Обзор небольшой солнечной батареи, или попытка понять можно ли зарядить аккумуляторы от маленькой солнечной батареи
Всем привет! Решил постепенно начинать писать обзоры на множество нужных и не очень товаров, купленных в китае. Первая на очереди небольшая солнечная батарея, решил на собственном опыте узнать ее возможности в зарядке аккумуляторов пауэрбанка или телефона напрямую, скажем на природе. Постараюсь обойтись без очень модных слов типа DIY, девайс и тому подобных, я за русский язык! Покупал панель в прошлом году а обзор решил написать только сейчас. дошла довольно быстро, упакована стандартно в желтый пакет и завернута в пенополиэтилен, рабочая поверхность дополнительно была заклеена тонким полиэтиленом для защиты от царапин.
Сама панель сделана на основе из стеклотектолита, примерно такого, из которого делают печатные платы, поэтому сломать ее будет непросто, я изначально опасался придет ли она в целости, так как считал, что панель цельностеклянная. Размеры панели 97*97 мм, на 1 мм меньше, чем указано у продавца, но это не критично. 
Постарался сфотографировать примерно так, как это выглядело на самом деле. У меня нет люксметра и возможности замерять освещенность.И конечно же кот, для хорошего настроения!)
«Какие плюсы и минусы солнечных панелей?» – Яндекс.Кью
На сегодняшний день преимущества и недостатки солнечных батарей, позволяют говорить об этих источниках энергии, как о самых перспективных на ближайшее будущее.
Преимущества солнечных батарей
- Самый первый плюс — это неиссякаемость и вседоступность источника энергии. Солнце есть практически в любой точке планеты и в ближайшее время, оно не собирается никуда пропадать. Если этот источник энергии пропадёт, то нас уже точно не будет волновать вопрос откуда взять электроэнергию.
- Второе достоинство солнечных батарей — это их экологичность. Каждый потребитель, борющийся за здоровье родной планеты, считает своим долгом приобрести экологичные источники энергии типа ветряка или, в нашем случае — солнечные панели. Но здесь так же как с электромобилями. Сами-то по себе батареи экологичны, но при их производстве, а также при производстве аккумуляторов, электростанций и различных проводников, используются токсичные вещества, которые загрязняют окружающую среду.
- Кстати, говоря о сравнении с ветряками, солнечные панели намного тише. Они вообще не издают никаких звуков в сравнении с шумными ветряками.
- Износ батарей происходит очень медленно, ведь здесь нет подвижных частей, если только Вы не используете в своей системе приводы, которые поворачивают солнечные элементы в сторону источника энергии. Тем не менее, даже с такой системой, солнечные панели служат до 25 лет и даже больше. Только после этого срока, если батареи качественные, у них начинает падать КПД и постепенно их нужно заменять на новые. Кто знает какие технологии будут через четверть века? Возможно, следующих батарей Вам хватит до конца жизни.
- Устанавливая такой источник энергии для дома, вы не будете думать о том, что поставщик энергии внезапно по техническим причинам отрежет ваш дом от энергоснабжения. Вы всегда сам себе хозяин. Точнее своей системе подачи электричества. Нет проблем ни с внезапным повышением цен, ни с транспортировкой энергии.
- После того, как ваша энергетическая солнечная электростанция окупится, вы будете получать по сути бесплатную энергию в дом. Конечно, сначала за определённый период, нужно отбить вложения.
- Ещё одно преимущество солнечных электростанций — возможность наращивания. Вопрос упирается только в доступную для Вас площадь. Именно модульность батарей позволяет беспрепятственно в случае необходимости увеличивать мощность системы. Необходимо просто добавить новые солнечные панели и запитать их в систему. Хотя эти преимущества солнечных электростанций перекрываются существенной проблемой, а именно необходимостью оборудования больших площадей. Речь идёт о квадратных километрах солнечных элементов.
- Солнечная панель не потребляет никакого топлива, а значит вы не зависите от цен на топливо, также как не зависите от поставок топлива. Плюсы солнечных батарей также в беспрерывной подаче электроэнергии.
Минусы и недостатки солнечных батарей
Несмотря на все вышеперечисленные плюсы, есть у батарей и масса недостатков, которые необходимо оценить при выбореисточника энергии. Важно понимать все минусы до покупки, чтобы потом быть готовым к тому, с чем придётся столкнуться. По ряду причин солнечные панели используются чаще как вспомогательный источник, а не как основной.
- Самый первый недостаток — необходимость первоначальных больших инвестиций, которые не требуются при обычном подключении к центральной электросети. Также срок окупаемости вложений, в электросеть с солнечными батареями, весьма размытый, ведь всё зависит от факторов, которые не зависят от потребителя.
- Низкий уровень КПД. Один квадратный метр солнечной батареи средней производительности выдаёт всего лишь около 120 Вт мощности. Такой мощности не хватит даже для того, чтобы нормально поработать за лэптопом. Солнечные панели имеют значительно меньший КПД в сравнении с традиционными источниками энергии — около 14-15%. Однако этот недостаток можно считать достаточно условным, ведь новые технологии постоянно увеличивают этот показатель и развитие не стоит на месте, выжимая всё больше и больше энергоэффективности из тех же самых площадей.
- В странах СНГ солнечные батареи достаточно дорогое удовольствие, ведь государство не поддерживает покупку таких источников энергии и никак не дотирует стремление своих граждан к “зелёной” энергии. Конечно, за рубежом ситуация значительно лучше. Ведь те же США заинтересованы в переходе страны на экологически чистые источники энергии.
- Ещё один недостаток — эффективность работы зависимая от погодных условий и климата. Например, солнечные батареи теряют свою эффективность во время пасмурной погоды или в тумане. Также при низких температурах, в зимнее время, КПД солнечных батарей падает. А если панель недостаточно хорошего качества, то и при высоких температурах. Поэтому всё же необходимо поддерживать солнечные батареи какими-то основными источниками энергии, либо использовать гибридные солнечные батареи. Также немаловажно, что солнечные панели могут по разному работать в разных широтах планеты. В каждой отдельно взятой местности, за год выходит разное количество солнечной энергии. Поэтому эффективность солнечной системы также зависит и от месторасположения вашего дома. Впрочем как и от времени суток, ведь ночью солнца нет, а значит и нет выработки энергии.
- Батареи невозможно использовать как источник энергии для техники, которая потребляет большую мощность.
- Система электроснабжения от солнца требует большого количества вспомогательной техники. Аккумуляторы для накопления энергии, инверторы, а также специального помещения для установки системы. Например, никель-кадмиевые аккумуляторы значительно теряют свою мощность при понижении температуры ниже нуля по Цельсию.
- Для того, чтобы выдать большую мощность от солнечной энергии, необходимы большие площади. Если говорить про солнечную электростанцию промышленного масштаба, то это квадратные километры. Конечно, при бытовом использовании панелей, Вам такие площади не понадобятся, но всё же учитывайте этот момент, если захотите расширятся.
Более дешевые солнечные батареи должны быть тоньше
За последние несколько лет стоимость солнечных панелей резко упала, что привело к тому, что количество солнечных установок значительно превысила ожидания большинства аналитиков.
Поскольку большинство возможностей для экономии затрат на солнечные панели доведены до крайности, дальнейшее сокращение затрат становится все труднее найти.
Сокращению затрат на солнечные батареи
Теперь исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) и Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL) нашли путь к дальнейшему сокращению затрат, на этот раз путем уменьшения самих кремниевых элементов.
Тонкие кремниевые элементы исследовались ранее, около десятка лет назад, когда стоимость кремния достигла своего пика из-за нехватки поставок. Но эти исследования столкнулись с некоторыми трудностями: тонкие кремниевые пластины были слишком хрупкими, что приводило к недопустимым уровням потерь в процессе производства, и они имели более низкую эффективность. Исследователи говорят, что в настоящее время есть способы решить эти проблемы за счет использования более совершенного погрузочно-разгрузочного оборудования и некоторых последних разработок в области архитектуры солнечных элементов.
Новые результаты подробно изложены в статье в журнале Energy and Environmental Science, соавторами которой являются доктарант Же Лю из MIT, профессор машиностроения Тонио Буонасси и пять других сотрудников MIT и NREL.
Исследователи описывают свой подход как «технико-экономический», подчеркивая, что на данном этапе экономические соображения так же важны, как и технологические, для достижения дальнейшего улучшения доступности солнечных батарей.
В настоящее время 90 % солнечных панелей в мире сделаны из кристаллического кремния, и эта отрасль продолжает расти со скоростью около 30 % в год, говорят исследователи. Современные кремниевые фотоэлектрические элементы, являющиеся сердцем этих солнечных панелей, сделаны из кремниевых пластин толщиной 160 микрометров, но с улучшенными методами обработки, исследователи предполагают, что их можно уменьшить до 100 микрометров — и в конечном итоге всего до 40 микрометров или меньше, что потребовало бы только одной четверти количества кремния для данного размера панели.
По их словам, это могло бы не только снизить стоимость отдельных панелей, но, что еще важнее, обеспечить быстрое расширение производственных мощностей солнечных панелей. Это связано с тем, что расширение может быть ограничено только скоростью постройки новых заводов для производства слитков кристаллического кремния, которые затем нарезаются, как салями, для изготовления пластин. Эти заводы, которые, как правило, располагаются отдельно от заводов по производству солнечных элементов, как правило, капиталоемкие и требуют много времени для строительства, что может привести к узким местам в темпах расширения производства солнечных панелей. Исследователи считают, что уменьшение толщины пластины может решить эту проблему.
В исследовании рассматривались уровни эффективности четырех вариантов архитектуры солнечных элементов, включая элементы PERC (пассивированный излучатель и задний контакт) и другие передовые высокоэффективные технологии, сравнивая их выходы при различных уровнях толщины. Команда обнаружила, что на самом деле было небольшое снижение производительности при толщине 40 микрометров, используя современные улучшенные производственные процессы.
«Мы видим, что существует область (из графиков эффективности в зависимости от толщины), где эффективность остается неизменной, — говорит Лю, — и именно в этой области вы потенциально можете сэкономить немного денег». Из-за этих достижений в архитектуре солнечных элементов, говорит он, «мы действительно начали понимать, что пришло время пересмотреть экономику».
По словам Лю, переход на огромные заводы по производству панелей для адаптации к более тонким пластинам будет трудоемким и дорогостоящим процессом, но анализ показывает, что преимущества могут значительно перевесить затраты. По его словам, потребуется время, чтобы разработать необходимое оборудование и процедуры для более тонкого материала, но с существующей технологией «должно быть относительно просто снизить толщину до 100 микрометров», что уже обеспечит некоторую существенную экономию. Дальнейшие усовершенствования технологии, такие как лучшее обнаружение микротрещин до их роста, могут способствовать дальнейшему снижению толщины.
В будущем толщина может быть уменьшена до 15 микрометров, говорит он. По его словам, новые технологии, позволяющие получать тонкие пластины из кремниевого кристалла напрямую, а не нарезка их из большего цилиндра, могут помочь в дальнейшем уменьшении.
В последние годы разработке тонкого кремния уделялось мало внимания, поскольку цены на кремний снизились. Но из-за снижения стоимости, которое уже имело место из-за эффективности солнечных элементов, производственного процесса и цепи поставок, стоимость кремния снова является важным фактором.
«Эффективность может возрасти только на несколько процентов. Поэтому, если вы хотите добиться дальнейших улучшений, то вам нужно уменьшать толщину», — говорит Буонасси. Но преобразование потребует крупных капиталовложений для полномасштабного развертывания.
По его словам, цель этого исследования — предоставить дорожную карту для тех, кто может планировать расширение технологий производства солнечной энергии.
Андре Аугусто, младший научный сотрудник из Университета штата Аризона, который не был связан с этим исследованием, говорит, что «переработка кремния и производство пластин является самой капиталоемкой частью процесса производства солнечных панелей. При быстром расширении, поставки пластин могут стать проблемой. Утончение частично решает эту проблему, поскольку вы сможете производить больше пластин на одной машине без значительного увеличения капитальных затрат». Он добавляет, что «более тонкие пластины могут обеспечить преимущества производительности в определенных климатических условиях», работая лучше в более теплых условиях.
Аналитик по возобновляемым источникам энергии Грегори Уилсон из Gregory Wilson Consulting, который не был связан с этой работой, говорит: «Влияние сокращения количества кремния, используемого в основных ячейках, будет очень значительным, как отмечается в документе. Наиболее очевидный выигрыш заключается в общем объеме капитала, требуемом для масштабирования фотоэлектрической промышленности до мульти-тераваттного масштаба, необходимого для решения проблемы изменения климата. Другим преимуществом является количество энергии, необходимое для производства кремниевых фотоэлектрических панелей. Это связано с тем, что процессы производства поликремния и роста слитков, требуемые для производства высокоэффективных элементов очень энергоемкие».
Уилсон добавляет: «Крупные производители фотоэлементов и модулей должны получать информацию от заслуживающих доверия групп, таких как профессор Буонасси из MIT, поскольку они сделают этот переход, когда смогут четко увидеть экономические выгоды». опубликовано econet.ru по материалам sciencenews.org
Подписывайтесь на наш youtube канал!
Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!
P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet
как подключить своими руками, схема, комплект, отзыв и опыт эксплуатации автономной станции на солнечных батареях
На чтение 8 мин. Опубликовано
Кому подойдет домашняя солнечная электростанция
- Тем, у кого на участке нет электричества. Солнечные батареи смогут автономно обеспечивать объект электроэнергией. В качестве альтернативы также можно рассматривать ветряк (для которого должна быть соответствующая роза ветров) или дизельный генератор (который не очень удобен в эксплуатации и неэкономичен).
- Также солнечную станцию можно рассматривать как инвестицию, чтобы на фоне постоянно растущих тарифов в будущем меньше платить за электроэнергию. К тому же срок службы батарей очень большой, а солнце светит всегда.
- И последний вариант — всем, кто хочет заработать. В Украине существует закон о зеленом тарифе, согласно которому государство выкупает выработанную электроэнергию с помощью альтернативных источников энергии по особой цене.
Как устроена солнечная батарея
Солнечная батарея (или ФЭМ – фотоэлектрический модуль) работает за счет кремниевых элементов, которые преобразовывают световую энергию в электрическую (в отличие от солнечных коллекторов, которые работают за счет солнечного тепла).
Сзади у панели есть выход двух кабелей, которые подключатся на инвертор или аккумулятор, в зависимости от схемы использования (об этом далее подробнее).
Как подключить, если на участке есть электричество
Если участок не подключен к сети, то главная задача — накапливать электроэнергию, чтобы использовать её в будущем по мере необходимости.
Какое оборудование понадобится:
- Солнечные батареи.
- Аккумулятор для накопления заряда.
- Контролер заряда (чтобы контролировать ток заряда аккумулятора).
- Преобразователь в 220В. По умолчанию солнечная панель выдает 12В, 24В, тогда как большинство электроприборов подключаются к 220В. Если вы используете приборы, работающие от 12В, то преобразователь не понадобится.
- Оборудование для фиксации и крепежа самой батареи.
Самый простой вариант, «своими руками»
Самый примитивный, но рабочий вариант «для дачи»: солнечная батарея аккумулятор, которые соединяются между собой клеммами. В таком виде станция уже готова к эксплуатации и её можно даже не ставить на крышу, а просто установить на землю. Электроэнергия будет накапливаться на аккумуляторе, от которого можно зарядить телефон, подключить освещение и т.д.
Такую станцию очень легко собрать своими руками. Достаточно просто купить аккумулятор (подойдет даже обычный автомобильный), солнечная батарея, провода и клеммы. Если вы приезжаете на дачу только по выходным, то станция может быть переносной, так как легко разбирается и прячется (или увозится с собой).
Более сложная реализация
Схема для повседневной эксплуатации и разводкой по розеткам. Солнечные батареи устанавливают на крышу (или отдельную металлическую конструкцию), а кабель от них прокладывают к аккумулятору, от которого электричество через преобразователь поступает на розетки.
По мере необходимости станцию легко масштабировать, подключая дополнительные батареи и аккумуляторы.
Если участок подключен к сети, то установка солнечной электростанции сделает дом более энергонезависимым, позволит сократить затраты на электроэнергию и даже заработать на этом благодаря зеленому тарифу.
В этой схеме подключения отсутствует аккумулятор, так как не нужно накапливать электроэнергию (но если вы хотите иметь резервный источник питания на случай выключения света, то аккумулятор необходим).
Для подключения такой станции нужна только солнечная батарея (или несколько), которая через сетевой инвертор подключается в розетку. В таком виде станция уже готова к работе. Батарея вырабатывает электричество и вы сразу же его потребляете для внутренних нужд: работы холодильника, освещения, чайника и т.п.
Например, выработка станции в сутки — 1кВт электроэнергии, а здание суммарно потребляет 5кВт. По факту из сети вы берёте лишь 4кВт. Но если станция вырабатывает в сутки 5кВт, а вы реально потребляете только 2кВт, то остаток (3кВт) сгорает. В этом случае можно подключить зеленый тариф и продавать разницу государству по более высокой цене, либо же поставить аккумулятор и накапливать избыток на него.
Сейчас существуют компании которые подключают зеленый тариф «под ключ». Начиная от подбора и установки станции, до заключения договора с ОБЛЭНЕРГО.
Реальная выработка солнечной электростанции для дома
Выработка зависит от мощности и угла наклона панелей, интенсивности солнца и продолжительности светового дня.
Между собой батареи отличаются площадью, что отражается на их мощности. Это может быть 10Вт, 100Вт, 150Вт, 260Вт и так далее. Однако реальная выработка панели обычно выше её номинальной мощности, так как необходимо учитывать коэффициент интенсивности солнца. В южных регионах солнце светит сильнее и дольше, а в северных слабее и меньше, поэтому одна и та же панель вырабатывает разное количество электроэнергии.
Пример из практики
Это график выработки электроэнергии одной панелью мощностью 260Вт за июнь 2018 года. Суммарная выработка станции за месяц — 34,89 кВт. Из расчета, что номинальная месячная мощность батареи — 7,8кВт (260Вт Х 30 дней), её фактическая мощность оказалась в 4.5 раза выше (поправочный коэффициент). Летом он больше, зимой – меньше или вообще отсутствует.
Из графика видно, что выработка непостоянна и присутствуют резкие спады – это пасмурные дни, когда световой день короче, а солнечная активность очень слабая. Худшая производительность была зафиксирована 17.06 — около 0.4кВт, а максимальная 25.06 — около 1.4кВт.
Выработка начинается ближе к 9 утра, достигает пика к 13:00, затем постепенно снижается и прекращается около 19:00. В течение дня есть небольшие провалы — когда солнце было закрыто облаками.Примерно с 13:00 до 15:00 выработка электроэнергии была нестабильна из-за облачности. Но и это не сильно сказалось на итоговой производительности станции — 1.32кВт.
Из этого можно сделать вывод, что целиком полагаться на солнечную электроэнергию сложно. Производительность станции сильно зависит от интенсивности солнца и даже летом она может быть непостоянна из-за пасмурной погоды.
Угол наклона солнечной батареи
Панель вырабатывает максимум электроэнергии тогда, когда солнечные лучи падают на неё под прямым углом. В этом случае лучи практически не отражаются и потери энергии минимальны. Но так как солнце в течения дня постоянно движется и меняет высоту, то поддерживать постоянным угол падения в 90° сложно.
Для этого существуют специальные механизмы, которые поворачивают панель вслед за солнцем в течение дня и изменяют угол её наклона, что дает максимально возможную выработку электроэнергии. Однако для домашней станции они нецелесообразным: при малой мощности станции дополнительные 5-15% электричества не покроют затраты на их установку.
Поэтому рекомендуется универсальное положение солнечной панели: для северного полушария направление на юг (которое охватывает максимальную траекторию движения солнца) и угол наклона в 30 ° на лето и 60 ° на зиму. Либо же средний вариант в 45 °, если панель работает круглый год.
Как рассчитать мощность электростанции на солнечных батареях
Оттолкнуться нужно от того, сколько электроэнергии вам нужно для нормального функционирования здания. Самый простой способ — выписать все эл. приборы, которые вы планируете использовать, время их работы и потребляемую мощность.
Пример:
- Холодильник: 100Вт – 24ч – 2400Вт
- Освещение: 100Вт – 5ч – 500Вт
- Чайник: 15мин – 1,5кВт – 0,03кВт
- Стиральная машина:
- Ноутбук:
- …
- Итого: 3кВт
3кВт — это мощность, которую должна производить солнечная электростанция для нормальной жизнедеятельности здания. Т.е. понадобится 12 панелей мощностью по 260Вт. На практике их производительность будет выше (при коэффициенте солнечной активности 4.5 суточная выработка станции составит 14кВт), однако мы отталкиваемся от самого пессимистичного сценария, при котором каждый день — пасмурный. Также учитывайте: если вы не подключены к зеленому тарифу или не запасаете энергию на аккумулятор, то избыток будет сгорать.
Если вы устанавливаете солнечную электростанцию для заработка на зеленом тарифе, то начать можно с любой мощности и постепенно её наращивать.
Заключение
Солнечные электростанции для дома решают две основные задачи:
- могут обеспечивать электроэнергией участок, который не подключен к сети. В самом простом варианте вам понадобится только панель, аккумулятор и контролер заряда, которые уже способны генерировать электроэнергию. Также возможна более сложная реализация, когда станция генерирует электричество и через инвертор передает его в розетки. В этой схеме дополнительно необходим преобразователь из 12В в 220В.
- служить инвестицией и источником дохода. В Украине существует закон о зеленом тарифе, согласно которому государство готово покупать у населения электроэнергию, выработанную на альтернативных источников энергии, по более высокому тарифу. Другими словами: каждый может установить в доме солнечную электростанцию и продавать электроэнергию государству.
Производительность станции зависит от мощности панели и коэффициента интенсивности солнца. Для южных регионов, где солнце светит долго и интенсивно, выработка панелей может быть в 4.5 — 5 раз больше номинала. Зимой коэффициент практически отсутствует.
При пасмурных днях даже летом выработка сильно падает. Поэтому целиком полагаться на солнечную энергию не стоит (особенно если у вас автономное энергообеспечение объекта) и не лишним будет иметь резервный источник, например — дизельный генератор.