Заботясь об окружающем мире и, в то же время, экономя бюджет во многих странах применяют альтернативные источники энергии. Какие солнечные батареи и где применяются узнаем в этой статье.
Область применения солнечных батарей
Человечество научилось пользоваться солнечной энергией во многих областях своей жизни. Какие существуют солнечные батареи и где именно применяются? Вот самые интересные факты:
- Электроника – уже давно во всем мире делают портативные устройства вроде калькуляторов, карманных фонариков и пр.
- Авиация – в данной области не так давно произошел прорыв: в Швейцарии создан самолет, использующий лишь солнечную энергию, запасая ее в батареи аккумулятора. Первый полет прототипа продолжался 26 часов.
- Электромобили – здесь применение солнечной энергии малоэффективно, КПД на уровне 10–15%. Поэтому много электричества для аккумулятора автомобиль запасти не может, к тому же солнце светит не всегда, сокращая тем самым суточный пробег.
- Энергообеспечение зданий – крыши домов некоторых тропических стран оборудованы солнечными батареями. Так значительно экономится электричество.
- Дороги – в 2014 открылась велодорожка в Голландии, выложенная солнечными панелями. Проект оказался недостаточно эффективен, но сейчас рассматривается строительство проезжих частей из солнечных батарей во Франции. По таким дорогам электромобили смогут передвигаться без подзарядки.
- Космос – здесь солнце светит постоянно и без помех для солнечного модуля, поэтому на космических аппаратах они устанавливаются повсеместно.
- Медицина – учеными из Южной Кореи была разработана солнечная батарея, вживляемая под кожу. Она тоньше волоса в 15 раз, ее цель – обеспечить имплантированное в тело оборудование бесперебойным электричеством.
Устройство и принцип работы солнечных батарей
Составные части солнечной батареи называются фотоэлементами. Соединение между ними параллельное и последовательное, а располагают их на каркасе из материалов, не проводящих электричество. Полупроводники работают благодаря фотогальваническому эффекту, означающему трансформацию лучистой энергии солнца в электричество.
Для изготовления солнечных батарей используют кремний, это второй по распространенности химический элемент на Земле. У него высокая электропроводимость и хорошая способность притягивать солнечные лучи. Однако обычный кремний для данного производства не годится, его преобразовывают в пригодный, по специальной технологии. Изготовление такого кремния – очень дорогой и сложный процесс.
Бывают два вида фотоэлектрических преобразователей: на основе монокристаллического и поликристаллического кремния. Их производят по разной технологии. КПД первого равен 17,5%, а второго – менее 15%. Конструкция состоит из отдельных модулей, подключаемых между собой блоками.
Из чего делают солнечные батареи зависит от ее наиболее значимого параметра – полезной мощности. Расчет экономичности всей установки зависит именно от нее. Полезная мощность определяется по напряжению и силе тока на выходе, на которые влияет интенсивность лучей солнца.
В итоге электроэнергия переходит на хранение в аккумуляторы и накапливается там. Аккумулятор – это химический источник тока, который заряжается при контакте с потенциалом больше его собственного напряжения. Слабый солнечный свет снижает интенсивность заряда батареи аккумулятора, тогда она отдает энергию электроприемнику. Получается, что аккумуляторная батарея всегда функционирует в режиме разрядки и подзарядки.
Следить за этими процессами можно при помощи специального контроллера. Циклический заряд требует постоянного напряжения или постоянного заряда тока. Когда заряд батареи полон, к ней еще подключают резистор, поглощающий избыточную мощность.
Какие солнечные батареи можно изготовить своими руками?
Расчет собственной солнечной электростанции не должен сразу быть грандиозным и масштабным. Достаточно будет в первый раз сделать пробную панель небольшой площади, а потом, используя те же схемы, нарастить на конструкцию остальные элементы.
- Изготовление каркаса. Здесь расчет максимально простой, а материалом служат алюминиевые уголки, либо уже готовые рамы со стеклом. Покрытие может быть прозрачным и с минимальной пропускной способностью ИК-спектра, чтобы не спровоцировать нагревание кремниевых элементов. Менее подходящий – поликарбонат, а наиболее доступным можно считать стекло, оптимальное решение – плексиглас.
- Монтаж корпуса батареи. Необходимо включить в расчет дополнительное расстояние между модулями, около 3 мм. Схема требует предварительного изготовления рамы, соединение выполняют при помощи метизов. Чтобы расчет долговечности батареи оправдал себя, должна быть обеспечена максимальная герметичность конструкции. В раму закладывается лист прозрачного материала, прижимается и фиксируется, все должно хорошо просохнуть, чтобы испарения герметика не создали пленку на элементах. Соединение углов проводится согласно схемы метизами и шурупами.
- Пайка солнечных элементов. Кропотливый и сложный процесс, но если произвести расчет, самодельная солнечная батарея обойдется в 4 раза дешевле заводской панели. Сэкономить средства поможет покупка в интернете элементов с дефектами, которые не потеряли своей функциональности. Однако внешний вид всей конструкции несколько пострадает. Сперва необходимо припаять контакты, нужно быть аккуратным, так как солнечные элементы довольно хрупкие. Нужно изготовить картонную заготовку и по ней нарезать проводники. Ориентируйтесь схемы, на пайку уйдет много времени.
- Сборка солнечной панели. Соединение элементов проще проводить на разметочной подложке, в расчет площади нужно добавить 3–5 мм между каждой частью батареи. За основу можно взять лист фанеры, маркировать уголки на нем и закрепить элементы поочередно на монтажную ленту. Герметизация не нужна, однако такой способ крепления в полевых условиях не обеспечит долгую службу панели. Электрическая схема пайки подразумевает расположение «плюсовых» дорожек на лицевой, а «минусовых» на обратной стороне элементов. Далее следует нанесение флюса и припоя, а затем аккуратная пайка серебряных контактов. Клемма выводится на внешнюю сторону рамы. Соединение токовыводящих проводов должно быть изолировано, для этого могут быть использованы трубки для капельницы.
Интересное:
Сборка солнечных батарей своими руками.
Солнечная батарея из алюминиевых банок своими руками.
Изготовление солнечной панели своими руками.
Добросовестный расчет, качественное оборудование, четкая схема и усидчивость обеспечат долгое функционирование самодельной солнечной батареи для домашних нужд.
Недостатки и преимущества источников солнечной энергии
Устройство солнечной батареи можно охарактеризовать как с положительной, так и с отрицательной стороны.
Плюсы
- все оборудование весит относительно немного;
- отсутствие необходимости прокладывания к опорам кабеля;
- расходы на установку и обслуживание панелей сведено к минимуму;
- оборудование при работе не издает абсолютно никакого шума;
- энергия солнца экологически чистая;
- общедоступность и неисчерпаемость;
- солнечные батареи способны прослужить довольно долго.
Минусы
- процесс сборки и расчет требуют большого труда;
- ночью батареи не вырабатывают электричество;
- солнечные панели очень громоздкие;
- низкий КПД – в электричество преобразуется около 20% энергии, остальное рассеивается в виде тепла;
- эффективность работы панелей снижается при пасмурной погоде;
- оборудование чувствительно к загрязнениям и механическим повреждениям.
Интересное: 7 мифов об альтернативной энергии.
Факторы, которые необходимо учитывать при конструировании солнечных батарей:
- региональные особенности солнечной активности;
- расчет угла наклона солнечной панели и возможность ее слежения за солнцем;
- насколько энергоемко оборудование, которое будет питать солнечная батарея;
- важно, из чего изготовлены панели (оргстекло, кремний, стекло и т.д.).
