КПД солнечных батарей: от чего зависит, работают ли они в пасмурную погоду

КПД современных солнечных батарей 

Нынешний показатель эффективности 15-30% в массовом производстве панелей пока очень далек от теоретически возможного уровня 85-88%. Проблема в его достижении связана с высокой долей вынужденных потерь, возникающих на разных стадиях преобразования потока фотонов в электрический ток. 

Существенно на объем потерь влияют:

• физические особенности p/n-перехода для различных типов полупроводников;
• оптические законы преломления и поглощения света;
• показатели внешней температуры и влажности;
• положение рабочих поверхностей относительно солнца и т.д.

Как устроена солнечная батарея

Все современные солнечные батареи работают благодаря открытию, сделанным физиком Александром Беккерелем в 1839 году — самого принципа работы полупроводников.

Если нагревать кремниевые фотоэлементы на верхней пластине, то атомы кремниевого полупроводника высвобождаются. Их стремятся захватить атомы нижней пластины. В полном соответствии с законами физики, электроны нижней пластины должны вернуться в первоначальное состояние. Этим электронам открывается один путь — по проводам. Сохранённая энергия передается аккумуляторам и возвращается вновь в верхнюю кремниевую пластину.

Тип панели

На сегодняшний день солнечные панели подразделяются на две группы:

1. Кремниевые батареи — одни из самых популярных в мире. Их доля применения достигает 90%. Они имеют три подвида, которые отличаются друг от друга отличаются КПД и ценой. По ценовой доступности наиболее доступными считаются поликристаллические панели. Их основным элементом является кристалл, полученный охлаждением расплавленного кремния. Материал не самый чистый, его КПД достигает 15%. Монокристаллы представляют собой исключительно чистый кремниевый материал, отличающийся высоким КПД (около 20%). Такие панели имеют немалую цену. Аморфные модули создаются из гидрида кремния (SiH4), наибольшее их преимущество – высокая производительность в условиях ограниченной освещенности (дождь, запыленный воздух, сумерки, туман).
2. Пленочные модули входят в применение постепенно. Они завоевывают свои позиции за счет гибкости и удобства применения. Эти модули можно даже резать ножом, огибать неровные основания, они тоньше и весят меньше. из недостатков только: меньшая мощность, высокая цена изделия, подверженность атмосферному воздействию.

Назначение

Решая: солнечные батареи какие лучше из широкого ряда моделей, при выборе следует отталкиваться от назначения панели.

• Для создания мини-электростанций предпочтение отдается мощным стационарным модулям с хорошей защитой от снега, дождя, мороза.
• Чтобы организовать освещение в турпоходе или для подпитки аккумуляторов гаджетов (смартфонов и планшетов) требуются мобильные панели, которые будут удобны в транспортировке. Мощность их небольшая, зато они доступны в цене.

Качество изготовления

Чтобы понять солнечные батареи какие лучше, следует иметь ввиду, что каждой панели присваивается класс, который демонстрирует качество сборки.

• Если модули с обозначением Grade A, то они не должны иметь ни одного дефекта, таким образом, при дистанционной покупке, изначально не видя товар, получив его с любым незначительным дефектом, вы можете оспорить покупку.
• Наиболее часто в интернет-магазине АлиЭкспресс продаются солнечные батареи с маркировкой класс В. Показатель такого класса допускает незначительные дефекты, не влияющие на работоспособность модулей.
• Если продукция позиционируется как класс С, в таком случае она может иметь сколы, неровные края или трещины. Это допустимо в рамках данного класса.

Солнечная батарея в походе незаменимая вещь для тех, кто привык пользоваться гаджетами

Итак, мобильные устройства по преобразованию энергии Солнца в электрический ток могут применяться для:

1. зарядки мобильных телефонов и других устройств;
2. питания радиоприемников во время походов, рыбалки;
3. питания систем навигации во время экспедиций;
4. освещения в темное время суток во время походов.

Виды солнечных фотоэлементов и их КПД

В основе функционирования солнечных панелей лежат свойства полупроводниковых элементов. Падающий на фотоэлектрические панели солнечный свет фотонами выбивает с внешней орбиты атомов электроны. Образовавшееся большое количество электронов обеспечивает электрический ток в замкнутой цепи. Одной или двух панелей для нормальной мощности недостаточно. Поэтому несколько штук объединяют в солнечные батареи. Для получения необходимого напряжения и мощности их подключают параллельно и последовательно. Большее число фотоэлементов дают большую площадь поглощения солнечной энергии и выдают большую мощность.

Теперь непосредственно о самом КПД. Эта величина вычисляется делением мощности электроэнергии на мощность солнечной энергии, попадающей на панель. У современных солнечных батарей эта величина лежит в интервале 12─25 процентов (на практике не выше 15%). Теоретически можно поднять КПД до 80─85 процентов. Такая разница существует из-за материалов для изготовления панелей. В основе лежит кремний, который не поглощает ультрафиолет, а лишь инфракрасный спектр. Получается, что энергия ультрафиолетового излучения уходит впустую.

Одним из направлений повышения КПД является создание многослойных панелей. Такие конструкции состоят из набора материалов, расположенных слоями. Подбор материалов осуществляется так, чтобы улавливались кванты различной энергии. Слой с одним материалом поглощает один вид энергии, со вторым – другой и так далее. В результате можно создавать солнечные батареи с высоким КПД. Теоретически такие многослойные панели могут обеспечить КПД до 87 процентов. Но это в теории, а на практике изготовление подобных модулей проблематично. К тому же они получаются очень дорогие.

На КПД гелиосистем также влияет тип кремния, используемого в фотоэлементах. В зависимости от получения атома кремния их можно разделить на 3 типа:

• Монокристаллические;
• Поликристаллические;
• Панели из аморфного кремния.

Фотоэлементы из монокристаллического кремния имеют КПД 10─15 процентов. Они являются самыми эффективными и имеют стоимость выше остальных. Модели из поликристаллического кремния имеют самый дешевый ватт электроэнергии. Многое зависит от чистоты материалов и в некоторых случаях поликристаллические элементы могут оказаться эффективнее монокристаллов.

Существуют также фотоэлементы из аморфного кремния, на базе которых изготавливают тонкопленочные гибкие панели. Их производство проще, а цена ниже. Но КПД значительно ниже и составляет 5─6 процентов. Элементы из аморфного кремния с течением времени теряют свои характеристики. Для увеличения их производительности добавляют частицы селена, меди, галлия, индия.
 

КПД у разных типов солнечных панелей

Существует несколько разновидностей солнечных модулей, которые изготавливаются по собственным технологиям и обладают определенными параметрами. КПД солнечных панелей определяет их способность преобразовать солнечную энергию в электрический ток. Расчет производится путем деления мощности энергии, вырабатываемой панелью, на мощность потока света, падающего на рабочую поверхность.

Показатели панелей изначально определялись при стандартных лабораторных условиях (STS):

• уровень инсоляции — 1000 вт/ м2
• температура — 25°

Большинство современных производителей производят тестирование каждой собранной батареи и прилагают результаты к документации при продаже. Это дает более полную и корректную информацию о каждой панели, поскольку в процессе изготовления возможны некоторые отклонения от технологических нормативов. Поэтому сравнение любых двух (или более) панелей всегда выявляет небольшое расхождение демонстрируемых параметров.

Практически любые отклонения в первую очередь отражаются на эффективности, т. е. на КПД солнечной батареи. Из-за этого все разновидности не имеют четко определенного значения. Обычно указывают довольно широкий диапазон, который может давать заметную разницу параметров солнечных модулей, изготовленных по одинаковой технологии.

Все виды фотоэлементов обладают определенными свойствами, определяющими эффективность солнечных батарей. Каждая разновидность имеет свои пределы возможностей, обусловленные строением и составом полупроводников.

Влияние на производительность материала ячеек

В зависимости от использованных в конструкции полупроводниковых материалов, номинальный КПД солнечных панелей составляет:

1. Аморфный кремний, A-Si. Долгое время эффективность преобразования не превышала 5-7%, но с переходом на тонкопленочные технологии поднялась до 14-16%. КПД довольно стабилен, поскольку «рыхлая» по форме поверхность ячеек хорошо поглощает даже слабый или рассеянный свет.
2. Поликристаллический кремний, Poli-Si. Номинальные показатели находятся в диапазоне 19-21%. Падение производительности при неблагоприятных световых условиях среднее, что обеспечивается разнонаправленным расположением кристаллов поглощающего слоя.
3. Монокристаллический кремний, Mono-Si. Обеспечивает самый высокий выход энергии при идеальных условиях освещения, до 24%. При изменении положения относительно солнца и высоких температурах КПД таких солнечных батарей значительно снижается. 
4. Теллурид кадмия, Cd-Te. Фотоэлектрические элементы этого типа быстро набирают популярность благодаря сочетанию высокой средней эффективности и низкой цены. Более стабильная производительность, чем у чистых кристаллических кремниевых модулей, достигается идеальной шириной запрещенной зоны p/n-перехода. Коэффициент полезного действия немного меньше поликристаллов, но среднегодовая отдача выше.
5. Редкоземельный сульфид меди/индия/галлия, CIGS. Благодаря возможности многослойной компоновки ячеек, способны добиваться максимального поглощения на уровне до 40% и выше. Широко используются в аэрокосмической промышленности, но «на земле» почти не применяются из-за высокой цены.
6. Фотовольтаика третьего поколения. В качестве полупроводников использует органику, сложные полимеры или материалы на квантовых точках. Дешевые, простые в производстве и обладают фантастическими способностями поглощения. Несмотря на сравнительно низкий КПД в диапазоне 6-15%, эти солнечные элементы уже сегодня могли бы получить широкое применение, если бы не короткий срок службы. Нынешний рекорд устойчивости не превышает 2000 часов, или менее 3 месяцев, что недостаточно для массового производства и применения.

Влияние на КПД солнечных электростанций сторонних факторов

Эффективность панелей после сборки, связанная с их конструктивными особенностями, остается неизменной. Совсем иначе дело обстоит с постоянно меняющимися внешними факторами воздействия.

1. Уровень освещения. Оказывает максимальное воздействие на все фотоэлектрические системы. При полном отсутствии света абсолютное большинство современной фотовольтаики не функционирует вообще. Исключение составляют экзотические варианты с дополнительным слоем люминофора длительного свечения.
2. Направление на солнце и рассеянный свет. При больших углах наклона наибольшее падение реального КПД происходит у монокристаллических солнечных панелей. Минимальное воздействие ухудшение условий освещения оказывает на редкоземельные тонкопленочные батареи.
3. Падение тени. Особенно неблагоприятно сказывается на кристаллических модулях, вплоть до вероятности выхода их из строя. Пленочные конструкции страдают от этого меньше.
4. Осадки. Сами по себе дождь, снег или град практически не изменяют эффективность преобразования. Единственная опасность состоит в возможном механическом повреждении защитного слоя, что грозит потерей герметичности и возникновением эффекта PID.
5. Температурные колебания. Наиболее опасны для модулей быстрые смены циклов замерзания/оттаивания. Низкие температуры изменения в КПД солнечных батарей не вызывают. Однако к высоким очень чувствительны Poli-Si, и особенно Mono-Si. С превышением показателя +25°C монокристаллы начинают терять эффективность примерно на 0,5% с каждым градусом. Нагрев поверхностного слоя до 60-70°C, что часто бывает летом в жарких регионах, приводит к потере 20% номинальной производительности.

Остается надеяться, что в следующих поколениях солнечных электростанций их КПД будет зависеть от внешних факторов минимально.

Мощность солнечных батарей на квадратный метр

Как было замечено выше, в среднем, один квадратный метр фотоэлектрических преобразователей обеспечивает выработку 13-18% от мощности попадающих на него солнечных лучей. То есть, при самых благоприятных условиях, с квадратного метра солнечных батарей можно получить 130-180 Вт.

Мощность гелиосистем можно увеличивать, наращивая панели и увеличивая площадь фотоэлектрических преобразователей.

Получить большую мощность можно и, установив панели с более высоким КПД. Тем не менее, достаточно низкий (в сравнении, например, с индукционными преобразователями) коэффициент полезного действия доступных солнечных батарей является главной преградой на пути к их широкому использованию. Увеличение мощности и КПД гелиосистем является первостепенными задачами современной энергетики.

Преимуществ и недостатки мультикристаллических солнечных панелей

Панели из плиток, состоящих из множества кристаллов, именуются «поли» или «мульти». Для изготовления применяется не долговременное наращивание и создание условий для медленного разрастания, а окунание затравки в ванну со специальной смесью кремния. После медленного остывания формируется структура с множеством кристалликов, сориентированных разнонаправленно. Затем производится нарезка прямоугольников, а из них — пластин, плиток нужных параметров.

Поликристаллические солнечные батареи имеют такие преимущества:

• намного дешевле, так как процесс создания менее трудозатратный, проще и более быстрый;
• при нагреве модуля выходная мощность снижается менее значительно.

Минусы:

• чистота Si ниже, чем в монокристаллических фотоэлектрических солнечных элементах, соответственно, КПД также ниже — 12–17 %.
• для аналогичного результата генерации электричества потребуется больше площади, соответственно, и модулей, чем при использовании монокристалла.

От чего зависит эффективность работы солнечных батарей?

На эффективность работы солнечных батарей оказывают влияние несколько факторов:

• Температура;
• Угол падения солнечных лучей;
• Чистота поверхности;
• Отсутствие тени;
• Погода.

В идеале угол падения солнечных лучей на поверхность фотоэлемента должен быть прямым. При прочих равных в этом случае будет максимальная эффективность. В некоторых моделях для увеличения КПД в солнечных батареях устанавливается система слежения за солнцем. Она автоматически меняет угол наклона панелей в зависимости от положения солнца. Но это удовольствие не из дешёвых и поэтому встречается редко.

При работе фотоэлементы нагреваются, и это отрицательно сказывается на эффективности их работы. Чтобы избежать потерь при преобразовании энергии следует оставлять пространство панелями и поверхностью, где они закреплены. Тогда под ними будет проходить поток воздуха и охлаждать их.

Несколько раз в год обязательно нужно мыть и протирать панели. Ведь КПД фотоэлектрических панелей прямо зависит от падающего света, а значит, от чистоты поверхности. Если на поверхности есть загрязнения, то эффективность солнечных батарей будет снижаться.

Важно сделать правильную установку батарей. Это означает, что на них не должна падать тень. Иначе эффективность системы в целом будет сильно снижаться. Крайне желательно устанавливать фотоэлементы на южной стороне.

Что касается погоды, то от неё также зависит очень многое. Чем ближе ваш регион к экватору, тем большая плотность излучения будет попадать солнечного излучения на панели. В нашем регионе зимой эффективность может упасть в 2─8 раз. Причины как в уменьшении солнечных дней так и в снеге, попадающим на панели.

Особые факторы, влияющие на эффективность

В большой мере на эффективность влияет технология. Например, модули n-типа имеют такие характеристики:

• меньшую деградацию от потенциала. Даже через 20 лет сохраняется прежняя производительность;
• более высокое КПД (кВт/час) на протяжении года;
• возможность создания двусторонних панелей (мощнее на 5–30 %).

В сети есть видео, где сравниваются разные поколения продукции, например, моно с двумя шинами и поли — с тремя. При увеличении количества этих элементов с двух до трех или применения уже становящихся стандартом четырех токосъемных шин эффективность фотоэлектрических панелей растет. Разница уже зависит от поколения. Не стоит игнорировать и качество исполнения. Последний фактор часто выступает причиной, почему у неизвестной торговой марки монокристаллическая солнечная батарея, которая должна быть лучше, показывает худшую работу, чем поли панель надежного бренда.

Угол наклона панелей

Когда солнечные лучи попадают на панель под углом 90 градусов, то есть перпендикулярно, это позволяет получить наибольший процент выработки электроэнергии. Очень важно следить за углом наклона и выставлять соответствующим образом, согласно рекомендациям специалистов, хотя бы раз в сезон. Есть солнечные панели, которые оснащены функцией автоматически регулировки и слежением за солнечными лучами, однако такие конструкции не из дешевых.

Регулярное очищение поверхности

Грязь, пыль, снег засоряют фотоэлементы и не дают им с высокой эффективностью поглощать солнечный свет. Чем чище поверхность, тем больше электроэнергии вы получите. Протирать солнечные батареи необходимо несколько раз в сезон, а зимой регулярно очищать от снега и наледи.

Погодные условия

От погоды также многое зависит. Например, при пасмурной погоде эффективность солнечных батарей снижается до 5 раз, так как плотность солнечного излучения падает. В дождливые и снежные дни батареи и вовсе могут ничего не вырабатывать, так как результат напрямую зависит от того, насколько ярко светит солнце.

Температура

Утверждение, чем жарче на улице, тем больше будет производительность солнечных панелей не верное. Главное – это показатель солнечной радиации и угол попадания лучей на панель. Больше того, когда модуль от солнечного света сильно перегревается, а такая температура может доходить и до 80 градусов, эффективность работы панели снижается из-за сильного накала. Поэтому батарея сможет дать больше в зимний солнечный день, чем в летний зной. Чтобы снизить температуру модулей при нагреве, желательно оставлять между ними небольшое пространство, чтобы панели охлаждались от потока воздушных масс.

Отсутствие тени

При установке солнечных панелей следите, чтобы на протяжении дня на них не падала тень. То же самое касается деревьев, других построек и конструкций, которые могут заслонять солнечную станцию и тем самым снижать эффективность. Специалисты советуют устанавливать панели на южной стороне.

Таким образом, несоблюдение правил может привести к сильному изменению показателя эффективности работы солнечной панели и отразится на получении необходимого объема электроэнергии. Причем данный показатель может снизиться до 8 раз. Здесь очень важно соблюдать не каждый пункт в отдельности, а все в комплексе. Только так можно сохранить максимальную эффективность работы, заложенную производителем.

Срок службы и окупаемость солнечных панелей

В гелиосистемах нет никаких подвижных механических частей, что делает их долговечными и надёжными. Срок эксплуатации подобных батарей 25 лет и дольше. Если их правильно эксплуатировать и обслуживать, то они могут прослужить и 50 лет. Кроме этого, в них не бывает каких-то серьёзных поломок и от владельца требуется лишь периодически чистить фотоэлементы от грязи, снега и т. п. Это требуется для увеличения КПД и эффективности гелиосистемы. Длительный срок службы зачастую становится определяющим при решении покупать или нет солнечные батареи. Ведь после прохождения срока окупаемости, электроэнергия от них будет бесплатной.

А срок окупаемости существенно меньше, чем срок службы. Но многих останавливает первоначальная стоимость батарей. Вкупе с низким КПД у многих людей это вызывает сомнения в выгодности приобретения гелиосистем. Поэтому решение здесь нужно принимать с учётом погоды и климата в вашем регионе, условий использования и т. п.

На срок окупаемости оказывают влияние следующие факторы:

• Тип фотоэлементов и оборудования. На окупаемость оказывает влияние как величина КПД, так и первоначальная стоимость фотоэлементов;
• Регион. Чем выше интенсивность солнечного света в вашей местности, тем меньше срок окупаемости;
• Цена оборудования и монтажа;
• Цена электроэнергии у вас в регионе.

В среднем срок окупаемости по регионам составляет:

• Южная Европа ─ до 2 лет;
• Средняя Европа – до 3,5 лет;
• Россия ─ в большинстве регионов до 5 лет.

Эффективность солнечных коллекторов для сбора тепла и батарей для получения электрической энергии постоянно увеличивается. Правда не так быстро, как хотелось бы. Специалисты отрасли занимаются повышением КПД и снижением себестоимости фотоэлементов. В итоге всё это должно привести к уменьшению срока окупаемости и широкому распространению солнечных батарей.

Разработки, направленные на увеличение КПД солнечных батарей

В последние годы учёные по всему миру заявляют о разработке технологий, увеличивающих КПД солнечных модулей. Не все из них являются применимыми к реальным условиям эксплуатации, но некоторые из них заслуживают внимания. Так, в прошлом году специалисты Sharp разработали фотоэлектрические элементы с эффективностью 43,5 процента. Такое увеличение было получено благодаря установке линзы, которая фокусирует получаемую энергию прямо в элементе.

Физики из Германии 3 года назад разработали фотоэлемент, площадь которого всего несколько квадратных миллиметров. Он состоит из четырёх слоёв полупроводников. Полученных ими КПД составил 44,7 процента. Здесь эффективность была увеличена за счёт размещения в фокус вогнутого зеркала.

В Стэнфорде был получен жаропрочный композит, который может быть использован для увеличения производительности фотоэлектрических панелей. В теории можно получить КПД близкий к 80 процентам. Этот композитный материал может перевести высокочастотное излучение в инфракрасный спектр, за счёт чего резко увеличивается эффективность.

Другие британские специалисты разработали технологию, которая увеличивает эффективность фотоэлементов на 22 процента. На гладкой поверхности гибких панелей они нанесли алюминиевые шипы наноразмера. Алюминий рассеивает солнечный свет, поэтому был выбран он. В результате увеличивается количество энергии солнца, которое поглощается фотоэлементом. За счёт этого удалось добиться увеличения эффективности.
 

Исследования и новейшие разработки в области повышения КПД

Стоит отдельно остановиться на новейших достижениях в области повышения КПД и рассмотреть самые эффективные солнечные батареи. Многие из них еще находятся в стадии теоретических разработок и не прошли полных испытаний в реальных условиях эксплуатации.

Экспериментальные модели представлены следующими производителями:

• Фирма Sharp подготовила образцы продукции с КПД порядка 44,4%. Ее изделия до сих пор занимают лидирующее место во всем мире. Новейшие разработки отличаются сложным устройством, состоят из трех слоев, а на разработку и испытания было затрачено несколько лет. Более простые модели все равно работают с эффективностью 37,9%, что в сравнении с обычными системами является серьезным технологическим прорывом.
• Солнечные панели, разработанные в испанском исследовательском институте – IES. В ходе испытаний они показали эффективность в пределах 32,6%. Такой высокий КПД удалось получить за счет использования двухслойных модулей. Стоимость изделий ниже, чем у других производителей, но на данном этапе использовать их в обычных жилых домах экономически невыгодно и нецелесообразно.

Недостатки солнечной электроэнергетики

• Необходимость использования больших площадей;
• Солнечная электростанция не работает ночью и недостаточно эффективно работает в вечерних сумерках, в то время как пик электропотребления приходится именно на вечерние часы;
• Несмотря на экологическую чистоту получаемой энергии, сами фотоэлементы содержат ядовитые вещества, например, свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т. д.

Cолнечные электростанции подвергаются критике из-за высоких издержек, а также низкой стабильности комплексных галогенидов свинца и токсичности этих соединений. В настоящее время ведутся активные разработки бессвинцовых полупроводников для солнечных батарей, например на основе висмута и сурьмы.

Из-за своей низкой эффективности, которая в лучшем случае достигает 20 процентов, солнечные батареи сильно нагреваются. Остальные 80 процентов энергии солнечного света нагревают солнечные батареи до средней температуры около 55 °C. С увеличением температуры фотогальванического элемента на 1°, его эффективность падает на 0,5 %. Эта зависимость нелинейна и повышение температуры элемента на 10° приводит к снижению эффективности почти в два раза. Активные элементы систем охлаждения (вентиляторы или насосы) перекачивающие хладагент, потребляют значительное количество энергии, требуют периодического обслуживания и снижают надёжность всей системы. Пассивные системы охлаждения обладают очень низкой производительностью и не могут справиться с задачей охлаждения солнечных батарей.

Экономическая эффективность системы

Перед тем как установить солнечную станцию, необходимо просчитать ее экономическую эффективность. Стоимость солнечной батареи сегодня предельно высокая, а их вам может понадобиться от 5 до 15 в зависимости от необходимого показателя энергопотребления. С учетом значения КПД и общих затрат можно просчитать, когда окупится такое вложение средств и вы сможете бесплатно пользоваться электричеством.

Что влияет на срок окупаемости:

• Стоимость солнечных батарей и их количество. Надежные панели из кремния с высоким показателем КПД обойдутся куда дороже, чем пленочные.
• Тип солнечных батарей. Многослойные качественные модули смогут отработать в два, а то и в три раза дольше однослойных, более дешевых панелей.
• Стоимость дополнительного оборудования. К общим расходам относится покупка инвертора, аккумулятора и контроллера. Без этих устройств солнечная система не сможет выдавать электричество для бытовых нужд.
• Стоимость энергоресурсов в регионе. Если в вашем районе установлена низкая цена на электричество – 1 кВт, то срок окупаемости панелей будет намного дольше.
• Срок службы батарей. При правильной эксплуатации надежные панели отслужат более 30 лет.
• Месторасположение панелей и регион проживания. Если в вашем регионе благоприятные условия для работы солнечной станции, то соответственно, и эффективность их работы будет выше, а значит, быстрее окупят себя. Правильно выбранные крепления для солнечных панелей так же влиют на КПД и срок окупаемости.

Согласно статистике средний срок окупаемости солнечных батарей в Центральной и Южной Европе составляет около 5 лет.

С каждым годом ученые занимаются разработками новых технологий по созданию солнечных панелей, которые смогут выдавать больше энергии при захватывании солнечных лучей. А увеличенный показатель производительности сможет сократить срок окупаемости солнечной системы и тем самым повысить экономическую целесообразность ее установки.

Как сделать работу солнечной панели максимально эффективной

Производительность любой гелиосистемы зависит от:

• температурных показателей;
• угла падения лучей Солнца;
• состояния поверхности (она всегда должна быть чистой);
• погодных условий;
• наличия или отсутствия тени.

Оптимальный угол падения лучей Солнца на панель — 90°, то есть прямой. Уже существуют гелиосистемы, оснащенные уникальными устройствами. Они позволяют следить за положением светила в пространстве. Когда положение Солнца по отношению к Земле изменяется, меняется и угол наклона гелиосистемы.

Постоянный нагрев элементов тоже не лучшим образом сказывается на их производительности. Когда энергия преобразуется, возникают ее серьезные потери. Поэтому между гелиосистемой и поверхностью, на которую она монтируется, всегда нужно оставлять небольшое пространство. Воздушные потоки, проходящие в нем, будут служить природным способом охлаждения.

Чистота солнечных батарей— тоже немаловажный фактор влияющий на их КПД. Если они сильно загрязнены, они собирают меньше света, а значит, их эффективность снижается.

Также и правильная установка играет большую роль. Нельзя при монтировании системы допускать, чтобы на нее падала тень. Лучшая сторона, на которой их рекомендуется устанавливать — южная.

Переходя к погодным условиям, можно заодно ответить на популярный вопрос о том, работают ли солнечные батареи в пасмурную погоду. Безусловно, работа их продолжается, потому что электромагнитное излучение, исходящее от Солнца, попадает на Землю во все времена года. Конечно, производительность панелей (КПД) будет значительно меньше, особенно в регионах с обилием дождливых и пасмурных дней в году. Другими словами, электроэнергию они вырабатывать будут, но в гораздо меньшем количестве, чем в регионах с солнечным и жарким климатом.

Расчет производительности

Применение солнечной энергии и экономическую рациональность таких концепций обусловливает эффективность всех видов систем солнечных батарей. Прежде всего учитываются затраты, обращённые на преобразование энергии солнца в электрическую.

Насколько окупаемы и эффективны такие системы, определяют и такие факторы как:

• Тип гелиопанелей и сопутствующего оборудования;
• КПД фотоэлементов и их стоимость;
• Климатические условия. В разных регионах — разная солнечная активность. Она же влияет и на срок окупаемости.

Как подобрать нужную производительность

Перед покупкой панелей необходимо знать, какую необходимую эффективность сможет выдавать солнечная батарея.

Если ваш домашний уровень потребления составляет, к примеру, 100 кВт/месяц (по электросчетчику), то целесообразно чтобы гелиоэлементы вырабатывали столько же.

Понятно, что гелиостанция работает только в дневное время суток. Мало того — паспортная мощность будет достигнута при наличии ясного неба. Кроме этого, пика мощности можно добиться при условии падения лучей солнца на поверхность под прямым углом.

При изменении положения солнца изменяется и угол панели. Соответственно, при больших углах будет наблюдаться заметное снижение мощности. Это только при условии ясного дня. В пасмурную погоду можно гарантировать падение мощности в 15–20 раз. Даже небольшое облачко или дымка вызывает падение мощности в 2–3 раза. Это тоже надо принимать во внимание.

Теперь — как рассчитать время работы панелей?

Рабочий период, при котором батареи смогут эффективно работать практически на всю мощность, составляет примерно 7 часов. С 9–00 до 4–00 вечера. В летнее время световой день больше, но и выработка электричества в утреннее и вечернее время совсем мала — в пределах 20–30 %. Остальная часть, это 70 %, будет вырабатываться, опять-же, в дневное время, с 9 до 16 часов.

Итак, получается, что если панели имеют паспортную мощность 1 кВт, то в самый летний, самый солнечный день выработают 7 кВт/час электроэнергии. При том условии, что проработают с 9 до 16 часов дня. То есть в месяц это составит 210 кВт/час электроэнергии!

Это комплект панелей. А одна панелька мощностью всего-навсего в 100 ватт? За день она даст 700 ватт/час. В месяц 21 кВт.

Плюсы

1. За счет того, что в панелях нет подвижных узлов и элементов, повышается долговечность. Производители гарантируют срок службы в 25 лет.
2. Если соблюдать все регламентные работы и правила эксплуатации работа таких систем увеличивается до 50 лет. Обслуживание довольно несложное — своевременно очищать фотоэлементы от пыли, снега и других естественных загрязнений.
3. Именно долговечность системы — определяющий фактор для покупки и монтажа панелей. После того как все затраты себя окупят, вырабатываемое электричество получится бесплатным.

Самое главное препятствие для широкого применения таких систем — их высокая стоимость. При низком КПД бытовых солнечных панелей, есть серьезные сомнения в экономической необходимости именно в таком способе добычи электроэнергии.

Но опять же, надо разумно оценивать возможности данных систем и, исходя из этого, рассчитывать ожидаемую отдачу. Полностью заменить традиционную электроэнергию не выйдет, но получить экономию, используя и солнечные системы, вполне реально.

Кроме того, сложно не заметить такие выгоды как:

• Получение электричества в самых удаленных от цивилизации районах;
• Автономность;
• Бесшумность.

Минусы

1. Энергетическая установка нуждается в периодическом обслуживании. То есть к ним должен быть постоянный и свободный доступ.
2. Чем выше энергоотдача, тем больше панелей требуется. Из этого вытекает вывод — чем больше элементов, тем больше места им нужно.
3. Выработанное электричество должен хранить аккумулятор. Уровень заряда необходимо постоянно контролировать. А сами аккумуляторы, по всем нормам безопасности, держать в отдельном и вентилируемом помещении.
4. Как уже говорилось, сами элементы в летнее время сильно нагреваются. А это практически вдвое снижает их производительность. Избежать потерь при нагреве можно, если оборудовать дополнительную приточную вентиляцию, или как минимум оставить пространство между панелями и теми поверхностями, на которых они смонтированы. Дополнительные потоки воздуха будут охлаждать работающие элементы.
5. Эффективная работа возможна только при идеальных погодных условиях.
6. Максимум электричества вырабатывается, если выдержан прямой угол падения лучей солнца на поверхность панели. Это условие можно выдержать если снабдить систему автоматическими поворотными механизмами, что накладывает дополнительные затраты на эксплуатацию и ремонт. Механические элементы неизбежно будут выходить из строя.
7. Со временем использования самих панелей, их КПД, естественным образом, уменьшается.
8. Место установки необходимо выбирать таким образом, чтобы все солнечные панели большую часть времени находились на солнце, а не в тени.

Если проектируется полновесное снабжение дома «энергией солнца», на всю систему денег надо много и сразу.

Коэффициент полезного действия

Этим параметром обозначают эффективность процесса фотоэлектрического преобразования. КПД кремниевых (Si) пластин составляет 18-25%. Лучшие показатели обеспечивают многослойные панели (GaInP, Ge, GaAs) — до 32%.

Пиковая нагрузка и среднесуточное потребление

Выбирают компоненты оборудования после оценки максимального потребления. Этот параметр зависит от вида нагрузки. Индуктивный характер сопротивления электромотора, например, увеличивает пусковой ток. Оптимизируют режим эксплуатации ограничением мощности. Исключают одновременное подключение к автономному источнику питания электрических плит и кондиционеров, другой техники с большим потреблением энергии. Чтобы вычислить емкость АКБ, рассматривают 24-часовой рабочий цикл оборудования.

Влияние факторов внешней среды на уровень производительности

Причины, уменьшающие КПД фотоэлектрического элемента:

• загрязненная поверхность;
• перегрев;
• затенение рабочей зоны;
• падение солнечных лучей под углом к оптимальному направлению.

Количество ясных дней определяет эффективность фотоэлемента. Однако жаркий климат усложняет поддержание температурного режима, установленного производителем.

Уровень производительности батарей уменьшается при затенении рабочей зоны.

Автоматизированный привод, перемещающий пластины рабочего блока перпендикулярно к источнику света — дорогое оборудование. Экономическим расчетом уточняют целесообразность таких инвестиций.

Самые эффективные солнечные батареи: рейтинг

Наиболее эффективные солнечные преобразователи, на сегодня, производит фирма Sharp. Трехслойные, мощные, концентрирующие солнечные панели имеют эффективность в 44,4%. Стоимость их невероятно высока, поэтому они нашли применение лишь в авиационно-космической промышленности.

Наиболее доступными и эффективными являются современные солнечные батареи от компаний:

• Panasonic Eco Solutions;
• First Solar;
• MiaSole;
• JinkoSolar;
• Trina Solar;
• Yingli Green;
• ReneSola;
• Canadian Solar.

Компания Sun Power производят самые надежные солнечные преобразователи с КПД в 21,5%. Продукция этой компании пользуется абсолютной популярностью на коммерческих и производственных объектах, уступая, разве что, устройствам от Q-Cells.

Delta SM 150-12 P

Поликристаллическая батарея номинальной мощностью 150 Вт и напряжением 12 В, состоящая из 36 фотоэлементов. При ее изготовлении использовались элементы первой категории качества (Grade A). Панель ориентирована на сбор рассеянной солнечной энергии в пасмурную погоду и холодный период года. Температура эксплуатации модуля заключена в диапазон от -40 до +85°С. Нормальная рабочая температура без потери мощности +47°С. Температурный коэффициент мощности составляет -0,45%. Эффективность фотоэлектрического преобразования (КПД) 17,12%. Гарантийный срок эксплуатации – 10 лет. Производитель – Китай.

Стоимость от 5950 руб.

Достоинства:

• высокая производительность даже при сплошной облачности;
• закаленное стекло высокой прозрачности;
• прочный алюминиевый профиль и жесткая конструкция защищает панель от деформации.

Недостатки:

• снижение мощности при росте температуры.

Exmork ФСМ-100П

Поликристаллический кремниевый модуль из 36 клеток с номинальным напряжением 12 В и паспортной мощностью 100 Вт. Класс качества — Grade A. Диапазон рабочих температур от -40 до +80°С. Нормальная рабочая температура +45°С. КПД фотоэлектрического элемента в пределах 17,3%. Гарантия на панели составляет 10 лет. Производитель батарей – Китай.

Стоимость: от 4000 руб.

Достоинства:

• светопроницаемость стекла 97%;
• закаленное стекло выдерживает даже  крупный град;
• выдерживает ветер со скоростью 60 м/с;
• срок службы, заявленный производителем не менее 30 лет.

Недостатки:

• не выявлено.

TOPRAY 100 ватт 12В

Монокристаллическая кремниевая гибкая солнечная панель. Напряжение 12 В, мощность 100 Вт. Батарея состоит из 32 ячеек. Фотоэлектрические элементы имеют категорию качества Grade A. Их эффективность преобразования может достигать более 20%. Температурные условия работы от -40 до +85°С. Срок службы при правильной эксплуатации доходит до 20 лет. Производитель – Китай.

Стоимость: от 9960 руб.

Достоинства:

• тонкая и легкая;
• эффективно преобразует прямое излучение Солнца;
• эффективно работает на морозе.

Недостатки:

• применима только для прямого излучения.

Feron PS0303 150W

Переносная панель с максимальной мощностью 150 Вт и выходным напряжением 17,6 В. Предназначена для питания электроприборов, рассчитанных на напряжение 12-14 В, а также для заряда автомобильных аккумуляторов. Рабочая температура от -40 до +85°С. Гарантийный срок эксплуатации: 3 года. Произведена в Китае.

Стоимость 18700 руб.

Достоинства:

• удобная для транспортировки складная модель;
• PWM контроллер оборудован светодиодной индикацией уровня заряда, подключенной нагрузки;
• аккумулятор защищен от избыточного заряда, переразряда и перегрузки;
• в комплекте сумка для переноски;
• возможна зарядка мобильных устройств через USB разъем.

Недостатки:

• малый срок гарантии.

Delta SM 200-12 P

Солнечная панель из поликристаллического кремния мощностью 200 Вт и напряжением 12 В. Кремниевые элементы относятся к А категории качества. Фотоэлектрический модуль включает 72 ячейки. Рабочая температура заключена в пределах от -40 до +85°С. Наиболее оптимальная температура для работы без потери мощности составляет +47°С. Эффективность фотоэлектрического преобразования элемента равна 17,4%, всего модуля – 15,5%. Гарантийный срок эксплуатации – 10 лет. Производитель – Китай.

Стоимость: от 8800 руб.

Достоинства:

• потеря мощности за 10 лет не более 10%;
• прочное каленое стекло толщиной 3,2 мм;
• эффективно преобразует рассеянную солнечную энергию.

Недостатки:

• не выявлено.

SOLAR.BATTERY 30W

Солнечная панель с креплением мощностью 30 Вт и напряжением 12 В. Рабочая температура от -40 до +50°С. Предназначена для использования в качестве резервного источника питания. Гарантия: 1,5 года. Срок службы – 10 лет. Производитель: «Бастион» – Россия.

Стоимость: от 7600 руб.

Достоинства:

• поворотный кронштейн позволяет поворачивать панель вслед за движением солнца;
• можно использовать при стопроцентной влажности воздуха;

Недостатки:

• производитель не указывает тип фотоэлемента.

BioLite SolarPanel 5

Монокристаллическая солнечная панель мощностью 5 Вт. Имеет два выхода: USB и micro USB. Производитель – США, собрана в Китае.

Стоимость: от 5690 руб.

Достоинства:

• подставка позволяет устанавливать батарею на различные поверхности;
• встроенные солнечные часы помогают настроить оптимальный угол наклона панели;
• есть индикатор, показывающий силу заряда.

Недостатки:

• не выявлено.

Feron PS0401

Портативная аккумуляторная солнечная панель с литий-ионной батареей. Рабочая температура +10 — +45°С. Номинальное напряжение модуля 9 В, мощность 3 Вт. Производитель – Китай.

Стоимость от 2900 руб.

Достоинства:

• в комплект входят 2 лампочки, блок питания и различные кабеля, необходимые для зарядки мобильных устройств;
• компактная, удобно брать в поход или на рыбалку;

Недостатки:

• узкий диапазон рабочей температуры.

Sunways ФСМ-200F 200 ватт 24В

Sunways ФСМ-200F 200 ватт 24В

Гибкий солнечный модуль Sunways ФСМ-200F относится к премиум сегменту, то есть входит в рейтинг лучших солнечных батарей, благодаря своему высокому качеству изготовления. А так же благодаря применению монокристаллических элементов марки Grade A. Они гарантируют длительный срок службы при неизменно высокой производительности. Эксперты выделили следующие преимущества модели: 1. Автоматическая пайка монокристаллов, двойной контроль качества, высокий КПД (17,6%). 2.Китайским производителем предусматривается защита своего изделия от затопления. Для этого контактные коробки заливаются специальным герметиком. 3. Потенциальных покупателей ожидает 10-летняя гарантия производителя, высочайшее качество сборки, легкость (4 кг). Из недостатков отмечается высокая цена и низкая стойкость к механическим повреждениям.

AXI-Premium 290 Вт 24 В Моно

AXI-Premium 290 Вт 24 В Моно

Высокоэффективные фотоэлектрические панели AXI-Premium 290 Вт 24 В Моно состоят из 60 монокристаллических элементов. Этот источник тока имеет класс качества Grade A, что и позволило ему попасть в топ лучших солнечных батарей. Эксперты по достоинству оценили большой гарантийный срок (12 лет) немецкого производителя и высокий КПД модуля (17,83%). Его лицевая сторона изготавливается из закаленного мелкорифленного стекла толщиной 3,2 мм. С обратной стороны наклеивается композитная пленка. Рамк аиз алюминия обеспечивает надежность конструкции. По отзывам пользователей можно сделать вывод о высоком качестве соединительных разъемов, распределительной коробки и влагозащищенности. К недостаткам относится большой вес (18 кг), из-за чего ограничивается сфера применения, и высокая цена.

SilaSolar (Double glass) 360 Вт

Эта модель качественно обеспечит автономным энергоснабжением частный дом. SilaSolar (Double glass) мощностью 360 Вт. выполняется из монокристаллических элементов, которые расположены между листами закаленного стекла. Именно такой вид конструкции позволяет беспрепятственно попадать солнечному свету внутрь здания. Экспертами был выделен в образце ряд преимуществ, к примеру панель не требует заземления, в ней нет металлических рамок. Модуль попадает в наш топ лучших и за высокий КПД (20%). Китайский производитель подтверждает высокое качество (Grade A) 10-летней гарантией. Привлекают в этой модели так же технические параметры и ценовая доступность солнечного модуля. Сдерживающим от покупки фактором зачастую оказывается большой вес панели (28 кг) аккумуляторов, контроллеров и инверторов.

Delta BST 360-24 M

Delta BST 360-24 M

По самой доступной цене реализуется на отечественном рынке солнечная панель Delta BST 360-24 M. Эксперты объясняют низкую стоимость применением передовых технологий на производстве, а не низким качеством. Один модуль состоит из 36 моно- и поликристаллических фотоэлементов. Лучше всего использовать источник тока для обеспечения электроэнергией оборудования с рабочим напряжением 250-750 В, как рекомендует производитель. Заявленный КПД фотоэлектрического модуля достигает 18,65%. Модуль соответствует классу качества Grade А, поскольку изготавливается из качественных материалов с применением инновационных технологий. Китайский производитель дает гарантию 10 лет.

ДОСТОИНСТВА низкая цена; качественная сборка; высокий КПД; устойчивость к нагрузкам.

НЕДОСТАТКИ большой вес; недолговечные кристаллы.

DOKIO FFSP-80W

DOKIO FFSP-80W

Еще одна доступная и компактная солнечная панель модели DOKIO является FFSP-80W. Она складывается пополам, за счет чего имеет вид сумки с ручками, наподобие ноутбука, что делает транспортировку удобной и безопасной. Имеет компактные размеры модуля (550х500х5 мм), небольшой вес (3,2 кг). Он создан на базе монокристаллов, закрытых закаленным стеклом с алюминиевым обрамлением. Максимальная мощность солнечной батареи ограничена 80 Вт. В комплект входит контроллер на 12 и 24 В. Выработка энергии рассчитывается для работы при температуре окружающей среды -20…+40°С. Эксперты внесли данную панель в рейтинг за ее мобильность и удобство использования. Сами же пользователи восторженно отзываются об интернет магазине за оперативную доставку, надежную упаковку и четкую обратную связь. Недостаток один — маленькая мощность модуля.

ДОСТОИНСТВА компактные размеры; небольшой вес; доступная цена; а так же контроллер на 12 и 24 В.

НЕДОСТАТКИ ограниченная мощность.

ECO-WORTHY L02P100-N-2

ECO-WORTHY L02P100-N-2

Солнечный модуль ECO-WORTHY L02P100-N-2 представляет собой двухсоставную конструкцию мощностью 200 Вт. Габаритные размеры одной панели составляют 975х665 мм. Поликристаллические фотоэлементы отвечают за превращение солнечного света в электричество. Они могут работать в широком диапазоне температур (-40…+80°С). В этой модели эксперты отмечают эффективность при низкой освещенности +надежную конструкцию с алюминиевым обрамлением. Так же производитель вносит в базовый комплект удлинитель и дополнительную пару разъемов MC4 для подключения. Очень хорошая панель, достойная второго места. Пока покупателей солнечного модуля на АлиЭкспресс мало, но товар может похвастаться средним рейтингом в 5 звезд.

NESL AM-SF7

Мобильная компактная складная солнечная система. Состоит из складной панели и накопителя (powerbank). Солнечные батареи вшиты в чехол из плотной синтетической ткани. Панель имеет выход USB, который может использоваться для зарядки небольших мобильных устройств или для подключения накопителя. Температурный режим использования от -20 до +50°С. Эффективность преобразования энергии солнца составляет более 17%. Срок службы может достигать 20 лет. Производитель – Китай.

Стоимость от 3990 руб.

Достоинства:

• емкость накопителя 6000 мАч;
• в комплект входит шнур для телефонов с разными разъемами;
• идеально подходит для отдыха в местах лишенных источников энергии.

Недостатки:

• powerbank не может одновременно заряжаться от солнечных батарей и питать какое-либо устройство.

Solar Pack SW-H05

Данная модель представляет собой переносное зарядное устройство. Эта солнечная панель, по заявлениям производителя, обладает высокой производительностью и эффективностью в размере 18,5%. Выход USB 5 позволяет заряжать различные телефоны, видео и фотокамеры, iPhone, IPOD и др.

Стоимость: от 1300 руб.

Достоинства:

• компактная;
• стильная;
• удобно использовать на отдыхе на природе.

Недостатки:

• очень мало информации о данном продукте в сети.

TOPRAY Solar TPS-102-15

Портативная солнечная батарея на основе тонкопленочной технологии. Фотоэлементы поглощают энергию солнца не только от прямых лучей, но и от рассеянного излучения в пасмурную погоду. Батарея заключена в прочный алюминиевый корпус, а снаружи закрыта двойным ударопрочным стеклом. Данная модель ориентирована на зарядку аккумуляторов (12 В), а также на  питание бытовых электроприборов. Производитель: Китай.

Стоимость: от 4680 руб.

Достоинства:

• минимальные потери мощности при нагревании;
• в комплекте аккумуляторные зажимы, переходники.

Недостатки:

• не выявлено.

One-Sun OS-150M

12-вольтовый монокристаллический модуль с КПД 15% рассчитан на нагрузку мощностью до 150 Вт. Панель из 36 высококлассных фотоэлементов, защищенных от внешней среды полимерной пленкой EVA и толстым закаленным стеклом. Стойкая к коррозии алюминиевая рама оберегает панель от деформации и механического воздействия. Оснащена универсальными коннекторами MC4. Сохраняет работоспособность при температурах от -30 до +85⁰C. Потери в мощности за 10 лет активной эксплуатации не превышают 5%.

Достоинства:

• Увеличенная эффективность за счет технологии Bus bar с пятью проводящими шинами;
• Эффективная работа в условиях слабой освещенности;
• Длительный срок службы – более 25 лет;
• Высокая степень защиты от механических повреждений, ветра, влаги;
• Соотношение цена/качество.

Недостатки:

• Не обнаружены.

В своих отзывах One-Sun OS-150M пользователи отмечают высокое качество сборки, стабильность работы панелей и вес, не превышающий 13 кг. Панели легко монтируются и не вызывают проблем с согласованием с контроллерами различных производителей.

Soshine SC20W

Походный вариант солнечной электростанции, который легко размещается в рюкзаке и туристической сумке. Маленькая солнечная панель из трех секций с общей мощностью 20 Вт рассчитана на заряд аккумуляторов смартфонов, плееров, фонарей, пауэр-банков, за счет преобразования энергии солнца в электрический ток с напряжением 5 В.

Предусматривает одновременное обслуживание 2-х заряжаемых устройств с помощью портов USB. Пластиковый волокнистый корпус придает панелям жесткость и оберегает их от физического и механического воздействия.

Достоинства:

• Интеллектуальный подбор зарядного тока;
• КПД – 20%;
• Защита фотоэлементов от влаги с помощью пленки ETFE;
• Компактные размеры, складная конструкция;
• Вес – 0,85 кг.

Недостатки:

• Не обнаружены.

Модель Soshine SC20W заслуживает приз за оригинальность, портативность и эффективность. Чтобы довести заряд полностью разряженного смартфона до 90% при ярком солнечном свете, ей требуется не более 3-х часов.

Восток Pro ФСМ 100 П

Недорогая стоваттная солнечная панель на базе поликристаллических фотоэлементов с совокупным КПД 14,63%. Разделена на 36 ячеек. От внешнего воздействия модуль защищен прочным алюминиевым корпусом и каленым просветленным стеклом, толщиной 3,2 мм. Разработана с учетом особенностей российского климата.

Отлично вписывается в автономную систему электроснабжения небольших загородных домов, дач, может применяться в качестве зарядного устройства лодочного или автомобильного аккумулятора.

Достоинства:

• Соответствие заявленным характеристикам;
• Антибликовое покрытие, способствующее максимальному поглощению света;
• Качественная сборка;
• Легкость – 8 кг;
• Стойкость к механическому воздействию и негативным факторам окружающей среды.

Недостатки:

• Не обнаружены.

Woodland Sun House 100W

Мобильный складной солнечный модуль, устраняющий неудобства, связанные с отсутствием электричества. Двухсекционная панель компании-эксперта туристической экипировки обеспечит электроэнергией дачный участок, небольшой палаточный городок и бивуак. Набор высококачественных поликристаллических ячеек обеспечивает стабильное напряжение 18 В и отлично подходит для зарядки автомобильных аккумуляторов.

Возможности системы расширяет входящий в комплект контроллер, позволяющий оперировать с напряжениями 12/24 В и током 10 А. Фронтальная часть панели в алюминиевом корпусе защищена закаленным стеклом, толщиной 3,2 мм. Регулируемые опоры позволяют оперативно ориентировать модуль под максимальную освещенность.

Достоинства:

• Встроенный контроллер с защитой от перегрузок;
• Универсальность, кабеля с зажимами «крокодил» и переходником к прикуривателю;
• Удобная для транспортировки конструкция, сумка-чехол из палаточной ткани Oxford 600D;
• Длительный срок службы – 25 лет.

Недостатки:

• Не обнаружены.

Модель Sun House 100W – спутник туриста, который при общении с природой не может обойтись без комфортных условий цивилизации. Складная панель с контроллером создает оптимальные условия зарядки аккумуляторных батарей, исключая критические ситуации.

Наиболее эффективные панели

Ниже мы собрали для вас самые эффективные солнечные батареи от известных производителей, где показатель мощности составляет свыше 300Вт.

LG 315 N1C-G4 NeON™2

LG – это известная южнокорейская компания, которая помимо различных видов техники занимается и выпуском солнечных батарей. Модули отличатся высоким качеством и мощностью – 315Вт. Среди всех производителей на рынке фотовольтаики LG можно смело отнести к лидерам. Во-первых, это связано с высоким процентом эффективности, а во-вторых, с использованием передовых технологий для производства, что делает солнечные панели не только качественными, но и долговечными.

Сложность технологического процесса заключается не только в производстве, но и в сборке модуля. Каждая пластина проходит тщательный контроль и тестируется на выявление каких-либо отклонений или повреждений. После их изучения каждая ячейка проходит стадию жидкостного травления щелочью перед выпуском. Результатом становятся темно-черные модули с трехслойным покрытием EVA и отражающей пленкой.

LG NeON ™ 2 относятся к монокристаллическому типу батарей. Они выполнены с кремниевым покрытием с двух сторон. Благодаря специальной технологии они не просто активно вырабатывают энергию, но при помощи специального покрытия способны повышать генерацию свободных частиц, что в результате приводит к большей выработке электротока. То есть солнечную энергию вырабатывает не только одна сторона модуля с фотопокрытием, а одновременно две, тем самым повышая мощность системы.

BenQ SunForte 333 PM096B00

Еще одним достойным представителем на рынке солнечных батарей является BenQ Solar. Тайваньская фирма, которая также отличается качественной продукцией не только в мире техники, но и в области фотовольтаики. Компания специализируется на гелиевых модулях с мощностью в 333 Вт и общей эффективностью до 20,5%. Солнечная панель SunForte PM096B00 представлена в темно-черном цвете и заключена в профиль из анодированного алюминия.

По мощности представленная фирмой BenQ солнечная батарея признана одной из самых производительных. Это в первую очередь связано со специальной обратно-контактной технологией, которая повышает выработку электроэнергии даже при наличии батарей с небольшой площадью и невысокой солнечной радиации, тем самым позволяя сэкономить как на территории, так и на количестве модулей. Инженеры постоянно работают над увеличением общей эффективности и внедрят новые передовые технологии, а все потому, что в распоряжении компании имеется собственная научно-исследовательская база.

Если подробнее о солнечных батареях SunForte PM096B00, то они при своих вполне компактных размерах производят в несколько раз больше энергии, чем стандартные модульные системы. Ячейки солнечных панелей покрыты трехслойной пленкой типа EVA, а ее поверхность защищена противоударным стеклом, которое обладает антибликовым действием. Это особые преимущества, которыми наделены солнечные батареи от Тайваньской фирмы. Также стоит отметить, что в комплекс с батареями входят соединительные кабели, распределительная коробка с многофункциональным действием и байпасными диодами.

На основе проведенных исследований были зафиксированы показатели потери мощности, которые составили всего 13% за 25 лет эксплуатации. Приведенные данные говорят о высокотехнологическом процессе и использовании качественных материалов.

NeON™ 2 BiFacial

Еще один вариант гелиевых солнечных панелей – NeON™ 2 BiFacial от южнокорейской фирмы LG. Эту батарею можно отнести к новинкам, в которую инженеры постарались внедрить только самые последние разработки. Солнечная батарея даже была удостоена награды на выставке товаров – двухсторонних гелиевых панелей, по большей степени благодаря внедрению технологии Сello Technology™. Суть ее заключается в особой возможности перенаправлять токопроводящие пути к выходу модуля. То есть теперь генерируемая солнечная энергия распределяется на 12 тонких проводников и тем самым позволяет снизить потери тока, соответственно увеличивая эффективность работы солнечной батареи в сравнении с другими панелями, работающими по традиционной методике.

Сегодня NeON™ 2 BiFacial – это единственная солнечная батарея, в технических характеристиках которой указана номинальная мощность 375 Вт, а максимальная подтвержденная 400 Вт. Ее смело можно назвать самой мощной. Кроме того, за счет прозрачных фотоэлементов, которые активно собирают солнечный свет и генерируют его, эффективность работы панели достигает самых высоких показателей, так как в преобразовании тока участвуют не только захваченные модулем частицы, но и отраженные. Дополнительно можно получить до 30% энергии.

Что такое монокристаллическая солнечная батарея

Мы уже упомянули о том, что панели бывают двух типов: поли- и монокристаллические. Для начала рассмотрим монокристаллический элемент – он дороже, но мощнее.

На что при выборе обращать внимание?

Для того, чтобы принять окончательное решение относительно типа пластины, нужно познакомиться с главными критериями:

• КПД;
• Длительность периода эксплуатации;
• Быстрота деградации в период пользования;
• Стоимость.

Особенности

Для такой батареи выращивается специальный монокристалл кремния по способу Чохральского. Этот материал стоит дороже, чем поликристаллическая пластина, но из-за своего высокого качества монокристаллический модуль имеет больший КПД. Монокристаллические солнечные панели, собранные из отдельных кремниевых ячеек, обладают эффективностью работы, которая равна примерно 20–22%.

Лучи света, попадая на поверхность монокристалла кремния, приводят свободные электроны к направленному движению. С обеих сторон кристалла к нему присоединены провода, идущие к потребителю.

КПД такой пластины достаточно высок, так как в ней лучи солнца не рассеиваются, а равномерно распределяются по всей поверхности кристалла. Площадь р-п перехода в пластине велика, за счет чего электроны проникают из одной части полупроводника в другую беспрепятственно.

КПД панелей монокристаллических

Эффективность их достаточно высокая – до 20% (для серийных образцов) и 38% (для космической сферы). И это главное достоинство данного вида устройств, трансформирующих в электрический ток солнечный поток. Это дает возможность значительно уменьшит панели в размерах.

Для сравнения КПД поликристаллических составляет всего 15%. Объясняется это степенью равномерности структуры и чистотой сырья.

В первом случае содержание примесей доходит только до 0,001%, во втором – присутствовать могут дефекты, связанные с применяемым материалом. В данном варианте применяют, в отличие от моно, вторичный кремний и некондиционный материал.

Срок службы

У монокристаллических панелей этот показатель составляет 25 лет, что больше, чем у поликристаллических на 10 лет. При этом, к концу срока службы теряют фотоэлементы не более 20% изначальной эффективности. И связано это с тем, что слой гидроизоляции со временем темнеет.

Деградация

Она быстрее происходит у поликристаллических, которые потерять могут до 30% исходного КПД.

Стоимость

Технология выращивания монокристаллов полупроводника больших размеров довольно трудоемка, из-за чего цена такой батареи всегда выше, чем аналогичного изделия на основе поликристаллов. Разница в стоимости устройств – 10%, что является главным недостатком монокристаллической батареи.

Цена монокристаллической панели мощностью 150 Вт равна 5400 руб., а такая же по конструкции батарея мощностью 200 Вт стоит 11700 руб. Гораздо дороже устройства мощностью 230 Вт и 300 Вт

Что такое поликристаллическая батарея

Если основной элемент монокристаллической батареи – это искусственно выращенный монокристалл больших размеров, то другой вид светоприемников имеет полупроводниковый элемент поликристаллической структуры.

Считается, что для потребления энергии Солнца оптимальным вариантом являются поликристаллические солнечные батареи. Они дешевле своего монокристаллического аналога, так как для производства используют обрезки, оставшиеся после монокристаллических элементов. Кремний при изготовлении рабочего элемента поликристаллической панели просто охлаждается из горячего расплава, что не требует высоких затрат и сложных технологий.

По внешнему виду поликристалл кремния отличается от монокристалла неоднородностью цветовой гаммы, отливающей голубым и светло-синим цветом. Непрерывное совершенствование технологии производства приближает по качеству поликристаллические батареи к сборкам на монокристаллах.

Особенности

Кроме более низкой стоимости, поликристаллические модули отличаются от монокристаллов тем, что снижение их мощности по мере увеличения эксплуатационного периода происходит значительнее медленнее.

Очень важно и то, что при нагреве полупроводникового элемента поликристаллического типа он не так сильно снижает свои рабочие качества, как монокристаллы.

Стоимость

Поликристаллические солнечные элементы производителя SilaSolar мощностью 50 ватт и напряжением 12 В на момент написания статьи стоят 2790 руб. Такая же по устройству батарея этого же производителя, но на 100 ватт, имеет цену 4200 руб

Какие фотоэлектрические элементы лучше: поли или моно

По вопросу, какие солнечные батареи лучше — моно или поликристаллические — есть большая доля неопределенности. Категорически сразу отдать предпочтения в рекомендациях и советовать только одни из вариантов неправильно — надо оценивать условия использования и расчеты.

Чем больше кристаллы Si, тем выше КПД, поэтому моноэлементы намного результативнее и КПД у них выше, примерно на 10–15 %, чем у поликристаллов. Последние часто преподносят как менее эффективные. Приведенные утверждения верны, но они подлежат коррекции, так как важен расчет, исходя из цены за Ватт мощности, а он показывает, что поликристаллы обойдутся дешевле на 10–20 %.

Есть мнение, что поли элементы лучше функционируют при низком уровне освещенности. В сети даже есть сравнительные тесты. Не следует им доверять, это отдельные случаи, когда рассматривают конкретных производителей, то есть результат у изделий иных компаний может быть прямо противоположным. Зависимость КПД при тусклом свете от типа кристалла ничтожная, больше значение имеет высокое качество изготовления.

Срок службы, стабильность работы

Плитки поликристаллических батарей деградируют быстрее, но стоимость на 15–20 % ниже и это обычно является решающим фактором на их пользу при выборе.

Касательно стабильности работы: моно фотоэлектрические элементы однозначно лучше, но данный фактор не настолько значим и существенный, чтобы быть главной определяющей по вопросу, чему отдать предпочтение.

Итог: что выбрать в разных ситуациях и условиях

Когда подойдет поликристаллическая фотоэлектрическая панель:

• для установки на относительно больших крышах, земле, когда отсутствует недостаток в площади. Иногда нет смысла переплачивать, если места хватает с избытком и поставленные цели по количеству электричества можно достичь, используя более дешевый тип панелей;
• для ограниченного бюджета.

Монокристаллы лучшие, а порой незаменимые, когда площадь под установку ограниченная, например, маленькие крыши. Солнечные монобатареи производят больше энергии с единицы площади, но есть и минус: с повышением температуры (нагрева) выходная мощность (КПД) падает медленнее у поликристаллических элементов. Впрочем, по этому параметру (по температурному коэффициенту) часто все зависит от качества производства.

Особенности рынка

Основной объем на рынке принадлежит поликристаллическим солнечным панелям и причина этому — низкая цена. Однако тенденция меняется из-за удешевления производства и технологий, что позволяет применять новые решения (панели гетероструктурные, PERC и тому подобное) и устанавливать доступную цену. Рынок постепенно становится ориентированным не на стоимость, а на эффективность изделий и технологические нововведения. Данная тенденция усиливается, так как даже самые продвинутые технологии удешевляются из года в год.

Сравнение поликристаллической и монокристаллической солнечных батарей

Когда потребитель делает выбор между различными по конструкции световыми модулями, он старается дать ответ на вопрос: какие солнечные панели лучше, поли или моно? При этом ему необходимо учитывать результаты тестирования устройств, проводимых независимыми компаниями.

Приведем основные результаты тестов на отличие этих световых модулей:

• снижение номинальной мощности с увеличением срока эксплуатации у моно модулей происходит быстрее (у поликристаллического элемента за первый год работы
• мощность снижается на 2%, а у монокристаллического – на 3%);
• цена поликристаллического модуля ниже стоимости монокристаллического такой же мощности примерно на 10%;
  суммарная вырабатываемая электроэнергия монокристаллического модуля на 30% выше, чем поликристаллического при равной площади.

Из приведенных данных можно сделать вывод, что, первые дешевле и менее прихотливы, а вторые мощнее, но привередливее. Выбирая поликристаллические или монокристаллические кремниевые солнечные батареи, решайте исходя из своих финансовых возможностей обслуживать и обновлять модули, и сделайте выбор между долговечностью и мощностью. К тому же качественно произведенный поликристаллический модуль намного дешевле. Окончательный выбор остается за покупателем.

Установка солнечной панели

Для более эффективного применения батареи нужно обязательно учитывать следующие факторы ее установки:

• месторасположения устройства не должно в течение дня закрываться тенью любых других предметов;
• чтобы поток световых лучей на фотоэлемент был максимален, желательно его оборудовать поворотным устройством, выдерживающим постоянную ориентацию на солнце;
• оптимальный угол наклона модуля к вертикали сильно зависит от местности где расположена СЭС и времени года, все знают, что солнце зимой находится ниже над горизонтом;
• ухода за лицевой стороной прибора, очистки стекла от наслоений грязи и снега, нужно обеспечить к нему удобный доступ человека.

Собрать солнечную установку можно своими руками, предварительно изучив соответственную литературу.

Но если у вас нет, хотя бы базовых познаний в электричестве и электронике, то стоит доверить дело специалистам.

[spoiler title="Источники"]

• https://mywatt.ru/poleznaya-informaciya/ot-chego-zavisit-kpd-solnechnyh-batarej
• https://VashUmnyiDom.ru/elektropitanie/alternativnaya-energiya/kpd-solnechnyx-batarej.html
• https://ekobatarei.ru/oborudovanie/solnechnye-batarei-kakie-luchshe
• https://akbinfo.ru/alternativa/kpd-solnechnyh-batarej.html
• https://Energo.house/sol/kpd-solnechnyh-batarej.html
• https://teploclass.ru/otoplenie/kpd-solnechnykh-batarej
• https://VashUmnyiDom.ru/elektropitanie/alternativnaya-energiya/polikristallicheskie-solnechnye-paneli.html
• https://www.termico-solar.com/effektivny-li-solnechnye-paneli/
• https://teplogrup.ru/interesnoe/solnechnaya-batareya.html
• https://batteryk.com/kpd-solnechnyh-batarej
• https://stroyhelper.ru/solnechnye-batarei/
• https://vyborok.com/rejting-luchshih-solnechnyh-panelej/
• https://vyborexperta.ru/remont-i-nedvizhimost/luchshie-solnechnye-paneli/
• https://www.termico-solar.com/effektivnye-solnechnye-batarei/
• https://LampaExpert.ru/alternativnye-istochniki/monokristallicheskie-i-polikristallicheskie-solnechnye-paneli
• https://motocarrello.ru/jelektrotehnologii/solnechnye-batarei/1878-monokristallicheskie-solnechnye-paneli.html

[/spoiler]