Кратко об основах: что такое солнечные панели, и как они работают

Солнечная панель представляет собой модуль с десятками солнечных элементов, соединенных последовательно или параллельно. Солнечные элементы начинают генерировать электричество, как только на них попадает свет, и чем сильнее свет, тем больше энергии они могут производить. В средней полосе России летом качественная солнечная панель для домашнего использования может генерировать около 150 Вт/м2 в пике и около 120 Вт/м2 в нормальных условиях.

Принцип работы солнечной панели

Свет — это поток фотонов, элементарных частиц малой энергии. Когда свет попадает на солнечный элемент, материалы, из которых он состоит, поглощают небольшое количество фотонов. В результате испускаются электроны и возникает ток между контактными слоями. Также, хотя энергия каждого фотона мала, их много, поэтому солнечные панели на крышах частных домов могут выдавать тысячи киловатт, а мощность больших солнечных электростанций измеряется мегаваттами.

Солнечные элементы в основном состоят из семи слоев:

• Антибликовое стекло.
• Контакт лицом к лицу.
• Кремний n-типа.
• Разделительный слой.
• Кремний р-типа.
• Задний контакт.
• Подложка.

Верхний антибликовый слой защищает солнечные элементы от повреждений и проникновения влаги, увеличивая светопоглощающую способность панели. Именно стекло придает многим солнечным панелям характерный синий цвет. Два типа кремния необходимы для возникновения разности потенциалов при выбивании электрона фотоном. Эта разность потенциалов получается в виде постоянного тока с напряжением примерно 0,5 В от двух контактов спереди и сзади. Подложка является основой для монтажа солнечных элементов и, как и стекло, препятствует попаданию влаги внутрь. что. Такая простая конструкция дает солнечным панелям долгий срок службы в 35-40 лет. Кроме того, износ высококачественных батарей во многом связан с потемнением подложки из EVA, расположенной между солнечными элементами и стеклом, а не с разрушением кристаллов кремния.

Виды солнечных панелей

Солнечные панели в основном изготавливаются из кремния (Si), но есть перспективные батареи из теллурида кадмия (Cd-Te) и деселенида галлия-меди-индия (CIS или CIGS). Стоимость домашних солнечных электростанций может быть значительно снижена, но это дело будущего. Пока всего несколько компаний в мире производят некремниевые солнечные элементы, и из-за высокой цены за ватт мощности такие солнечные панели редко используются для домашнего использования в России.

Независимо от материала, есть три типа солнечных панелей:

• Монокристалл. Эти солнечные панели изготовлены из монокристаллов чистого кремния. У них самый высокий КПД при ярком солнечном свете (до 22%), структурная деградация идет медленнее, чем у других типов аккумуляторов, а производители дают на монокристаллические элементы не менее 25 лет гарантии.
• Поликристаллический. Как следует из названия, эти панели состоят не из одного, а из множества кристаллов кремния, ориентированных в разных направлениях. Это сказывается и на КПД – который обычно не превышает 18%, а также сказывается на сроке службы – поликристаллические панели быстрее изнашиваются. Тем не менее в России поликристаллические солнечные панели значительно дешевле монокристаллических, поэтому их чаще всего устанавливают на крышах частных домов.
• Тонкопленочный или аморфный. Этот тип солнечной панели является наименее дорогим, поскольку для его производства требуется наименьшее количество кремния. Тонкопленочные солнечные панели последнего поколения имеют КПД всего 8-12%, в то время как в условиях рассеянного освещения (пасмурная погода или близлежащая тень деревьев) аморфные солнечные панели дают 10-15%. % большей мощности, чем у монокристаллических модулей.

В дополнение к «чистым» панелям, которые работают на основе одного типа материала, в последние годы появились солнечные элементы с гибридной гетероструктурой (HJT или HIT). Одновременное использование как кристаллического, так и аморфного кремния повышает эффективность панели и улучшает ее работу при внешнем освещении и высоких температурах.

Как выбрать солнечную панель

Большинство людей выбирают солнечные батареи для крыши своего дома, точно так же, как кофеварки и пылесосы. То есть в основном ориентируйтесь на цены, рекламу и отзывы в интернете. Но такой подход в корне неверен. Никто не ожидает, что пылесос прослужит не менее 25 лет. При таком длительном сроке эксплуатации совершенно ничего не стоят отзывы людей, устанавливавших солнечные батареи на свои крыши до 1-2 лет назад. Не говоря уже о том, что это не массовый продукт. Так что отзывы реальных людей буквально тонут в заказной массе товаров.

Поэтому при выборе комплекта солнечных панелей рекомендуем учитывать следующие характеристики:

• Создатель. Это ключевой фактор. Производители солнечных элементов должны входить в самые крупные рейтинги и желательно иметь полный цикл производства от кремния до самих элементов. Да, за брендовые панели приходится переплачивать, относительно меньше – 10-15%, но если вы покупаете нонейм-панели, то рискуете потерять всю сумму. В то же время не стоит бояться китайских производителей, где крупные компании, такие как JA Solar, Suntech и Helios House, производят качественные солнечные панели. Конечно, мы рекомендуем выбирать европейские или североамериканские компании, такие как First Solar, Canadian Solar, Solarworld и Viessmann Group. Отличные характеристики и солнечные панели поставляются из Японии и Южной Кореи. Hanwha Solar One, Sharp, Kyocera и Sanyo.
• Толерантность. В этом отличие паспорта от солнечной батареи. Допуск отрицательный, если фактическая мощность меньше паспортной, и положительный, если больше. Допуск должен быть нулевым или положительным. Это связано с тем, что вы оплачиваете все затраты, даже если допуск отрицательный. Таким образом, вы платите за ватты, которых не существует. Для дешевых панелей допустимы отрицательные допуски, но только если они не превышают 2-3%. Другими словами, при номинальной мощности 100 кВт/м2 панель должна выдавать не менее 97-98 кВт/м2. температурный коэффициент. При повышении температуры мощность солнечной панели уменьшается.
• Температурный коэффициент описывает, насколько мощность падает при повышении температуры, поэтому чем ниже, тем лучше.
• Значение PTC. Солнечные панели разных производителей тестируются в стандартных условиях (STC) для сравнения. Эти условия нереалистичны, поэтому был разработан независимый стандарт PTC, чтобы лучше отражать условия эксплуатации панелей. Чем ближе отношение PTC/STC к 1, тем выше производительность солнечной панели на крыше.
• Эффективность панели. Здесь все просто. Чем выше КПД, тем легче панели преобразовывать солнечную энергию в электрическую. КПД 15% считается приемлемым, но оптимальное число выше, 18-20%.
• Гарантийный срок. Мы уже говорили о 25-летней гарантии на панель. Это минимальное требование и отраслевой стандарт де-факто. Так что, покупая солнечные панели для дома, а не переносные солнечные модули для кемпинга, обращайте внимание на гарантийный срок и всегда внимательно относитесь к срокам.

Теперь о цене. Для большинства людей это основная настройка системы, но рекомендуется проверять ее в последнюю очередь. На протяжении десятилетий дорогое фирменное оборудование часто оказывалось более прибыльным, чем более дешевое оборудование, здесь положительный допуск, а не нулевой. Все это в сумме компенсирует большие первоначальные затраты на 5-8 лет эксплуатации. Разумеется, речь идет о законно дорогом оборудовании. Например, лучше купить крышную солнечную панель из монокристаллических элементов от ведущего производителя, чем такую ​​же панель от небольшой компании. С использованием новейших технологий и модных модулей в виде черепицы и других кровельных материалов. разумная покупка при покупке панели, изготовленной из

Кроме того, смотрите на стоимость ватта энергии, а не на цену всей батареи. Это более информативный показатель, так как мощность солнечных панелей одного размера, но разных производителей часто отличается на десятки процентов.

Что влияет на производительность солнечной электростанции

Максимальная производительность домашней солнечной электростанции ограничена производительностью солнечных панелей. Однако то, сколько энергии будет генерировать система в реальных условиях, зависит от многих вещей, которые не всегда очевидны для покупателя.

Качество оборудования

Домашняя СЭС включает в себя, помимо самой солнечной панели, как минимум два устройства, контроллер и инвертор. Обычно их выбирают по остаточному принципу. Из-за этого потери в них могут достигать 20-25%. Другими словами, вы можете получать только 75% энергии, вырабатываемой вашей солнечной панелью, просто потому, что вы не уделяли должного внимания выбору инвертора и контроллера. Для сравнения, по стандарту потери не должны превышать 5%.

Качественный инвертор – это, прежде всего, устройство с высоким КПД от 95%. Причем, это реальная эффективность, а не просто количество случаев. Например, мелкие и средние китайские производители часто завышают производительность своих инверторов, тогда как в реальности их КПД может составлять 85% и даже 80%. Поэтому рекомендуется выбирать контроллеры и инверторы европейских, японских или американских производителей. За исключением очень крупных производителей, продукцию китайских заводов стоит покупать только в том случае, если вы можете быть уверены, что их фактическая эффективность соответствует номинальной эффективности. Кроме того, со временем потребуется замена инвертора и контроллера. И чем он лучше, тем больше вам понадобится такая замена в дальнейшем. Например, топовые устройства меняются через 15-16 лет, а дешевые инверторы часто выходят из строя еще до пяти лет эксплуатации.

Эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую зависит от угла, под которым солнечные лучи падают на панель. В России этот угол максимален, если панель ориентирована строго на юг. В этом случае больше всего электроэнергии будет вырабатывать домашняя солнечная электростанция. Юго-восточное и юго-западное направления немного хуже, но также являются хорошими вариантами. Выход будет ниже, но ненамного. Ориентировать панели на запад, восток и особенно на север нежелательно, так как это сильно снизит производительность вашей домашней солнечной электростанции.

Если скат дома выходит на запад или восток, панели выгоднее располагать прямо на земле. Установка таких солнечных панелей немного дороже из-за необходимости заливки фундамента и прочного каркаса, но эти затраты окупаются за счет лучшей производительности панелей.

Солнечная радиация

Не все регионы России подходят для установки солнечных батарей. На севере, в том числе в Санкт-Петербурге, уровень солнечной радиации слишком низок для приемлемой эффективности солнечных батарей. Это также связано с углом падения солнечных лучей, но на этот раз он вертикальный, а не горизонтальный. И чем ближе к югу, тем выше солнце над горизонтом и тем больше солнечных дней выпадает.

Кроме того, угол наклона солнечной панели также зависит от географических координат. На севере он должен быть установлен на большой угол, а по мере продвижения на юг этот угол уменьшается, пока на экваторе не станет почти нулевым. Независимо от количества солнечного излучения, вы можете увеличить мощность солнечной панели, прикрепив ее к поворотному столу и подключив к солнечному трекеру. Это устройство поворачивает солнечную панель в течение дня так, что она всегда обращена к солнцу, как подсолнух.

Для этого панели устанавливаются в держатели параллельно полярной оси. Именно этот способ установки описывает последняя строка таблицы. Вращатели очень эффективны, но и дороги, поэтому редко устанавливаются в домашних солнечных панелях.

Затенение панели

5 реальных причин установить солнечные панели на крыше Солнечные панели — горячая тема. Сторонники этой технологии часто считают, что она имеет много преимуществ, которых не существует. Оппоненты, наоборот, отрицают даже очевидные преимущества. Как всегда, истина лежит посередине.

В некоторых случаях установка солнечных батарей на крыше оправдана по пяти причинам:

• Автономность. Для домов вдали от цивилизации солнечные батареи – настоящая находка. В отличие от генераторов, у которых может закончиться топливо, солнце светит всегда. В любом случае, в ближайшие 5 миллиардов лет. Так что можно построить действительно автономный источник питания дома на основе солнечных батарей.
• Забота об окружающей среде. «Зеленые» активно рассуждают об экологичности солнечных панелей и справедливо отмечают, что для производства некоторых из них требуется энергии больше, чем имеется за весь период их эксплуатации, разве что делают панели за тысячи километров от вашего дома и газогенератора. загрязняет воздух на вашем подъезде. Так что солнечные батареи, безусловно, экологически чистая вещь.
• Защита от сбоя питания. Охранная и пожарная сигнализация, отопительные котлы и даже холодильники страдают от длительных отключений электроэнергии. Даже маломощные солнечные панели обеспечивают бесперебойное питание ответственных потребителей в любой ситуации.
• Сохранение энергии. Установка солнечных батарей на крыше вашего дома значительно сократит ваши счета за электроэнергию. При этом срок окупаемости панелей всего 7-10 лет, в зависимости от тарифов и ежемесячного потребления. Затем они начинают получать чистую прибыль.
• Увеличивает срок службы крыши. Это побочный эффект установки солнечных батарей, но это не так важно. При правильной установке солнечные панели защищают большую часть кровельного материала от атмосферных осадков и выделяют тепло в процессе эксплуатации, уменьшая тем самым количество льда на скатах.

Сколько стоит установка домашней солнечной электростанции

Цена установки солнечных панелей на вашей крыше в основном определяется двумя факторами: типом системы и мощностью. А если с мощностью все понятно – чем она больше, тем дороже будет стоить домашняя солнечная электростанция.

Существует три типа энергосистем с солнечными панелями на крыше дома:

• Автономность — это стоит денег, но не беспокойтесь. В этом случае дом получает электроэнергию только от солнечных батарей и, возможно, также от бензиновых или дизельных генераторов. Для работы системы требуются аккумуляторы, и много аккумуляторов. Их мощности должно быть достаточно для обеспечения бесперебойного электроснабжения в темное время суток.
• Подключение к сети – бюджетно и просто. В такой системе дефицит энергии восполняется из общей сети, а излишек подается в нее в часы пиковой выработки. В этом случае вам не нужны батарейки и вы даже сможете зарабатывать деньги на энергии, которую отдаете. Но при отключении электроэнергии солнечная панель тоже не будет работать.
• Гибрид — отлично подходит для больших домов. Эти системы оснащены батареями, но после полной зарядки в часы пик они передают питание от панели в сеть, а не отключают ее. Также может компенсировать нехватку электроэнергии, в том числе зарядку аккумулятора, от сети.

Батареи дорогие, и их следует заменять каждые 3–8 лет, в зависимости от типа батареи и использования. Поэтому их наличие значительно увеличивает стоимость системы.

Взятие среднего числа дает:

• Автономная система на 1 кВтч/сутки будет стоить 120 000-140 000 руб., а мощностью 5 кВтч/сутки цена удвоится до 280 000 руб. Этот пример показывает, что цена солнечных панелей на крыше от конкретного производителя не имеет значения для оценки порядка цен. Все, что нам нужно, это информация о стандартной цене 1 Вт энергии. Это соответствует примерно 60-65 руб. Конечно, на цену влияет тип солнечной панели, производитель, марка инвертора и контроллера, но цена разнится на десятки процентов, а не на кратные или порядки.
• Стоимость сетевой системы мощностью 1 кВтч в сутки составит 30-35 000 руб., а мощностью 5 кВтч в сутки цена вырастет до 70-80 000 руб.
• Гибридные системы на 10-15 % дороже, чем сопоставимые автономные системы из-за более сложной установки.

При расчете стоимости установки солнечных панелей ориентируйтесь на цену 1 кВт полностью укомплектованной системы, с установкой или без. Так вы сможете быстро сравнить предложения от разных компаний и выбрать самое выгодное.

Установка солнечных батарей в частном доме

Установка солнечных панелей на крыше — сложная задача не только потому, что вам нужно прикрепить батареи к крыше, но и потому, что вы должны правильно их подключить и собрать в систему. Поэтому монтаж должен производиться профессионалом. При этом подготовительный этап к работе лежит на хозяине дома.

На подготовительном этапе необходимо оценить состояние кровли. Установка солнечных батарей в вашем доме может сделать капитальный ремонт крыши очень дорогим, поэтому вам нужно убедиться, что ваша крыша прослужит не менее 25 лет или более. Если вы сомневаетесь в этом, лучше перекрыть крышу. Убедитесь, что ваша стропильная система способна выдержать дополнительную нагрузку. В среднем сама панель весит 15-18 кг/м2, но обычно это не критично.

Но если крыша плоская, наклон батареи осуществляется с помощью подпорной конструкции. При этом как сами скаты, так и панели могут быть занесены снегом и сильно нагружены. В таких случаях используйте стойки и дополнительные стопоры для усиления стропильной системы. Наконец, всегда проверяйте монтажные комплекты, которые используют ваши строители. Избегайте продуктов домашнего приготовления. Фирменные монтажные комплекты тщательно рассчитываются и самое главное тестируются производителем. Поэтому он легко выдерживает большой вес штормовых ветров и снежных паков, чего нельзя сказать о самодельных кронштейнах и рейках. В остальном вы должны доверять команде установки.

Солнечные панели — это прогрессивная «зеленая» технология, которая позволяет домам стать независимыми и независимыми от местного поставщика электроэнергии. Кроме того, вы можете сэкономить на счетах за электроэнергию и продлить срок службы вашей крыши. При выборе солнечной панели следует учитывать производителя, допуск, температурный коэффициент, эффективность, PTC и гарантийный срок.

Но даже самые лучшие солнечные панели плохо работают, когда они ориентированы на север, а не на юг, размещены там, где падают тени, и экономят на других элементах системы: должны быть установлены контроллеры и инверторы. А вот качество работ и подготовительный контроль обычно берет на себя хозяин дома. Вы должны проверить состояние своей кровли, убедиться, что она выдержит дополнительную нагрузку, и убедиться, что батарея оснащена фирменным монтажным комплектом.