Сонячні батареї: сфера застосування та принцип роботи обладнання

Якщо раніше люди залежали від централізованого енергопостачання, то зараз у всіх є хороша альтернатива – сонячні батареї. Таке обладнання ідеальне для встановлення у приватних будинках, дачах, на промислових об'єктах. Електростанції стали доступнішими за ціною та різноманітнішими за видами та потужністю. У цій публікації ми детальніше розглянемо принцип роботи сонячної батареї, її види та переваги використання у побуті та на виробництві.

 

Пристрій та історія появи сонячних батарей

Людство вже давно замислювалося про використання невичерпної енергії сонця. Перші спроби робилися ще у ХХ столітті. Тоді було розроблено концепцію термальної електростанції. Однак на практиці вона показувала дуже низьку ефективність, адже концепція передбачала трансформацію енергії сонця. Проаналізувавши першу невдачу, вчені дійшли висновку, що необхідно використовувати сонячне проміння безпосередньо. Такий принцип було відкрито 1839 року. Його заснував Олександр Беккерель. Однак до появи перших напівпровідників минуло багато років. Вони були винайдені лише 1873 року. Цей рік можна назвати початком роботи з сучасними прототипами електростанцій.

Якщо говорити про те, із чого складається сонячна батарея, то спочатку варто згадати фотоелементи. Їх можна назвати невеликими генераторами. Саме вони виконують основну функцію – збирають енергію сонця. Сьогодні є кілька видів сонячних панелей, про які буде розказано у наступному розділі. Однак, незалежно від виду, сучасна панель є основою певного розміру, на якій розміщуються вищезгадані фотоелементи. Ці елементи дуже крихкі, тому вони додатково захищаються склом та полімерною підкладкою.

Однак сонячні панелі – це лише частина всієї електростанції. Також до неї входять інші елементи:

• Акумуляторна батарея.
• Контролер заряду.
• Інвертор.
• Стабілізатор.

Кожен із перелічених пристроїв виконує свою функцію. Акумулятор – накопичує та зберігає видобуту енергію, контролер – контролює потужність, підключає та відключає батарею, аналізуючи рівень заряду. Інвертор називають ще перетворювачем. Це обладнання перетворює прямий струм на змінний. Завдяки йому електрику можна використовувати для побутових цілей. Останньою складовою електростанції є стабілізатор. Він захищає всю систему від стрибків напруги.

 

Які види сонячних батарей існують?
Є кілька класифікаційних ознак, за якими всі сонячні панелі поділяються на різні види:

• Тип пристроїв.
• Матеріал виготовлення фотоелектричного шару.

За типом пристрою виділяють два види: гнучкі та жорсткі. Перший тип відрізняється своєю пластичністю. Таку панель можна легко скрутити в трубочку, не пошкодивши нічого. Тверда панель не змінює своєї форми. За матеріалом виготовлення є три види: аморфні, полікристалічні, монокристалічні.

Аморфні батареї можуть бути гнучкими. Вони невибагливі до місця встановлення, але ККД такого пристрою дуже низький. Він становить трохи більше шести відсотків. Полікристалічні вироби відрізняються низькою ціною. Однак вони ефективніші в похмуру погоду. У дуже спекотну погоду їхнє вироблення знижується трохи більше ніж у монокристалічних модулів.

Якщо необхідний максимальний ефект від електростанції, слід віддавати перевагу панелям з монокристаллічними елементами. Рівень їхнього ККД досягає двадцяти п'яти відсотків. Монокристалічні панелі є дорожчими, оскільки монокристалічний кремній при виробництві потребує великих енерго та часових витрат.

 

Сфера застосування сонячних батарей
З розробкою нових технологій та розвитком концепції харчування від сонячної енергії сфера застосування панелей стала досить широкою. Раніше такі пристрої зазвичай встановлювалися на невеликих приватних будинках чи дачах. Вони застосовувалися виключно у побутових потребах, оскільки споживана потужність була мінімальною. Зараз є потужні електростанції, що показують високу ефективність роботи. З цієї причини сфера застосування панелей стала більшою.

Цікавий факт! Енергії, яку виробить Сонце за секунду, може вистачити задля забезпечення електрикою всього людства п'ятсот тисяч років.

Сонячні батареї стали активно застосовуватися на промислових та комерційних об'єктах, дозволяючи значно економити на їхньому енергопостачанні. Також панелі встановлюють на сільськогосподарських підприємствах, фермах, військово-космічних об'єктах. Менш потужні панелі застосовуються виготовлення різних пристосувань для побуту: ліхтариків, калькуляторів, зарядних пристроїв, ін. Вони є джерелом енергії там, де немає можливості підключитися до центральної мережі. Такі пристрої користуються великим попитом у мисливців, рибалок, любителів походів.

Важливо! Сонячні електростанції сучасного зразка будуть ефективними скрізь: як у будинку, так і на великому промисловому об'єкті. Однак для цього вони мають бути правильно підібрані за необхідною потужністю. Розрахунок цього параметра повинен здійснюватися фахівцем.

 

Як працює сонячна панель: принцип роботи пристрою простою мовою
Якщо має бути покупка сонячних батарей, потрібно обов'язково ознайомитися як з їх пристроєм, а й принципом роботи. Як працює сонячна панель? Незважаючи на зовнішню простоту пристрою, принцип роботи такої електростанції є досить складним. Він ґрунтується на фотоелектричному ефекті, який досягається за допомогою фотоелементів.

Сонячні панелі збирають промені. Вони потрапляють на фотоелектричний шар. Сонячне світло призводить до вивільнення електронів із двох шарів. На місце, що звільнилися, з першого шару встають електрони другого шару. Відбувається постійний рух електронів, що призводить до природного утворення напруги зовнішнього ланцюга. В результаті один із фотоелектричних шарів набуває негативного заряду, а другий – позитивного.

Ці дії приводять у роботу акумулятор. Він починає набирати та зберігати заряд. При цьому рівень заряду акумулятора постійно контролюється. Якщо він низький, контролер вмикає в роботу сонячну панель. У разі високого заряду цей пристрій панель відключає. Далі входить у роботу інвертор. Він перетворює струм із постійного на змінний. З його допомогою на виході електростанції з'являється напруга 220 В. Це дає можливість підключати та живити від електростанції побутові прилади.

 

Підключення сонячної панелі
Ефективність та правильність роботи сонячних батарей залежить не тільки від їх виду, потужності, а й від встановлення та підключення. Повинна бути розроблена правильна схема підключення всіх елементів електростанції та грамотно вибрано місце для встановлення сонячних панелей. Таку роботу можна довіряти лише професіоналам.

Не секрет, що вихідна напруга однієї панелі відносно невисока. Зазвичай використовуються кілька батарей одночасно. Усі панелі повинні підключатися паралельно-послідовним способом. Такий тип підключення дозволяє забезпечувати максимальну ефективність обладнання.

 

Переваги, недоліки панелей
Сонячні батареї стали дешевшими, що зробило їх доступнішими для ширшого кола споживачів. Однак перед покупкою кожна людина має детально ознайомитись з перевагами та недоліками цього джерелами енергопостачання. Серед його незаперечних переваг варто відзначити такі:

• екологічна безпека. В наш час екологія – це одна з нагальних проблем. Сонячні електростанції працюють без шкоди довкіллю. Вони не виділяють під час роботи шкідливих речовин;
• швидка окупність. Вартість електрики як для побутових користувачів, так і для підприємств постійно зростає. З установкою панелей вдається повністю або частково перейти на альтернативне джерело енергії, яке є абсолютно безкоштовним і доступним кожному. Завдяки цьому, купівля та встановлення обладнання окупається за лічені роки роботи;
• легкість використання електростанції. Незважаючи на складний пристрій та принцип роботи, експлуатувати станцію досить просто. Головне – стежити за справністю її складових та не економити на обслуговуванні, яке потрібно не так часто;
• швидке встановлення. Професіонали монтують всі елементи станції буквально за кілька годин або днів (залежно кількості панелей, потужності, ін.). Більше часу займає підбір складових та купівля обладнання.

Недоліки таких установок теж є. Найголовніший полягає у дорожнечі обладнання. Однак не варто забувати, що великий внесок при купівлі швидко окупиться безплатним багаторічним використанням енергії сонця. Другим серйозним недоліком сонячних панелей є їхня залежність від зовнішніх факторів. Ефективність їхньої роботи залежить від погоди, температурних умов, положення щодо Сонця, від чистоти поверхні.

 

Як досягти максимальної ефективності роботи батарей?
Сонячну електростанцію має сенс ставити лише у регіонах із тривалим світловим днем. Там, де день короткий, можна застосовувати панелі лише як додаткове джерело світла, але не основного. Як зазначалося, різні види сонячних батарей мають свій ККД. Щоб досягти максимального ефекту, слід вибирати пристрої з максимальною продуктивністю, незважаючи на їхню дорожнечу.

Велику роль відіграватиме правильність розрахунку потужності всієї установки. Це дозволить підібрати необхідний розмір та кількість панелей, потужність інших комплектуючих станції. Також запорукою ефективної роботи панелей є потужний акумулятор. У системі має бути два акумулятори, особливо в зимову пору року. Другий акумулятор дозволить накопичувати достатньо енергії для забезпечення електрики об'єкта в короткі світлові дні.

Не можна забувати і про інші фактори, що впливають на роботу станції. Панелі мають бути розташовані під правильним кутом, їх потрібно обов'язково тримати у чистоті. В іншому випадку, ККД батарей значно знижуватиметься.