождением.

При площади солнечной батареи примерно 0,2м2 мощность модуля составляет примерно 10Вт. Напряжение при максимальной нагрузке – около 25В. Ток короткого замыкания составляет около 500мкА. Вес такого модуля около 2кг. Типичный КПД солнечной батареи – от 14 до 18%. Срок службы такой пластины не менее 25 лет.

Преимущества и эффективность батарей

Несмотря на сравнительно низкий КПД солнечная батарея является наиболее эффективным источником электричества среди альтернативных и автономных источников питания. Однако ввиду достаточно высокой стоимости солнечной батареи, а главное зависимости от погодных условий, их в большинстве случаев позиционируют не как основной, а как дополнительный источник питания. Вызвано это двумя причинами, достаточно высокой стоимостью самих солнечных батарей, и сравнительно небольшим выходом энергии с единицы площади.

В ясный солнечный день с одного квадратного метра площади солнечной батареи можно снять максимум 120Вт мощности. Этого недостаточно даже для работы компьютера.

Поэтому для получения более весомой мощности солнечные панели объединяют в целые мини электростанции. С солнечной батареи площадью 10м2, пишет iBud.ua, можно получать уже более 1кВт энергии, что может обеспечить работу компьютера, телевизора, нескольких лампочек. В целом, для дома, где живет 3-4 человека (это потребляемая мощность 200-300кВт в месяц), площади солнечных батарей, скажем, в 20м2 в светлое время дня и светлое время года может оказаться достаточно. Как правило, ориентированного на юг участка крыши для установки такой площади солнечной батареи хватит. Если же площадь крыши ориентированной на юг составит 40м2, то это может при 18-20 солнечных днях дать до 500кВт в месяц. Однако установка батарей такой площади составит не менее 10 тыс. у.е.

 

Солнечная батарея зимой будет неэффективна. В то же время нельзя не заметить и очевидные достоинства:

- длительный срок службы;
- независимость от технических неполадок энергопоставляющей организации;
- крайне низкая вероятность выхода солнечной батареи из строя;
- отсутствие необходимости в постоянном обслуживании
- бесплатность самой энергии (правда после того как в систему были вложены немалые средства).

Недостатки солнечных батарей

Недостатков у солнечных батарей как источника энергии не так уж много, но они, к сожалению, весьма убедительны и конкретны:

- высокая стоимость и как следствие длительный срок окупаемости;
- зависимость от погодных условий;
- низкий КПД по сравнению с традиционными источниками энергии;
- невозможность использования для приборов, потребляющих большую мощность.

 

Панели солнечных батарей бывают самого разного размера и мощности. Стоимость наиболее мощных колеблется в диапазоне от 5000 до 6000 грн. В пересчете с площади на мощность получается, что сумма вложений составляет до 40 гривен за 1Вт получаемой мощности, правда, эта сумма раскладывается не на один десяток лет. Таким образом, чтобы получать дармовую солнечную энергию необходимо инвестировать в установку солнечной электростанции сразу весьма значительную сумму – применительно к частному дому для 3-4 человек это от 10 до 20 тыс. у.е. Это всегда сложнее, чем выплачивать регулярно, но понемногу. Поэтому в большинстве случаев наличие на крыше частного дома солнечных батарей свидетельствует не столько о приверженности к техническому прогрессу и экологичным технологиям, сколько о наличии у владельца избыточных сумм на банковском счету. Именно поэтому в европейских странах солнечные батареи встречаются значительно чаще, поскольку там выше покупательная способность. Кроме того, применение солнечных батарей вынуждает выбрать в доме подходящее помещение для установки аккумуляторов, оборудовать схему синхронизации напряжения с тем, которое поступает от местной трансформаторной подстанции.