Все, что нужно знать о солнечных панелях: устройство и применение

Энергия Солнца, или что такое солнечные панели

Солнце – главный источник энергии для всего живого и самой нашей планеты. Причем количества энергии, поступающей на Землю за каких-то 40 минут, хватает, чтобы удовлетворить энергетические потребности всех жителей земного шара в течение года. Учитывая возобновляемые и  практически безграничные ресурсы небесного светила, перспективы его использования велики. Тем более что из всех альтернативных источников энергии именно солнечная признана самой безопасной и экологически чистой. Поэтому сегодня энергия солнца становится все более востребованной в самых разных сферах жизнедеятельности человека.

Воспользоваться этим даром природы людям помогают специальные устройства – солнечные панели (или солнечные батареи). Они  преобразуют бесплатную энергию Солнца в электрическую и приобретают возрастающую популярность по всему миру.

Представление о работе солнечных батарей

Полностью описывать всю процедуру превращения солнечной энергии в электрическую, в рамках данной темы, мы не будем. Но про некоторые моменты рассказать надо.

Главный элемент, из которого делаются гелиопанели — кремний. При попадании солнечных потоков на кремниевую поверхность, они выбивают свободные электроны с одного края пластины, которые движутся в свободные места на обратной стороне панели. Так зарождается электрический ток.

Остается его собрать и направить по проводам туда, где он так необходим.

Одна такая пластина сможет зарядить небольшой фонарик. Ну и понятно, чтобы перекрыть потребности в электричестве для нужного оборудования дачного домика, таких пластин нужно больше.

Чем отличаются солнечные панели от солнечных коллекторов

Как мы уже писали выше, солнечные коллекторы человечество придумало раньше, чем солнечные панели. Это совершенно разные устройства, хотя оба преобразуют энергию Солнца и в названии имеют слово «солнечный». На этом, пожалуй, их общность заканчивается. А теперь рассмотрим различия.

Если сказать коротко, то при использовании солнечных коллекторов потребитель «на выходе» получает тепловую энергию в виде нагретого теплоносителя, а солнечные панели предназначены только для генерации электрического тока.

Солнечные панели на крыше

Солнечные панели непосредственно  преобразуют энергию солнца в электричество при помощи фотоэлементов (ФЭП – фотоэлектрических преобразователей или солнечных элементов).

Солнечный коллектор – это гелиоустановка, задача которой собирать и передавать тепловое излучение теплоносителю, который циркулирует через коллектор. В свою очередь, теплоноситель нагревает емкость, где находится вода для обеспечения горячего водоснабжения. То есть в отличие от солнечных панелей, солнечный коллектор производит нагрев материала-теплоносителя, а затем накопленная энергия используется для определенных целей (нагрева воды, работы отопительной системы, промывочных работ). Попросту говоря, солнечные коллекторы производят горячую воду.

Вакуумные коллекторы — солнечная водонагревательная система на красной крыше дома.

Устройство и история появления солнечных батарей

Человечество уже давно задумывалось об использовании неиссякаемой энергии солнца. Первые попытки предпринимались еще в двадцатом веке. Тогда была разработана концепция термальной электростанции. Однако на практике она показывала очень низкую эффективность, ведь концепция подразумевала трансформацию энергии солнца. Проанализировав первую неудачу, ученые пришли к выводу, что необходимо использовать солнечные лучи напрямую. Такой принцип был открыт в 1839 году. Его основал Александр Беккерель. Однако до появления первых полупроводников прошло немало лет. Они были изобретены лишь в 1873 году. Этот год можно назвать началом работы над современными прототипами электростанций.

Если говорить о том, из чего состоит солнечная батарея, то изначально стоит упомянуть фотоэлементы. Их можно назвать маленькими генераторами. Именно они выполняют основную функцию – собирают энергию солнца. Сегодня есть несколько видов солнечных панелей, о которых будет рассказано в следующем разделе. Однако, независимо от вида, современная панель представляет собой основу определенного размера, на которой размещаются вышеупомянутые фотоэлементы. Эти элементы очень хрупкие, поэтому они дополнительно защищаются стеклом и полимерной подложкой.

Однако солнечные панели – это лишь часть всей электростанции. Также в нее входят другие элементы:

1. Аккумуляторная батарея.
2. Контролер заряда.
3. Инвертор.
4. Стабилизатор.

Каждый из перечисленных устройств выполняет свою функцию. Аккумулятор – накапливает и хранит добытую энергию, контролер – контролирует мощность, подключает и отключает батарею, анализируя уровень заряда. Инвертор называют еще преобразователем. Это оборудование превращает прямой ток в переменный. Благодаря ему электричество можно использовать для бытовых целей. Последней составляющей электростанции является стабилизатор. Он защищает всю систему от скачков напряжения.

Какие виды солнечных батарей существуют?

Есть несколько классификационных признаков, по которым все солнечные панели делятся на разные виды:

1. Тип устройств.
2. Материал изготовления фотоэлектрического слоя.

По типу устройства выделяют два вида: гибкие и жесткие. Первый тип отличается своей пластичностью. Такую панель можно легко скрутить в трубочку, ничего не повредив. Твердая панель не меняет своей формы. По материалу изготовления есть три вида: аморфные, поликристаллические, монокристаллические.

Аморфные батареи могут быть гибкими. Они непривередливы к месту установки, но КПД такого устройства очень низкий. Он составляет не более шести процентов. Поликристаллические изделия отличаются низкой ценой. Однако они более эффективны в пасмурную погоду. В очень жаркую погоду их выработка снижается чуть больше чем у монокристаллических модулей.

Если необходим максимальный эффект от электростанции, то следует отдавать предпочтение панелям с монокристаллическими элементами. Уровень их КПД достигает двадцати пяти процентов. Монокристаллические панели являются более дорогими, так как монокристаллический кремний при производстве требует больших энерго и временных затрат.

Виды пластин фотоэлементов

Виды пластин фотоэлементов

По технологии изготовления кремниевые пластины ФЭП бывают двух видов: монокристаллические и поликристаллические. Монокристаллические выполняются в виде квадрата со скошенными углами, поликристаллические – ровные квадраты. Но форма – не главное их различие.

Монокристаллические ФЭП делают из искусственно выращенного цельного кристалла кремния. А поликристаллические получают достаточно простым и недорогим методом постепенного охлаждения расплавленного кремния. 

Поэтому монокристаллические фотоэлементы имеют однородную структуру и более высокий коэффициент полезного действия (КПД). Однако себестоимость их производства выше,  они дороже, чем поликристаллические пластины.

Минусом поликристаллических пластин является их невысокая производительность  – не больше 15%. Это связано с их недостаточной чистотой и внутренней структурой. КПД  монокристаллического фотоэлемента достигает уже 20-25%.

Сфера применения солнечных батарей

С разработкой новых технологий и развитием концепции питания от солнечной энергии сфера применения панелей стала довольно широкой. Раньше такие устройства обычно устанавливались на небольших частных домах или дачах. Они применялись исключительно в бытовых нуждах, так как потребляемая мощность была минимальная. Сейчас же есть мощнейшие электростанции, показывающие высокую эффективность работы. По этой причине сфера применения панелей стала больше.

Интересный факт! Энергии, которую выделает Солнце за одну секунду, может хватить для обеспечения электричеством всего человечества на пятьсот тысяч лет.

Солнечные батареи стали активно применяться на промышленных и коммерческих объектах, позволяя значительно экономить на их энергоснабжении. Также панели устанавливают на сельскохозяйственных предприятиях, на фермах, военно-космических объектах. Менее мощные панели применяются для изготовления различных приспособлений для быта: фонариков, калькуляторов, зарядных устройств, др. Они служат источником энергии там, где нет возможности подключиться к центральной сети. Такие приспособления пользуются большим спросом у охотников, рыбаков, любителей походов.

Важно! Солнечные электростанции современного образца будут эффективны везде: как в доме, так и на большом промышленном объекте. Однако для этого они должны быть правильно подобраны по необходимой мощности. Расчет данного параметра должен осуществляться специалистом.

Как работает солнечная панель: принцип работы устройства простым языком

Если предстоит покупка солнечных батарей, то нужно обязательно ознакомиться не только с их устройством, но и с принципом работы. Итак, как работает солнечная панель? Несмотря на внешнюю простоту устройства, принцип работы такой электростанции довольно сложный. Он основан на фотоэлектрическом эффекте, который достигается при помощи фотоэлементов.

Солнечные панели собирают лучи. Они попадают на фотоэлектрический слой. Солнечный свет приводит к высвобождению электронов из двух слоев. На освободившиеся место из первого слоя встают электроны второго слоя. Происходит постоянное движение электронов, что приводит к естественному образованию напряжения на внешней цепи. В результате один из фотоэлектрических слоев приобретает отрицательный заряд, а второй – положительный.

Эти действия приводят в работу аккумулятор. Он начинает набирать и хранить заряд. При этом уровень заряда аккумулятора постоянно контролируется. Если он низкий, контролер включает в работу солнечную панель. В случае высокого заряда это же устройство панель отключает. Далее включается в работу инвертор. Он преобразовывает ток из постоянного в переменный. С его помощи на выходе электростанции появляется напряжение в 220 В. Это дает возможность подключать и питать от электростанции бытовые приборы.

Подключение солнечной панели

Эффективность и правильность работы солнечных батарей зависит не только от их вида, мощности, но и от установки и подключения. Должна быть разработана правильная схема подключения всех элементов электростанции и грамотно выбрано место для установки солнечных панелей. Такую работу можно доверять только профессионалам.

Не секрет, что выходное напряжение одной панели относительно невысокое. Обычно используются несколько батарей одновременно. Все панели должны подключаться параллельно-последовательным способом. Такой тип подключения позволяет обеспечивать максимальную эффективность работы оборудования.

Преимущества, недостатки панелей

Солнечные батареи стали дешевле, что сделало их доступнее для более широкого круга потребителей. Однако перед покупкой каждый человек должен детально ознакомиться с преимуществами и недостатками этого источниками энергоснабжения. Среди его неоспоримых достоинств стоит отметить следующие:

• экологическая безопасность. В наше время экология – это одна из насущных проблем. Солнечные электростанции работают без вреда окружающей среде. Они не выделяют при работе вредных веществ;
• быстрая окупаемость. Стоимость электричества, как для бытовых пользователей, так и для предприятий, постоянно растет. С установкой панелей удается полностью или частично перейти на альтернативный источник энергии, являющийся абсолютно бесплатным и доступным каждому. Благодаря этому, покупка и установка оборудования окупается за считанные годы работы;
• легкость использования электростанции. Несмотря на сложное устройство и принцип работы, эксплуатировать станцию довольно просто. Главное – следить за исправностью ее составляющих и не экономить на обслуживании, которое требуется не так часто;
• быстрая установка. Профессионалы монтируют все элементы станции буквально за несколько часов или дней (в зависимости от количества панелей, мощности, др.). Больше времени занимает подбор составляющих и покупка оборудования.

Недостатки у таких установок тоже имеются. Самый основной заключается в дороговизне оборудования. Однако не стоит забывать, что большой вклад при покупке быстро окупится многолетним бесплатным использованием энергии солнца. Вторым серьёзным недостатком солнечных панелей является их зависимость от внешних факторов. Эффективность их работы зависит от погоды, температурных условий, положения по отношению к Солнцу, от чистоты поверхности.

Как достичь максимальной эффективности работы батарей?

Солнечную электростанцию имеет смысл ставить только в регионах с длительным световым днем. Там, где день короткий, можно применять панели только в качестве дополнительного источника света, но не основного. Как уже было замечено, разные виды солнечных батарей имеют свой КПД. Чтобы добиться максимального эффекта, следует выбирать устройства с максимальной производительностью, несмотря на их дороговизну.

Большую роль будет играть правильность расчета мощности всей установки. Это позволит подобрать необходимый размер и количество панелей, мощность других комплектующих станции. Также залогом эффективной работы панелей является мощный аккумулятор. В системе должно быть два аккумулятора, особенно в зимнее время года. Второй аккумулятор позволит накапливать достаточно энергии для обеспечения электричеством объекта в короткие световые дни.

Нельзя забывать и о других факторах, которые влияют на работу станции. Панели должны быть расположены под правильным углом, их нужно обязательно держать в чистоте. В противном случае, КПД батарей будет значительно снижаться.

Что влияет на энергоэффективность солнечных панелей?

 Энергоэффективность – важный показатель солнечных панелей. Для примера, один фотоэлемент (одна пластина) способен при солнечной погоде произвести энергию, которой будет достаточно лишь для зарядки карманного фонарика. Поэтому когда речь идет о более серьезных масштабах генерирования электроэнергии, ФЭПы обычно объединяют в цепи (параллельное соединение – для увеличения напряжения, последовательное – для увеличения силы тока). Их количество и структура во многом определяют  энергоэффективность панелей. Кроме того, на энергоэффективность гелиопанелей влияет такие факторы:

• мощность светового потока;
• угол падения солнечных лучей;
• правильный подбор сопротивления нагрузки;
• температура окружающего воздуха и самой панели;
• отсутствие или наличие антибликового покрытия элементов.

Например, солнечный элемент и сама панель во время работы постепенно нагреваются. Та часть энергии, которая не пошла на производство электрического тока, трансформируется в тепло. Поэтому часто температура на поверхности панели может достигать значений более 50Сº. Однако чем выше температура поверхности, тем хуже работает фотоэлемент.  Это значит, что одна и та же панель в разную погоду работает по-разному: менее эффективно в жару, и более эффективно в холод, а максимальную эффективность показывает в солнечный морозный день.

Перспективы развития использования солнечной энергии

Схема электросети при использовании солнечных батарей.

Установка на крышах домов в городах солнечных преобразователей очень перспективна для экономии электроэнергии, но требует государственной поддержки. Например, бытовым потребителям фотоэлектрической энергии в Германии субсидируют коммунальные платежи.

В государствах, где солнечные дни преобладают (Испания, Израиль), разрабатываются проекты жилых и промышленных зданий с солнечными батареями на крыше. Сложность технологии производства и высокая стоимость фотоэлементов не позволяют добиться массового производства.

Электромобили сегодня реально эксплуатируются, но в небольших масштабах из-за необходимости частых подзарядок аккумуляторов. Зарядка автомобильных аккумуляторов солнечными батареями — это прорыв в автомобильной промышленности по созданию конкурентоспособных электромобилей.

По долгосрочным техническим прогнозам к середине 21 века, себестоимость электроэнергии фотоэлементов приблизится к себестоимости ее типовых поставщиков. С точки зрения экологии, автономные мощные источники электроэнергии в виде солнечных батарей получат широкое распространение.

Плюсы и минусы солнечных батарей

Солнечная батарея обладает своими преимуществами и недостатками. Рассмотрим их более подробно.

Плюсы:

• Высокая экологичность.При эксплуатации не используются невосполнимые ископаемые, не возникает отходов.
• Отсутствие шума.
• Доступность. Каждый уголок Земного шара освещается Солнцем.
• Постоянство. Если ископаемые могут закончиться, их выработка уменьшиться, то наcчет солнечной энергии беспокоиться не стоит. По данным ученых, нашему светилу еще долго ничего не грозит.
• Обширная область использования.Панели могут применяться как в сельской местности, так и в космосе.
• Новые технологии. На солнечных батареях проводят испытания, на их усовершенствование тратятся громадные суммы, данная область постоянно модернизируется, подвергается инновациям.

Минусы:

• Дороговизна. Не каждый человек может позволить себе установить достаточное количество солнечных элементов питания для обеспечения своих нужд. Электрификация небольшого дачного домика обойдется в 1000-1200 долларов, в то время как на двухэтажных особняк может уйти до 10 000 у.е.
• Солнечное освещение – непостоянная единица.КПД батареи будет снижаться в ночное время, пасмурную погоду.

Комплектация батарей

О солнечных батареях множество людей думают ошибочно. Ведь сама по себе панель на крыше не может дать переменный ток.

Чтобы обеспечить жилище электричеством, придется приобрести:

1. Собственно солнечные панели. Это тот элемент конструкции, который крепится на стены или крышу дома. При попадании кванта солнечного света кремниевые кристаллы начинают колебаться, и создается электрический ток.
2. Аккумулятор. Энергия, которая не пошла на расход бытовых нужд, аккумулируется в этом приборе, и потом ночью или в ненастную погоду она расходуется.
3. Контроллер напряжения.Этот элемент является скорее не обязательным, а желательным. Он повышает продолжительность жизни аккумулятора, сообщает о его предельно низком и высоком заряде.
4. Инвертор, или преобразователь энергии. В аккумуляторе электрический ток находится в постоянном значении, а для бытовых нужд необходим переменный. Инвентор и совершает данное преобразование.

Как мы видим, солнечные панели – это лишь малая часть системы. Они сами состоят из более мелких элементов – модулей. Раз устройство данных элементов питания модульное, при необходимости посредством подсоединения составляющих вы можете добавить панели или убрать лишние.

Список плюсов солнечных панелей

1. Дает возобновляемую энергию Так как энергия, которая хранится в солнечных панелях, поступает от солнечной энергии, которая является возобновляемой, солнечные панели излучают возобновляемую энергию, которая доступна ежедневно и практически во всем мире. Независимо от того, перемещается ли человек в отдаленном районе или находится вне сети, до тех пор, пока светит солнце и у него установлены солнечные батареи, в его или ее дом будет подаваться электроэнергия. И, по словам ученых, Солнце будет продолжать излучать солнечную энергию еще как минимум на 5 миллиардов лет, что делает солнечные панели пригодными для использования в течение длительного времени.

2. Различное применение Солнечные панели имеют разнообразное применение в жилых и коммерческих помещениях. Они используются не только для подачи электричества в дома, но и для нагрева воды и запуска автомобилей на солнечных батареях. Поскольку солнечные панели можно использовать для дистилляции воды в местах, где есть ограничения на доступ к чистой воде, и для подачи электроэнергии в местах, которые находятся за пределами сети, они считаются различными, когда речь идет о приложениях. Солнечные панели, а также солнечная энергия используются даже в строительстве домов, что расширяет применение этого источника энергии.

3. Меньшие счета за электроэнергию Одним из наиболее практичных и главных преимуществ солнечных панелей является их способность снижать потребление энергии. Просто сохраняя солнечную энергию в солнечных панелях, владельцы дома не должны использовать электроэнергию, продаваемую на коммерческой основе, поскольку они могут использовать свои приборы в ночное время с использованием солнечных панелей. Следовательно, счета за электроэнергию будут сокращены. Конечно, важно отметить, что экономия потребления энергии зависит от размера солнечных батарей. Кроме того, помимо сокращения энергопотребления, домовладелец также имеет возможность получать бонусные выплаты, если из солнечных панелей вырабатывается больше электричества и используется меньше, а излишки будут отправляться в сеть. А благодаря использованию энергии, хранящейся в солнечных панелях в пиковые периоды, когда тарифы на электроэнергию высоки, можно добиться большей экономии.

4. Технологические достижения Благодаря динамике технологий, постоянному развитию и исследованиям солнечные панели станут потребностями каждого домашнего хозяйства в будущем. Со временем будут внедрены усовершенствования в технологии и дизайне солнечных батарей, и популярность этих возобновляемых источников энергии не уменьшится.

5. Стоимость обслуживания. С учетом гарантии, предлагаемой дистрибьюторами солнечных панелей, которая может длиться десятилетиями, затраты на техническое обслуживание солнечных панелей минимальны. Более того, требования к обслуживанию этих панелей также не являются чрезмерными. Их нужно только регулярно чистить. Что касается деталей, то нет никаких частей, подлежащих замене, за исключением инвертора, который может нуждаться в замене от пяти до десяти лет. Тем не менее, когда дело доходит до износа, ожиданий меньше.

Список минусов солнечных панелей

1. Ненадежный Несмотря на обещание электричества солнечных батарей, критики говорят, что они не являются надежными источниками энергии или электроснабжения, поскольку они не могут работать максимально при некоторых погодных условиях, таких как штормы, облачные и дождливые дни. Поскольку они зависят от света, идущего от солнца, он не столь надежен в дождливую погоду и в месяцы, когда солнечной энергии, поступающей от солнца, недостаточно. Это поверх солнечных панелей, не способных накапливать энергию ночью.

2. Дорогие домовладельцы, которые могут захотеть использовать солнечные батареи, должны инвестировать довольно большую сумму денег не только на покупку этих панелей, но и на их установку. Деньги должны быть представлены заранее, и должны быть произведены платежи за инвертор, батареи, панели и проводку. Эти расходы являются дорогостоящими. Кроме того, если домовладелец решит установить солнечные батареи, может потребоваться переоборудование и реконструкция дома, что также может быть дорогостоящим.

3. Загрязнение Несмотря на то, что использование солнечных панелей связано с зеленой жизнью, и загрязнение, которое они излучают, не так сильно, как химические вещества и токсичные отходы от других источников энергии, таких как уголь и ископаемые, говорят, что установка и транспортировка солнечных панелей способствуют выброс зеленых газов в атмосферу. Кроме того, производство этих солнечных батарей использует опасные продукты и токсичные материалы.

4. Затраты на хранение энергии Помимо затрат, связанных с приобретением и установкой солнечных батарей, необходимо хранить энергию, которая будет использоваться солнечными системами. Если собранная энергия не используется сразу, хранение в батареях является обязательным условием. Чтобы эти батареи работали в солнечных системах, которые находятся в отдаленных районах без коммерческого электричества, их необходимо заряжать в течение дня. Этот процесс дорог, так как большие батареи должны быть доступны, особенно если нет электричества в течение ночи или в течение всего дня.

5. Требуемое пространство Если для объекта или сооружения требуется больше электричества, чем обычно, необходимо установить множество солнечных батарей и использовать более крупные. Это количество солнечных систем может занимать много места, особенно если крыша недостаточно велика для размещения панелей. Чтобы решить эту проблему, должно быть дополнительное пространство для установки, и это пространство должно быть доступно солнечному свету.

Солнечные панели практичны в снижении потребления электроэнергии, но они также могут быть дорогостоящими для инвестиций. Но, несмотря на разногласия, вес преимуществ от их использования в качестве возобновляемых источников энергии имеет большее значение, чем преимущества.

КПД солнечных панелей

Стандартные фотоэлементы из кремния – однопереходные, то есть переток  электронов осуществляется только через один p-n-переход, зона которого ограничена по энергии фотонов. Это означает, что каждый отдельно взятый ФЭП может производить электроэнергию лишь от лучей определенного узкого спектра. Остальная энергия света пропадает впустую. Это и является основной причиной не очень высокой эффективности фотоэлементов.

КПД солнечных панелей сегодня пытаются повысить разными способами. К примеру, одно из решений  – каскадные (многопереходные) кремниевые элементы. Каждый из таких ФЭП имеет несколько переходов и рассчитан на определенный спектр солнечных лучей.  В сумме эффективность преобразования лучей света в электрический ток увеличивается, а с ним и производительность панели в целом. Однако цена таких элементов выше, чем однопереходных. Поэтому в каждом конкретном случае потребитель должен решать дилемму, что ему важнее – цена или энергоэффективность.

Обычно число фотоэлементов в одной солнечной панели кратно 12, а номинальная мощность одного такого устройства составляет от 30 до 350 Вт. Наиболее низким КПД, от 5% до 10%, обладают аморфные, органические  и фотохимические ФЭП. Такая панель площадью 1м2 будет вырабатывать от 25 до 50 Вт/ч электроэнергии.  КПД самых распространенных сегодня кремниевых солнечных батарей составляет 17 – 25%. Это означает, что на 1м2 площади панели генерируется до 125 Вт/ч. Вообще же, разработчики по всему миру сегодня работают над увеличением КПД до 30%, и такие решения уже есть. Например,  солнечные панели на основе арсенида галлия. Именно они способны составить конкуренцию кремниевым панелям, а при площади 1м2 такая панель даст электроэнергии в объеме 150 Вт/ч.

На что обратить внимание при покупке солнечных батарей для дома

Данная информация будет полезна, если вы решили перейти на солнечный источник энергии. Приобретая все комплектующие для такой системы, нужно знать, где можно сэкономить, а на что обратить особое внимание:

1. Покупайте составляющие (панели, аккумулятор, инвертор) в конце зимы-начале весны. Как правило, магазины в это время предоставляют большие скидки.
2. Не покупайте сразу много солнечных батарей.Помните, что эта система модульная, и добрать необходимое количество для обеспечения нужд бытовой техники очень просто.
3. Желательно заменить все лампы накаливания в доме на светодиодные или LED. Они потребляют меньше энергии, а срок службы у них дольше.
4. Для дома приобретайте солнечные батареи с выходным напряжением в 12 В. Именно такие значения подойдут для бытовой техники, очень мало приборов используют 24 В и 48 В. Все показатели напряжения вы можете найти в паспорте устройств.

При выборе солнечных батарей обратите внимание, что каждая должна быть помещена в защитный корпус из алюминия. Этот металл легкий, прочный, стойкий к коррозии. Сверху защитное стекло должно быть матовым, не давать глянца и бликов.

Обеспечивать свой дом уютом, теплом и не платить за электричество вполне возможно. Для этого нужно установить такую систему энергоснабжения. Но стоит учитывать, что она тоже требует значительных вложений и обладает рядом нюансов. Изучив все положительные и отрицательные стороны, мы надеемся, что вы сделаете правильный выбор.

Как применяются солнечные батареи

Фотоэлементы удобны тем, что могут быть размещены на любой поверхности или встроены в различные устройства. Главное, чтобы на них попадало достаточное количество света.

Из этой части вы узнаете, как солнечная энергия используется в домах, для зарядки электроники, на улицах городов и в медицине.

Жилые помещения

Солнечные батареи для дома пользуются популярностью уже не первый год.

Для питания частного дома или дачи нужен следующий набор оборудования:

• солнечные панели;
• контроллер заряда;
• аккумулятор;
• инвертор.

На практике всё выглядит так:

1. Солнечный свет поглощается элементами панелей, которые в итоге выдают постоянный ток. Для нужд одного дома обычно нужно около 20 панелей. Их точное количество рассчитывается в зависимости от количества потребителей и уровня солнечного излучения в конкретном регионе.
2. Аккумуляторы накапливают поступающую энергию. Это позволяет обеспечивать стабильное питание для электроприборов в ночное время или во время облачной погоды.
3. Инвертор преобразует постоянный ток в переменный, от которого работает большинство домашней техники.
4. Контроллер заряда играет одну из ключевых ролей в этой схеме – защищает аккумулятор от перезаряда или полной разрядки, а также обеспечивает подачу тока к инвертору или потребителям постоянного тока.

Читайте также: Изобретения Николы Теслы, изменившие мир. Во многом именно благодаря вкладу этого человека для передачи электричества используется переменный ток.

Сами панели обычно устанавливаются на крыше дома и/или на специальные опоры. Некоторые жители многоквартирных домов также умудряются использовать солнечную энергию.

Уже сегодня доступны варианты с выбором самых разнообразных текстур. То есть дополнительно солнечные батареи начинают выполнять декоративную функцию.

Интересный факт! Стандартная домашняя солнечная система в год экономит до 1200 кг углекислого газа.

Отдельное внимание заслуживает кровельный материал с интегрированными фотоэлементами. Речь идёт о черепице Solar Roof, разработанной компанией Tesla. Это современное и долговечное решение для дома.

Черепица Solar Roof и аккумуляторы Tesla

Окупается установка солнечных батарей через 3-4 года. При этом в дальнейшем вы получаете источник бесплатного электричества, требующий минимального обслуживания.

Зарядные устройства и портативные источники питания

Особую популярность последнее время приобрели небольшие переносные блоки с фотоэлементами. Наиболее востребованы они среди любителей вылазок на природу. Так каждый может закупить необходимое количество небольших панелей и собрать свою переносную мини-электростанцию.

Такой блок можно купить по доступной цене

А так может выглядеть самодельная солнечная зарядка:

В походе от неё можно заряжать телефоны, фотоаппараты и прочую электронику. Можно зарядить и Power bank на случай, если понадобиться источник питания ночью или в пасмурную погоду. Кстати, сегодня и сами Павербанки оборудуются солнечными модулями.

Фотоэлементы встраиваются в самые разнообразные походные принадлежности. Например, на том же Алиэкспрессе без проблем можно отыскать рюкзак с солнечной панелью.

Или даже целую палатку.

Кстати, не забывайте использовать кэшбек, заказывая что-то в Интернете. Об этом у нас есть отдельная статья.

Заканчивая тему оригинальных источников энергии, стоит упомянуть такое интересное решение, как солнечная розетка. Она крепится на стекло, освещаемое солнечными лучами. Понятно, что для бесперебойного питания бытовой техники она не подходит, но для подзарядки гаджетов это отличный вариант.

Энергосбережение на улицах городов

Солнечные батареи повсеместно используются в обустройстве городов всего мира. Они питают фонари, светофоры, вывески, терминалы и многоженство других уличных объектов.

В некоторых странах часто можно увидеть уличные деревья с солнечными панелями, которые вырабатывают энергию для подзарядки смартфонов, раздачи Wi-Fi и освещения улиц.

Солнечное дерево eTree в Израиле

Дерево на солнечных батареях в Дели

Отельное внимание заслуживает интеграция фотоэлементов в дорожное покрытие. Примером тому проект Solar Roadways. Идея в том, чтобы постепенно заменить весь асфальт на специальные экопанели, которые будут не только перерабатывать солнечную энергию в электричество, но и выполнять ряд других задач:

• растапливание снега;
• «умная» дорожная разметка;
• подсветка в тёмное время суток;
• отвод и фильтрация дождевой воды;
• подсветка всех объектов на дороге: автомобили, люди, животные и пр.

Пока проект на стадии разработки.

Другой пример – это SolaRoad – уже готовая велосипедная дорожка из солнечных панелей. Находится она в городе Кроммени (Нидерланды). Дорожка состоит из модулей 2,5 x 3,5 м, а общая её протяжённость – 90 м. Выработанная энергия используется для освещения улиц и поступает в городскую электросеть.

Медицина

Жители отдалённых регионов Африки нуждаются в качественном медицинском обслуживании и лекарствах. Оптимальным решением стали мобильные клиники, которые перемещаются от поселения к поселению с помощью верблюдов. Из-за особенностей рельефа другой транспорт здесь использовать нельзя.

Главной проблемой всегда была перевозка препаратов в условиях высокой температуры – без охлаждения они быстро приходят в негодность. Решением стало использование холодильников, которые питаются от солнечных батарей. Всё необходимое устанавливается на верблюда с помощью специальной бамбуковой рамы.

Теперь жители африканских посёлков лучше обеспечены нужными медикаментами

Другой интересный пример – это фотоэлементы, для вживления под кожу. Сегодня для замены батарей различных имплантатов, например, кардиостимулятора необходимо проводить вмешательство в организм. Если для питания использовать аккумуляторы, заряжающиеся от солнца, то регулярно менять батареи не придётся. Подкожная пластина в несколько раз тоньше волоса и имеет площадь 0,07 см2.

По итогу

Солнечные панели сегодня находят применение буквально везде. Несомненно, что на данном этапе не все перечисленные проекты эффективны и финансово оправданны. Но такие примеры доказывают, что будущее солнечной энергетики не так туманно, и рано или поздно человечество слезет с «нефтяной иглы» и перестанет отравлять атмосферу.

Обязательно ознакомьтесь со второй частью, где мы рассматриваем электромобили на солнечной энергии, возможность строительства космической солнечной электростанции и множество необычных решений с использование солнечных батарей.

Самые интересные и нужные варианты применения солнечных батарей на ваш взгляд:

• Солнечные панели для дома
• Солнечная черепица
• Дорожное покрытие с солнечными батареями
• Энергосберегающие фонари и светофоры
• Power bank с солнечными батареями
• Солнечная розетка
• Питание имплантов от солнечных модулей
• Охлаждение лекарств с использованием солнечной энергии
• Зарядное устройство с фотоэлементами
• Походные принадлежности с солнечными элементами (рюкзаки, палатки и пр.)
• Другой вариант (напишу в комментариях)
• Солнечные деревья