сонячні батареї (панелі): що це таке, використання, плюси і мінуси, ціни і світові виробники

Подумати тільки, ще 60 років тому сонячні батареї були дивом техніки, яке можна було спостерігати лише на космічних апаратах. Сьогодні ж це звичне джерело екологічно чистої і безкоштовної електроенергії. І, скажемо більше, джерело невичерпне, адже сонце буде висвітлювати нашу планету ще мільйони років. Геліопанелі вже перестали бути прерогативою космонавтики або промислового сектора — використовувати їх для потреб власного будинку може будь-хто. Ми в https://worldbank.org.ua з'ясували все найголовніше про солярних установках-принцип роботи, плюси і мінуси, кращі виробники і середні ціни в 2022.

Сонячна батарея-це (коротка довідка)

Сонячна батарея (панель) — конструкція з фотоелементами (фотоелектричними перетворювачами), напівпровідниковими складовими, здатними прямим шляхом перетворити геліоенергію в постійний електрострум. Це відрізняє геліобатарею від сонячного колектора, який нагріває елемент-теплоносій.

Подібні солярні батареї виступають елементами сонячних електричних станцій-комплексу:

• Однієї або декількох крихких кремнієвих геліопанелей (фотоелементів), захищених полімерною підкладкою і склом;
• Інвертора-перетворювача постійного струму в змінний;
• Контролера заряду;
• Стабілізатора;
• У ряді установок: акумулятора і сонячного трекера.

Назва «сонячна батарея» є не зовсім вірним для подібних пристроїв: геліопанелі не акумулюють енергію, а виробляють, генерують її з енергії Сонця. Тільки деякі солярні комплекси забезпечуються акумуляторами.

Коротка історія появи та поширення геліобатарів

Передумовою сучасних солярних електростанцій Науковий світ вважає відкриття французького фізика Олександра Едмона Беккереля: в 1842 році він встановив, що сонячне світло можливо перетворювати в електричну енергію. Слідом за ним винахідник Чарльз Фріттс провів низку успішних дослідів: вчений задіяв елемент селен для переходу світла в електрику. Що стосується прототипів сонячних батарей-панелей, їх вперше представив фотохімік Джакомо Луїджі Чамічан ( Італія ).

Про виробництво геліопанелей в промислових масштабах вперше заявила 25 квітня 1948 американська корпорація Bell Laboratories. Над проектом працювала талановита трійка з Деріла Чапіна, Кельвіна Соулзера Фуллера, Геральда Пірсона. Ефективність створеної ними солярної установки була не вище 6 %, проте винахід могло живити енергією Сонце радіопередавач і іграшкове чортове колесо.

Індустрія сонячної енергетики при цьому продовжувала активно розвиватися: 17 березня 1958 Сполучені Штати запустили в Космос супутник "Авангард-1", Що працює на геліобатареї. Трохи пізніше, 15 травня 1958, Радянський Союз заявив про успішний пуск апарату «Супутник-3», також функціонуючого на сонячних панелях.

Чотири види сонячних батарей-панелей

Всі існуючі установки для перетворення сонячної енергії в постійний і змінний струм поділяються на три типи, в залежності від сорту використовуваного для виробництва пластин фотоелементів кремнію. Крім них, виділяються інноваційні прозорі батареї.

Монокристалічні

Дають максимальний ефект, особливо при сонячній погоді — в таких умовах ККД доходить до 25 %. Однак це і найдорожчі геліопанелі.

Плюси:

• Найвищий ККД-22 %;
• Найкомпактніші серед різновидів аналогічної потужності;
• Служать до 25 років.

Мінуси:

• Висока вартість;
• Чутлива до забруднень поверхню.

Полікристалічні

Найекономічніші, відрізняються більшою ефективністю в похмурі дні. Однак майте на увазі, що пристрій не володіє мініатюрними розмірами.

Плюси:

• ККД (коефіцієнт корисної дії) до 18 %;
• Мінімальне число бракованих виробів;
• Вартість на 10% нижча, ніж на монокристали.

Мінуси:

• Порівняно великі розміри;
• Чутливі до високих температур — знижується ККД.

Аморфні

Гнучкі і пластичні — можна навіть скрутити в трубочку, не завдаючи пошкоджень. Невибагливі до локації установки, проте ККД (коефіцієнт корисної дії) таких пристроїв — не більше 6 %. Серед інших особливостей інноваційні установки з аморфного кремнію виділяються високою якістю, компактними розмірами — через відсутність кремнієвих осередків і плівок.

Даний тип геліопанелей однаково добре підходить для похмурої погоди, розсіяного слабкого світла, жаркого клімату або недостатньої освітленості. Аморфні установки вибирають не тільки жителі регіонів зі слабкою активністю Сонця і коротким світловим днем, а й власники будинків, де установка модуля можлива лише на північній або тіньовій стороні.

Плюси:

• Естетичний дизайн;
• Низька ціна;
• При високій температурі підвищується ККД;
• Відмінні показники при розсіяному світлі;
• Працює без деградації до 20 років.

Мінуси:

• Порівняно невелика потужність - до 160 Вт;
• Займають більше площі — для підвищення потужності доводиться розміщувати більше батарей.

Прозорі 

Прозорість можлива завдяки використанню тонкої плівки аморфного кремнію та прозорої Кремнієвої мікро-плівки, нанесеної на скляну основу. Це дозволяє використовувати геліопанелі для скління, виробництва вікон, огорож, рекламних банерів. На ринку є моделі різного кольору, різної міцності.

Плюси:

• Низька вартість;
• Естетичний зовнішній вигляд;
• Можливість використання при склінні будівель;
• Елемент дизайну та архітектури.

Мінуси:

• Дуже невисокий ККД.

Щоб поодинокі установки давали більше потужності, вже на місці умільці збирають окремі панелі в комплекси — фотоелектричні солярні модулі.

Принцип роботи геліобатареї простими словами

Якщо уявити процес спрощено, то він вкладеться в чотири етапи:

1. Енергія Сонця потрапляє на кремнієві пластинки панелі.
2. Пластини сильно нагріваються, що звільняє електрони.
3. Електрони починають рух по провідниках.
4. Провідники дають заряд акумуляторним батареям.

Свою лепту в генерацію і накопичення енергії вносить кожен "гвинтик" системи:

• Фотоелементи з кремнієвих пластин збирають сонячну енергію;
• Контролер стежить за потужністю, активуючи / дезактивуючи батарею в залежності від рівня заряду;
• Акумулятор зберігає та зберігає електричну енергію;
• Інвертор перетворює постійний струм в змінний, що робить можливим використання електрики для побутових цілей;
• Стабілізатор захищає весь комплекс від перепадів напруги.

Геліопанелі зобов'язані широким поширенням, в тому числі, і простотою свого функціонування. Як ми бачимо, їх принцип роботи укладений в фотоелектричному ефекті. Так називається здатність перетворювати сонячне світло в електрострум. Явище також називають ефектом напівпровідників. Найефективнішим з останніх вважається кремній, тому з нього і виготовляється верхня пластина установки.

З чого складається сонячна батарея: пристрій геліопанелі

Сонячна батарея має одночасно простий і ефективний пристрій:

1. Блоки перетворення. Це ті самі кремнієві елементи, здатні перетворювати сонячне світло в струм. Вони підключаються паралельно-послідовним способом, що гарантує отримання максимальної напруги і потужності. Якщо ми розкладемо кожну пластину на складові, то побачимо наступне: скляний шар, прозорий клей, контакт, N-шар, проміжний, р-шар, контакт, підкладка.
2. Акумулятори.  крім основного, передбачається резервний. Батареї потрібні для накопичення електроструму, але їх функції поділяються. Якщо основна постачає об'єкт струмом, то резервна збирає електричний ресурс і включається в роботу тільки при падінні напруги.
3. Контролери та діоди. перші контролюють заряд акумуляторної батареї, а другі оберігають систему від перегріву.

Вся конструкція закріплюється в корпусі геліопанелі.

"За і проти": плюси і мінуси сонячних модулів

Як і багато корисних установок, геліобатареї мають свої переваги та недоліки. Серед головних достоїнств:

1. Екологічна безпека.
2. Швидка окупність.
3. Простота використання.
4. Швидкий монтаж і установка.
5. Доступ до безкоштовної електроенергії.
6. Тривалий (до 25 років) термін служби.
7. Безшумна робота.
8. Легке обслуговування — потрібно лише зчищати пил і сніг.
9. Мінімум корисного місця — може встановлюватися на даху.

Але не можна не звернути увагу і на мінуси:

1. Порівняно висока ціна — особливо, якщо потрібна потужна станція.
2. Нестабільна генерація електрики — тільки при сонячному світлі.
3. Чим більше потрібно енергії, тим більше площі займають панелі.
4. Низьке поглинання світла. На сучасному етапі розвитку фотоелементи можуть обробити тільки до 20% надходить сонячного світла.
5. Маленький ККД (коефіцієнт корисної дії). У порівнянні з класичними джерелами енергії виробляють не більше 15 %.
6. Не така і безкоштовна енергія. Зрозуміло, сонячні промені безкоштовні, але придбання, монтаж, обслуговування та ремонт геліопанелей вимагають відповідних витрат.
7. Не найкращий варіант для високопотужного обладнання. Сонячні панелі розробляються під техніку і електроніку стандартної потужності.

На співвідношення плюсів і мінусів також впливають географічні, кліматичні та погодні фактори. Так, в країнах Середземномор'я переваг від роботи установки буде більше, ніж в Сибіру.

Сім способів використання солярних батарей

Геліопанелі широко використовуються в побуті, промисловості та народному господарстві:

1. Енергозабезпечення приватних будинків, комерційних приміщень, промислових будівель. Установка на дахах подібних модулів більш характерна для тропіків і субтропіків, що радують місцевих жителів великою кількістю сонячних днів. Так, геліобатареями вже не здивувати населення держав Середземномор'я.
2. Сонячні батареї в якості дорожнього покриття. Інновація здатна на 100% забезпечити електроенергією міське освітлення і світлофори. Так, в 2014 в Нідерландах була запущена перша на планеті велотраса з солярних панелей, а в 2017 в селі Trouver-au-Perche ( Франція ) відкрили першу в світі автодорогу з термостійких і ударостійких геліобатарей.
3. Космонавтика. Сонячні панелі-основне джерело живлення космічних апаратів. Геліоустановки працюють без відходів, не забруднюють космос і не шкодять екології Землі. Однак вони практично марні в місіях, віддалених від сонця: на Марсі геліомодулі працюють вже в 50% від земної потужності, так як сонячного світла надходить в два рази менше, ніж на «блакитну планету».
4. Портативна електроніка. Сонячними батареями постачають міні-техніку на зразок калькуляторів, ліхтариків і музичних плеєрів, щоб забезпечити електрикою або наситити енергією їх Зарядні пристрої.
5. Електромобілі. У 2008» Тойота " випустила гібрид-кар Prius, на даху якого встановлена сонячна батарея, що дозволяє генерувати енергію прямо на ходу.
6. Авіація . Швейцарські вчені посилено працюють над проектом Solar Impulse — інноваційного літака, здатного літати, задіюючи лише енергію Сонця.
7. Медицина . Вчена група з Південної Кореї працює над створенням підшкірної Автономної геліобатареї, яка може бути безпечно імплантована в організм людини. Мета її використання-харчування кардіостимуляторів та інших імплантатів.

І докладніше: медична солярна батарейка в 15 разів тонше людської волосини і здатна самозаряджатися навіть в тому випадку, якщо на шкірні покриви завдано санскрин.

Сонячні батареї для дому: як використовувати з максимальною ефективністю?

Щоб геліопанелі приносили максимальну користь, варто звернути увагу на ряд факторів:

1. У побутових цілях використання солярних батарей виправдано лише в місцевостях з тривалим світловим днем. Якщо він короткий, то модуль може застосовуватися не більше як додаткове джерело енергії.
2. При покупці насамперед звертайте увагу на ККД станції — він повинен бути порівнянним вашим потребам в енергії.
3. Встановлюйте геліопанелі в максимально освітлених зонах ваших володінь.
4. Передбачте, щоб пластини були захищені від забруднення пилом і дрібним сміттям, занесеним снігом.
5. Якщо сонячна батарея не рухома, їй потрібна надійна фіксація.
6. Ідеальне розташування геліоустановки — під прямим кутом до променів сонця.
7. Для монтажу сонячних батарей є сенс залучити фахівця, який спорудить станцію в залежності від необхідної потужності.
8. Не варто шкодувати гроші на такий важливий елемент, як акумулятор: в ідеалі, чим могутніше, тим краще.
9. Залучаючи досвідченого монтажника, обов'язково попросіть встановити панелі з фотоелементами під правильним кутом до сонячних променів — для кращої продуктивності.

Під час використання сонячної електростанції варто приділяти належну увагу її очищенню — ККД брудних і запилених панелей знижується.

Під час використання сонячної електростанції варто приділяти належну увагу її очищенню — ККД брудних і запилених панелей знижується.

Топ-10 світових виробників сонячних батарей-панелей

При виборі того чи іншого виробника геліоустановок, експерти рекомендують звертати увагу на важливі параметри: гарантія на пристрій, обіцяна продуктивність/вихідна потужність, репутація компанії, Час роботи на ринку, сервісне обслуговування клієнтів і цінова політика. Також не зайвим буде перевірити рейтинг Tier1, розроблений Bloomberg New Energy Finance Corporation, в тому числі, для оцінки виробників солярних батарей.

Таким чином в топ-10 опинилися:

1. LG Energy ( Південна Корея ). Якісна і надійна продукція, ККД 19,3-21,7%, середній і високий ціновий діапазон, 30 років на ринку, гарантія на продуктивність 25 років.
2. Rec Group (Норвегія). Якісні, високопродуктивні та економічні модулі, ККД 18-20, 7%, 20-річна гарантія на обладнання, на ринку з 1996 року.
3. SunPower ( США ). Найефективніші солярні батареї з найменшим ступенем зносу, 25-річна гарантія, ККД 19-22, 8%, на ринку з 1980-х років.
4. Panasonic ( Японія ). Інноваційні, зносостійкі, безперебійні і довговічні установки, 25 років гарантії на продукт,ККД 18-20, 4%, бренд зі столітньою історією.
5. Hanwha Q Cells ( Німеччина -Південна Корея). Використання авторської технології Q. ANTUM DUO для найбільшої ефективності, 12 років гарантії на продукцію, 25 років гарантії на продуктивність,ККД 16-19, 9 %.
6. Trina Solar ( Китай ). Економічні полікристалічні, Сучасні двофазні та ефективні комірчасті установки, 10 років гарантії, ККД 16-19, 4%, на ринку з 1997 року.
7. Jinko Solar (Китай). Найпопулярніші економпанелі з хорошою репутацією, поліпшена продуктивність при похмурій погоді, 20-30-річна гарантія, ККД 16-19,4 %.
8. LONGi Solar (Китай). Монокристалічні геліопанелі з високою продуктивністю навіть у похмурі дні, прийнятна вартість, ККД 18-19,6 %.
9. Canadian Solar ( Канада ). Надійна і якісна продукція, здатна забезпечувати хорошу продуктивність навіть при мінімальній сонячної активності, гарантія 25-30 років,ККД 18-23, 8 %.
10. JA Solar (Китай). Виробник високоефективних модулів за авторськими інноваційними технологіями, 25 років гарантії на продуктивність,ККД 16-19, 6 %.

Серед менш відомих виробників комплектів солярних установок в Росії і Україні: «Телеком-СТВ», «Хевел», «Сатурн», «Квант», «Квазар», «Пролог Семікор», «Енхол», «чисті енергетичні технології».

Середні ціни на сонячні батареї для дому

Вартість геліопанелей в більшій мірі залежить від потужності, на яку вони здатні:

• 30 Вт — 35 доларів.
• 1000 Вт — 85 доларів.
• 150 Вт — 135 доларів.
• 320 Вт — 285 доларів.
• 450 Вт — 335 доларів.
• 540 Вт — 400 доларів.

Також на ціну впливає авторитет і популярність виробника, різновид використовуваних кремнієвих пластин.

Команда бізнес - журналу https://worldbank.org.ua не раз помічала, як популярні сьогодні геліобатареї: вже ніхто не дивується, побачивши таку установку на даху приватного будинку або дачі. Відрізняються простим принципом роботи, сонячні панелі активно використовуються в побутових, промислових, комерційних цілях. Вони відкривають цілу масу можливостей від підзарядки смартфона в високогірному поході до харчування величезного космічного апарату. Ми впевнені, що сонячні електростанції з кожним роком будуть все популярнішими і високопродуктивнішими, адже вони дарують людству безкоштовну невичерпну енергію, якої з гаком вистачить на найближчі 500 млн років.