Saulės baterijos namams: kaip išsirinkti geriausias

Šiandien saulės baterijos tapo tikrais alternatyvaus maitinimo šaltiniais privačiam namui. Jie yra plačiai atstovaujami rinkoje, o saulės mini elektrinės naudojimas yra gana pelningas. Tokią situaciją lėmė nuolatinis saulės baterijų ir papildomos įrangos gamybos augimas, sistemos elementų kainų mažėjimas ir dėl to gamybos kaštai.

Saulės baterijos veikimo principas

Bet kuri saulės baterija yra fotovoltinis keitiklis, kuris naudoja šviesą elektros energijai gaminti. Šiuo metu fotoelektrinis efektas puslaidininkinėse medžiagose turi praktinę vertę.

Poveikis pagrįstas laisvųjų elektros krūvininkų atsiradimu nehomogeninėse puslaidininkinėse struktūrose, kai juos veikia šviesos fotonai. Jis stebimas įvairiuose puslaidininkiuose – silicio, galio arsenido, kadmio telūrido, didelių polimerų molekulių pagrindu.

Dėl laisvųjų nešėjų atsiradimo, kurių energijos neužtenka juostos tarpui įveikti, tarp elemento elektrodų susidaro potencialų skirtumas (įtampa). Sujungus išorines grandines, tarp jų atsiranda elektros srovė.

Saulės kolektorių schema

Įvairių puslaidininkių pagrindu pagaminti fotoelementai įvairias saulės spektro dalis paverčia elektros energija.Taigi kristalinio silicio moduliai su raudonuoju poslinkiu sugauna iki 80% spinduliuotės, infraraudonųjų spindulių diapazone gali veikti ir plėvelės elementai amorfinio silicio pagrindu, titano dioksidas sugeria violetiniai ir ultravioletiniai spinduliai.

Kai kuriuose laboratoriniuose mėginiuose tyrėjai priartėjo prie 50 proc. Jei pramoninėje gamyboje gaunami tokie patys rezultatai, gamybos kaštai gali sumažėti daugiau nei perpus, palyginti su dabartiniu lygiu.

Saulės baterijų tipai

Pagrindinis saulės modulių klasifikavimo bruožas yra gamyboje naudojamos puslaidininkinės medžiagos. Šiandien daugiau nei 80 % užima silicio pagrindu pagamintos saulės baterijos. Būtent šie tipai sulaukė kuo platesnio komercinio panaudojimo, juos siūlo didžioji dauguma pramonėje dirbančių pardavėjų.

Savo ruožtu silicio saulės baterijos skirstomos į:

Silicio saulės baterijų tipai

Monokristaliniai silicio saulės elementai

Monokristaliniai saulės elementai yra elektra sujungti elementai, pagaminti iš plonų (240 mikronų) monokristalinių silicio plokštelių. Optinės ašys orientuotos ta pačia kryptimi, naudojama didelio grynumo medžiaga (daugiau nei 99,99%). Tai užtikrina maksimalų konversijos efektyvumą.Kai silicio elemento efektyvumas teoriškai yra 30%, serijiniuose mėginiuose šis skaičius siekia 18–24%.

Išoriškai vieno kristalo baterijas lengva atskirti – jos yra giliai juodos spalvos, pjovimo metu elementas suformuotas į taisyklingą kvadratą (stačiakampį) su nupjautais kampais.

Tokių saulės elementų gamybos technologija yra silicio elementų sąnaudų rekordininkė. Didelės gamybos sąnaudos paaiškinamos sudėtingais žaliavų valymo, monokristalo auginimo ir tikslaus pjaustymo procesais.

Dėl to monokristaliniai akumuliatoriai turi didžiausią kainą – apie 0,9-1,1 dolerio už 1 W galios.

Tokie elementai turi ir dar vieną rimtą trūkumą – dėl tikslios kristalų optinių ašių orientacijos optimalią grąžą galima gauti tik tada, kai saulės spinduliai krinta statmenai elemento plokštumai. Labai pasikeitus apšvietimo kampui, taip pat išsklaidytai šviesai, pastebimas staigus generacijos sumažėjimas.

Polikristalinio silicio elementai

Polikristalinio silicio elementai

Polikristalinėse baterijose elementą sudaro daugybė kristalų, kurių optinės ašys yra orientuotos atsitiktinai. Jų gamybai nereikia aukšto gryninimo žaliavų – gali būti naudojami antriniai šaltiniai (ypač perdirbtos silicio baterijos), metalurgijos gamybos atliekos.

Dėl to labai sumažėja gamybos sąnaudos. Tačiau tai taip pat mažina konversijos efektyvumą – geriausi mėginiai demonstruoja 15-18% efektyvumą.

Išoriškai polikristalinės yra taisyklingos stačiakampės sodrios mėlynos spalvos plokštės. "Mėlynųjų" plokščių generavimo kaina yra apie 0,7-0,9: už 1 W.Tuo pačiu metu jie žymiai mažiau sumažina išsklaidytą apšvietimą ir šviesos kritimą ne 90 laipsnių kampu.

Amorfinio silicio baterijos

Jie gaminami iš amorfinio (nekristalinio) silicio a-Si, nusodinant silicio hidrido garus ant lankstaus pagrindo. Dėl to stabilus fotoelektrinis efektas gaunamas jau esant kelių mikronų plėvelės storiui.

Technologinis procesas yra ženkliai pigesnis dėl minimalaus reikalingos silicio žaliavos kiekio, sumažėjusių reikalavimų jo grynumui, nebuvimo sudėtingų operacijų, tokių kaip kristalo auginimas ir jo pjaustymas.

Konversijos efektyvumas yra apie 8–11%, gamybos sąnaudos yra 0,5–0,7% už 1 W. Pagrindinis tokių baterijų trūkumas – mažas konversijos efektyvumas, dėl kurio reikalingas didelis plotas, kad būtų užtikrinta reikalinga galia. Tačiau tai daugiau nei kompensuoja galimybė montuoti ant bet kokio paviršiaus – lanksčiam pagrindui montuoti nereikia lygių pagrindų ir specialių konstrukcijų.

Be to, šiuolaikiniai polimorfiniai moduliai gali veikti infraraudonųjų spindulių diapazone, o tai žymiai sumažina efektyvumo nuostolius esant išsklaidytam apšvietimui. Dėl to amorfinių elementų dalis šiandien sudaro apie 10% pasaulio rinkos.

Plonasluoksnės CdTe baterijos

Plonasluoksnės CdTe baterijos

Kadmio telūrido (CdTe) pagrindu pagaminti saulės elementai gali tapti tikra alternatyva silicio elementams. Šiuo metu jie demonstruoja vidutiniškai 20% didesnį konversijos efektyvumą nei panašus amorfinis silicis, o kaina yra 20% mažesnė.Tai pasiekiama dėl unikalių puslaidininkio savybių, kurios užtikrina optimalų juostos tarpą.

Tokios plokštės gaminamos plonas plėveles uždedant puslaidininkinės medžiagos sluoksniu. Technologija vis dar prieinama ribotam gamintojų skaičiui, tačiau serijinę tokių baterijų gamybą jau pradėjo amerikiečių kompanija „First Solar“.

Polimerinės saulės baterijos

Polimeriniuose saulės moduliuose fotoelektrinį efektą suteikia „polimero puslaidininkio“ sluoksnis – didelės organinių junginių molekulės. Šiuo metu tokių gaminių technologija yra artima didelio masto gamybos diegimui (kai kurios Europos įmonės jau yra įkūrusios komercinę gamybą).

Polimerinės saulės baterijos

Manoma, kad tokių įrenginių konversijos efektyvumas yra 8-11%. Dėl rekordiškai pigios gamybos, lanksčių polimerinių medžiagų naudojimo ir šalinimo problemų nebuvimo, artimiausiu metu polimeriniai saulės moduliai galės rimtai konkuruoti su jau pagamintais gaminiais.

Gamintojai taip pat aktyviai kuria saulės baterijas, pagrįstas:

Saulės baterijų pasirinkimas

Renkantis saulės baterijas, būtina nustatyti ne tik tipą, bet ir elektrinius parametrus – galią ir įtampą.

Tipas

Pasirinkite saulės kolektorių tipą iš insoliacijos sąlygų (saulėtų dienų skaičius, spinduliuotės intensyvumas):

• Taigi, monokristalinio silicio baterijos yra gana tinkamos montuoti pietiniuose regionuose.
• Vidurinėje juostoje ir kitose Rusijos teritorijose geriausias pasirinkimas būtų polikristalinės plokštės, kurios gerai pasiteisino išsklaidyto apšvietimo sąlygomis.
• Šiaurinėse platumose daugiau dėmesio reikėtų skirti amorfiniams moduliams, kurie leidžia sukurti nemažą baterijos plotą be papildomų montavimo darbų.

Kokybės kategorija taip pat reikalauja dėmesio. Ženklinant baterijas šis parametras nurodomas kaip A, B arba C klasė. Ceteris paribus, pirmenybė turėtų būti teikiama A klasės produktams – jie tarnaus 20-30 metų su nedideliu (ne daugiau kaip 20%) irimu.

Žemesnės kokybės kategorijos priskiriamos gaminiams, remiantis gamyklinių bandymų rezultatais, kurie eksploatacijos metu atskleidžia ne daugiau kaip 5% (B klasė) ir 30% (C klasė) nukrypimą nuo vardinių parametrų.

Galia ir įtampa

Plokščių galia nustatoma taip:

• Apskaičiuokite vidutinį bendrą elektros suvartojimą (pagal elektros skaitiklio rodiklius, sąskaitas už elektrą). Vidutinio paros vartojimo atveju mėnesio skaičiai padalyti iš dienų skaičiaus.
• Prie gauto rezultato pridedama 20-30%, norint gauti maržą, atsižvelgiant į konversijos koeficientą (akumuliatoriaus įkrovimo ir keitiklio veikimo nuostoliai).
• Remiantis gautais duomenimis, plokščių išėjimo galia apskaičiuojama atsižvelgiant į dienos šviesos valandų trukmę. Skaičiavimui imama atitinkamai 6 valandoms, akumuliatoriaus galia turėtų viršyti vidutinį suvartojimą 4 kartus.
• Pasirinkite skydelio įtampą. Paprastai gamintojai siūlo baterijas, kurių išėjimo įtampa yra 12 V.Tačiau norint įkrauti saugojimo įrenginius ir padidinti nuolatinės įtampos konvertavimo į kintamąją keitiklio įtampą efektyvumą (ypač esant didelei galiai), labiau apsimoka turėti didesnes vertes.
  Standartinis naudojimas:
  • 12 V sistemoms iki 1 kW.
  • 24 V arba 36 V - iki 5 kW.
  • 48 V - daugiau nei 5 kW.

Tokios įtampos gaunamos nuosekliai jungiant plokštes.

• Didžiausia galia nustatoma susumavus visų namo vartotojų galią.
• Didžiausia galia nustatoma su 10-20% riba, pavyzdžiui, elektros variklių paleidimo srovėms ir karšto vandens sistemos šildymo elementų veikimui, skalbimui ir indaplovėms ir kt.
• Didžiausia galia lemia maksimalią plokščių srovę.
• Žinynuose randamas vietovės insoliacijos koeficientas (vasarą ir žiemą).

Norėdami atlikti tolesnius skaičiavimus, naudokite formulę:

P = Kc * Wn * Ki, atsižvelgiant į

• Кс – sezoninis koeficientas, vasaros laikui imamas lygus 0,5, žiemos – 0,7;
• Ki – vasaros ir žiemos laiko insoliacijos koeficientas;
• Wn yra vardinė plokštės galia.

Gamintojų kataloguose pasirinkus kelis akumuliatorių modelius, kiekvienam iš jų skaičiuojama generacinė galia žiemą ir vasarą.

Tada reikiamas plokščių skaičius nustatomas aukščiau apskaičiuotą vidutinį energijos suvartojimą (su marža) padalijus iš generuojamos galios. Skaičiavimai atliekami žiemos ir vasaros laikotarpiams, todėl jų vertė yra didesnė.

Po skaičiavimų patikrinkite:

Saulės kolektorių montavimas

Saulės kolektorių montavimui nėra griežtų reikalavimų. Saulės kolektorius gali būti montuojamas kampu, ant vertikalaus arba horizontalaus paviršiaus. Tuo pačiu metu standžios plokštės (mono- ir polikristalinės) montuojamos ant standaus rėmo, tvirtinamos tvirtinimo taškuose naudojant visas tvirtinimo detales. Baterijos ant elastingo pagrindo leidžia dėti ant nelygių paviršių (pavyzdžiui, ant banguoto stogo).

Sujungimai tarp plokščių atliekami suvytusiais laidininkais su galinėmis jungtimis. Srovę nešančių elementų skerspjūvis apskaičiuojamas pagal vardinės ir didžiausios srovės vertę.

Renkantis vietą ir montavimo kampą, reikia atsižvelgti į pagrindinę maksimalios generacijos sąlygą – saulės spindulių patekimą statmenai akumuliatoriaus plokštumai.

Tai galima pasiekti:

Be to, vieno kristalo plokštėms labai svarbu pasirūpinti, kad nebūtų šešėlių – esant išsklaidytai šviesai, jų efektyvumas smarkiai sumažėja.

Dažnai klausdavo

Vaizdo įrašo apžvalga su saulės baterijų skaičiavimais