УДК 631

Потенциал солнечных батарей для дома

Байрамов Турал Акиф оглы – студент Самарского государственного технического университета.

Аннотация: Статья предоставляет обзор современных солнечных батарей для дома. Рассматривается принцип работы таких источников, а также их преимущества и недостатки. Исследуются типы солнечных панелей и их потенциал в контексте домешенного энергоснабжения, также предоставляются рекомендации по выбору оптимального варианта для конкретных условий.

Ключевые слова: Солнечные батареи, дом, экология, экономические затраты, панели, погодные условия, электричество, ток.

В последние годы наиболее остро возрастает интерес к использованию возобновляемых источников энергии, так как помимо экологических перспектив такие источники имеют экономические преимущества. Одним из таких источников являются солнечные энергетические системы.

Солнечные батареи (солнечные или фотоэлектрические панели) – устройства, которые превращают солнечный свет в электрическую энергию с помощью фотоэлектрического эффекта.

Современные солнечные батареи могут достигать эффективность до 40%, однако для этого необходимы определённые условия. Обычно разумно устанавливать такие системы в местах, где большая часть года характеризуется солнечной погодой, также стоит учитывать географическую широту, так как солнечные лучи теряют часть своей мощности при приближении к полюсам. Рассмотрим принцип работы солнечных батарей (Рис.1)

Солнечные батареи содержат фотоэлектрические солнечные элементы, которые имеют полупроводниковые материалы для абсорбции фотонов света. Когда фотоны света попадают на фотоэлементы, то возбуждают электроны в полупроводнике, что приводит к освобождению электронов, которые начинают двигаться, создавая электрический ток. Освобожденные электроны движутся в солнечные батареи под действием электрического поля, созданного внутри батареи. Частные дома обычно используют переменный ток, поэтому ставится инвертор для преобразования постоянного ток в переменный необходимой для электрической сети дома. После преобразования электрическая энергия используется потребителями для питания электроприборов.

Рисунок7

Рисунок 1. Схема работы солнечных батарей

где:

  1. Панели – отвечают за получение и преобразование энергии солнца в электрический ток;
  2. Контроллер для солнечных батарей – звено, через которое осуществляется передача энергии от панелей к батарее и регулируется номинальное напряжение;
  3. Инвертор – звено для преобразования постоянного тока в переменный за счет периодического подключения источника напряжения полярностью на зажимах;
  4. Аккумуляторы – звено, которое накапливает избыточную энергию, что позволяет обеспечить электроснабжение в ночное время суток (резервное питание).

Одним из основных преимуществ использования солнечных батарей является то, что у них отсутствует выброс парниковых газов и образование отходов, что снижет углеродный след в экологии. Также такие батареи работают бесшумно и имеют длительный срок службы при неисчерпаемом запасе энергии;

С экономической точки зрения, солнечные батареи имеют минимальные затраты при эксплуатации, что ускоряет окупаемость высоких первоначальных затрат; также некоторые страны и регионы предоставляют налоговые льготы или субсидии для их установки. Солнечные батареи помогают снизить расход традиционных источников, что существенного снижает расходы на коммунальные услуги;

Независимость от сети – особое преимущество солнечных батарей особенно в регионах с частными непогодными условиями и неполадками сети, где они могут служить как резервный источник сети.

Недостатки:

  • Но, как и любых устройств, солнечные батареи имеют и ряд недостатков. Один из основных – это зависимость от погоды, так как количество энергии напрямую зависит от количества солнечного света;
  • Высокие начальные затраты;
  • Необходимо иметь источник хранения энергии (аккумулятор), что делает установку еще дороже;
  • Сложность монтажа: необходима большая площадь для установки, а также специальные навыки для правильной установки.

Солнечные батареи могут быть различных типов:

  • кристаллические:
  • монокристаллические;
  • поликристаллические.
  • тонкоплёночные;
  • концентрирующиеся;

Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки, поэтому выбор конкретного типа зависит от конкретных потребностей и условий использования.

  1. Тонкоплёночные – такой тип состоит из натянутых плёнок, что облегчает установку в любом месте. Они более устойчивы к пыли и могут функционировать даже в неблагоприятных условиях, но требуют большой площади установки.
  2. Концертирующие – такой тип использует зеркала или линзы для фокусировки солнечного света на маленьком районе, что создает высокую температуру. Такой тип эффективен с высокой солнечной активностью и имеет больший потенциал получения энергии, что делает данный тип привлекательным для промышленных предприятий.
  3. Монокристаллические – один из наиболее популярных типов солнечных батарей, состоит из множества отдельных ячеек, заливаемых силиконом, что обеспечивает гидроизоляцию. Они легки, компактны и надежны. КПД такой разновидности вплоть до 28%. (Рис 2.а)
  4. Поликристаллические батареи — более бюджетный вариант, ячейки которого содержат кристаллы, направленные в разные стороны, что позволяет улавливать рассеянный свет и менее завесить от прямых освещений (панели квадратной формы и неоднородной структурой элементов). Их успешно применяют для освещений домов или административных зданий на открытом воздухе. Средний КПД 20 %. (Рис 2.б)

Рисунок8

Рисунок 2. а) Монокристаллические батареи

б) Поликристаллические батареи

С 2022 года увеличилась стоимость солнечного оборудования, а также некоторые иностранные поставщики прекратили свои поставки в России. Несмотря на эти изменения, основной принцип остается по-прежнему неизменным: чем выше мощность солнечной установки, тем ниже стоимость производства энергии.

Выбор мощности солнечной установки важно осуществлять так, чтобы производство электроэнергии не превышало средний объём потребления в вашем доме. Например, если у вашего дом присоединённая мощность составляет 15кВТ, та значит вам необходимы солнечные панели той же мощности, но это лишь максимальное значение, при превышении которого автоматически отключается электричество.

Таким образом, перед покупкой солнечной электростанции необходимо учитывать следующие параметры:

  • период эксплуатации системы;
  • суточное потребление электроприборов;
  • место установки солнечных панелей;
  • пиковые нагрузки электроприборов;
  • место установки АКБ;

При правильном использовании и интеграции солнечных батарей возможно значительное снижение зависимости от традиционных источников энергии, сокращение негативного воздействия на окружающую среду, а также экономия денежных средств в долгосрочной перспективе.

Таким образом, солнечные батареи приносят свой вклад в создании более устойчивого и энергоэффективного общества, способствуя переходу к чистому источнику энергии.

Список литературы

  1. Автономный дом. [Электронный ресурс] /. Электрон. журн. Режим доступа:https://avtonomny-dom.ru/ekonomiya-elektroenergii/svetovyie-batarei.html,
  2. Использование солнечных батарей в доме [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://school-science.ru/15/22/50728.
  3. Современные солнечные панели [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://qwizz.ru/современные-солнечные-панели/
  4. Фотоэлемент как источник тока солнечные батареи [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://lemzspb.ru/fotoelementkak-istochnik-toka-solnechnyye-batarei/