Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей

Люди давно задумываются об экологически чистых и дешевых энергетических ресурсах. Поэтому альтернативой энергетики, основанной на применении углеводородов, становятся ветряки и солнечные батареи. Тяжеловесные конструкции со временем трансформировались в изящные панели. Их используют в быту, автомобилестроении, освоении космоса.

Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей

Гибкая солнечная панель устроена следующим образом: тонкая подложка покрыта кремниевым полупроводником. Толщина панели с напылением составляет не более 1 мкм. Полупроводник нагревается солнцем, в результате чего электроны перемещаются в заданном направлении. К элементам монтируют выводы и формируют батарею. Для работы такой мобильной электростанции используют солнечную энергию.

Крупногабаритные, с маленьким КПД, солнечные батареи ушли в прошлое. Современным моделям не требуется максимальное количество солнечного света, а сами конструкции стали легкими, гибкими, мобильными, их можно свернуть в трубку и взять с собой в поход.

Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей

В настоящее время аморфный кремний заменяют сульфиды и теллуриды кадмия, медно-галлиевые и индиевые диселениды, полимерные соединения.

Для повышения КПД современные технологии позволяют выпускать многослойные полупроводниковые конструкции. Каскадное строение панели дает возможность преобразовывать отраженный свет несколько раз, что доводит их работоспособность почти до кристаллических вариантов.

Несмотря на то что устройство выглядит довольно просто, для подачи тока в сеть необходимы дополнительные составляющие:

  • Аккумулятор, накапливающей энергию. Он нужен при перепадах напряжения.
  • Инвертор, переводящий постоянный ток в переменный.
  • Система для корректировки заряда аккумулятора.

Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей

Гибкие гелиомодули имеют свои особенности:

  • Тонкая податливая структура батарей дает возможность использовать их на нестандартных типах поверхности.
  • Имеют высокий уровень оптического поглощения фотонов, это увеличивают их КПД.
  • Гибкие батареи способны работать даже в облачную погоду, что говорит о высокой производительной выработке.
  • Наиболее актуален такой вид энергии в жарком климате, там, где гелиомодули получают максимальное количество солнечных лучей.
  • Особо высокую продуктивность солнечные панели показывают на крупных гелиокомплексах.

Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей

Гибкая солнечная панель, благодаря своей мобильности, имеет преимущества над другими видами батарей.

К ее достоинствам относится:

  • Надежность изделия обеспечена мерами, предохраняющими от механического разрушения, воздействия влаги. Легкий вес и большая площадь позволяет панели оставаться невредимой при падении с многометровой высоты. Большинство конструкций оснащены чехлами.
  • Ультратонкая панель имеет небольшую массу, 6-ваттная батарея весит менее 300 грамм, тогда как кристаллическая таких же параметров – на 100 г больше.
  • Эффективность работы пленочных моделей составляет 15%, кристаллических – 20%. Но в пересчете КПД на массу тела, солнечная панель имеет преимущества.

Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей

К недостаткам можно отнести цену, которая превышает стоимость жесткой батареи. Пока еще не слишком большой спрос удерживает ценовую политику. Постепенно ситуация в этом отношении будет улучшаться.

Устройства, преобразующие свет в электрический ток, давно нашли свое применение. Гибкие солнечные панели облегчают жизнь людей во многих сферах деятельности, от бытового уровня до космических разработок.

При архитектурной отделке домов гибкие панели монтируют на крышах и в окнах зданий. Стекло «триплекс» с функционалом солнечной генерации собирает энергию света, не нарушая прозрачность окон и создает приятный микроклимат в помещении. В комнатах, где установлены окна с триплексом, можно обходиться без кондиционера.

Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей

Подобные стекла устанавливают в учебных заведениях, торговых павильонах, на остановках общественного транспорта, его используют для уличных бассейнов и в теплицах.

Небольшой вес панелей делает их востребованными в самолетостроении, ими оснащают электрические автомобили, лодки, аэростаты. Нашли свое применение гибкие конструкции в военном деле, судостроении, кинематографе, их применяют работники полиции и МЧС.

Панели монтируются на любой поверхности, поэтому их с успехом используют в быту.

Пленочную батарею можно встретить на часах, калькуляторах, в качестве нашивок на одежде, на чехлах. Некоторые модули созданы для ношения на сумках и рюкзаках. Power bank с солнечными фотоэлементами позволяет в экспедициях и походах заряжать телефоны, планшеты, фонарики, фотоаппараты.

Фотопанели на основе аморфного кремния нашли свое применение на космических станциях, с учетом малого веса, их легко доставить на околоземную орбиту, а энергоемкость подобных конструкций в пять раз превышает кристаллические варианты. Удобно использовать солнечные панели на объемных гелиостанциях, где достаточно места для их размещения.

Одним из важных критериев выбора являются климатические условия местности, в которой будут установлены гелиопанели. Учитывается количество солнечных дней в году и длина самого дня. Исходя из этих данных, определяется мощность электроэнергии, которую должна вырабатывать батарея в час или сутки.

Для северных районов подойдет текстурированное стекло, оно эффективно справляется с работой даже в пасмурные дни. Модули из микроморфного кремния не требуют точной ориентации на солнце, их суммарная годовая мощность превосходит другие тонкопленочные батареи.

На них часто останавливают свой выбор жители районов с малой освещенностью.

Выбирая модуль для дома, необходимо продумать, какие электроприборы будут востребованы, хватит ли для них мощности предполагаемой покупки.

Нужно заранее определиться с местом для солнечных панелей и предусмотреть резервную территорию, если понадобится нарастить мощность.

При покупке учитывается тип конструкции, материал, толщина фотоэлемента, производитель модуля – все это влияет на цену, качество и длительность работы. Не обязательно переплачивать за иностранные бренды, хорошо себя зарекомендовали модули российского производства, ориентированные на наши климатические условия.

Для расчета количества модулей, следует учитывать, что семья из 4 человек, в среднем, потребляет 200–300 кВт электроэнергии в месяц. Солнечные панели вырабатывают с одного квадратного метра примерно от 25 Вт до 100 Вт в сутки.

Для полного удовлетворения дома в потребностях электричества, понадобится 30–40 секций. Оснащение солнечными батареями обойдется семье около 10 тысяч долларов.

Устанавливать панели следует на южную сторону крыши, куда попадает максимальное количество солнечных лучей.

Чтобы определиться с выбором, следует понять, какой тип модуля больше подходит покупателю:

  • Монокристаллические фотоэлементы стоят 1,5 доллара за Вт. Они имеют меньшие размеры и более эффективны, чем другие виды подобных батарей. Их общее покрытие занимает меньше места. Учитывая мощность и качество, лучше сделать выбор в их пользу. Единственным минусом является высокая стоимость.
  • Поликристаллические батареи стоят 1,3 доллар за Вт. По мощности они уступают монокристаллическим, но и оцениваются дешевле. Бюджетные возможности привлекают покупателей, к тому же последние разработки подобных батарей сильно приблизили их КПД к монокристаллическим аналогам.
  • Солнечные тонкопленочные панели имеют меньше мощности на один квадратный метр, чем предыдущие модели. Ситуацию выравнивает появление на рынке модулей из микроморфного кремния. Они вырабатывают хорошую суммарную мощность за годовой отрезок времени, отлично себя зарекомендовали в работе видимого и инфракрасного спектра. Для них не важна привязанность к солнечным лучам. Срок эксплуатации батарей составляет 25 лет. Модули имеют недорогую технологию производства, это сказалось на их стоимости – 1,2 доллара за Вт.
  • Большой интерес представляет собой гибридная панель, так как она генерирует тепловую и электрическую энергию. Конструкция соединяет в себе коллектор тепла и элементы фотоэлектрической батареи.

По описанию солнечных батарей видно, что для территорий с малой освещенностью больше подойдут панели микроморфного кремния, южные районы могут воспользоваться поликристаллическими батареями. Для тех, кто не стеснен материально, отличным выбором станут более мощные монокристаллические фотоэлементы.

Сегодня еще остаются претензии к гибким солнечным панелям, но завтрашний день, несомненно, за ними. Их активное усовершенствование приводит к снижению стоимости, они уверенно вытесняют кристаллические аналоги из промышленной и бытовой сферы деятельности человека.

Обзор гибкой солнечной батареи смотрите в следующем видео.

Что такое гибкие солнечные панели и где они используются

  • Комплекс солнечных батарей в ГерманииМногие государства всерьёз задумались о масштабном производстве и использовании солнечной энергии.
  • Производство солнечной энергии получает своё развитие и в России.
  • В настоящее время в РФ уже построено следующее количество установок по производству солнечной энергии:
  • Краснодарский край – 46 ед.;
  • Дагестан – 8 ед.;
  • Ставропольский край – 2 ед.;
  • Бурятия, Хабаровский край, Костромская область – по 1 ед.

Бурное развитие данной отрасли во всем мире оставляет надежду на то, что в будущем этот неисчерпаемый источник экологичной энергии станет основным для населения планеты.

Почему так важна эффективность?

Большое значение эффективность приобретает при расчёте площади, которую вы можете использовать под систему солнечных батарей. При сопоставимых размерах описанных модулей от Amerisolar AS–6P30 280W (1.63 квадратных метра) и NeOn 340 W от LG (1.

71 квадратных метра), разница в мощности на один квадратный метр на выходе будет составлять 15.6%.

С одной стороны, это может показаться не очень эффективным, учитывая разницу в цене более чем в два раза, но в случае с ограниченным пространством или более агрессивной внешней средой, возможно, сдвинет ваш выбор в пользу этого известного производителя.

Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей

Увеличенный коэффициент полезного действия подчеркивает не только эффективность технологии изготовления, но и качественные материалы, используемые при изготовлении.

Это сможет сказаться на сроках работы устройств, на устойчивость панелей к так называемой деградации. Не стоит забывать также и про гарантийные обязательства производителя.

Читайте также:  Заземление в частном доме: полный монтаж, принцип работы

Имея представительства и гарантийные сервисы почти во всех уголках мира — LG сможет похвастаться более лояльным подходом к клиентам и выполнением своих обязательств.

Космический аппарат, использовавший солнечную энергию

Солнечные панели выступают из телескопа Аполлона, питают инструменты солнечной обсерватории на станции Скайлэб, которая также имела дополнительную решетку на главном космическом корабле.

На сегодняшний день солнечная энергия, за исключением двигательной установки, применяется для космических аппаратов, работающих не дальше от Солнца, чем орбита Юпитера . Например, Juno , Magellan , Mars Global Surveyor и Mars Observer использовали солнечную энергию, как и орбитальный космический телескоп Хаббл .

Rosetta космический зонд , запущенный 2 марта 2004, использовал свои 64 квадратных метров (690 кв.м) , солнечных панелей, насколько орбиты Юпитера (5,25 а.е. ); ранее самым дальним использованием был космический корабль Stardust на высоте 2 а.е.

Солнечная энергия для движения также использовалась в европейской лунной миссии SMART-1 с двигателем на эффекте Холла .

Миссия Juno , запущенная в 2011 году, является первой миссией к Юпитеру (прибыла к Юпитеру 4 июля 2016 года) с использованием солнечных батарей вместо традиционных РИТЭГов, которые использовались в предыдущих миссиях за пределами Солнечной системы, что делает его самым дальним космическим кораблем для использования. солнечные панели на сегодняшний день. Он имеет 72 квадратных метра (780 квадратных футов) панелей.

Еще один интересный космический аппарат – Dawn, который вышел на орбиту около 4 Весты в 2011 году. Он использовал ионные двигатели, чтобы добраться до Цереры .

Возможности космических аппаратов на солнечной энергии за пределами Юпитера были изучены.

Международная космическая станция также использует солнечные батареи для питания всего на станции. 262 400 солнечных элементов покрывают около 27 000 квадратных футов (2 500 м 2 ) пространства.

Четыре комплекта солнечных батарей питают станцию, а четвертый комплект батарей был установлен в марте 2009 года. Эти солнечные батареи могут вырабатывать 240 киловатт электроэнергии.

Это составляет 120 киловатт средней мощности системы, включая 50% времени нахождения МКС в тени Земли.

Панели из редких металлов

Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей

Описание

КПД у них высокий. По этому показателю они впереди кремниевых. В основе устройств, способных к работе в условиях экстремальных, лежит теллурид кадмия. Применяются они для облицовки строений в экваториальных странах, где в дневное время поверхности нагреваться порой выше 80 градусов.

Также растет популярность селенид –индий – медно – галлиевых панелей и селенид- индий – медных.

Но, не забывая о токсичности кадмия, и о том, что галлий с индием достаточно редко встречающиеся металлы, невозможно даже предположить, что они будут использоваться для массового производства.

На панели маленькой площади концентрируются лучи сотен зеркал. Она генерирует ток и передает одновременно водяному теплообменнику тепло. Он нагревает воду до парообразного состояния. Пар приводит во вращение турбину, генерирующую энергию электрическую. То есть, с наибольшей эффективностью энергия солнца сразу двумя способами превращается в электрическую.

Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей

История солнечных панелей

Об использовании энергии солнца люди задумывались давно, но раньше технологические возможности не позволяли это сделать. Отправной точкой в этом направлении считается открытие фотогальванического эффекта в 1839 году ученым А.Э. Беккерель.

Всерьез об использовании солнечной энергии заговорили только в 1883 году, когда был изобретен первый модуль работающий на этом источнике.

Прототипы были представлены во Франции на всемирной выставке, они фокусировали солнечные лучи с помощью зеркал и реформировали их в пар.

Однако ученым понадобилось еще несколько десятилетий, чтобы создать солнечные панели, способные преобразовывать энергию лучей в электрическую. Приборы были громоздкими и малоэффективными.

Добиться приемлемых результатов удалось в 70-е года 20 века, но устройства были такими дорогими, что применялись только в космической отрасли.

Первые солнечные батареи для дома появились к 90-м годам и с каждым годом их модификация постоянно совершенствуется.

Как сделать освещение на солнечных батареях своими руками

Чтобы соорудить прибор, нужно купить материалы и детали:

  • аккумуляторы с емкостью от 1500 мА/ч с выходом напряжения на клеммах 3,7 В;
  • солнечную панель напряжения 5,5 В/200 мА;
  • резисторы 47-56 Ом;
  • диоды КД 243А;
  • транзистор КТ261Г;
  • плата для вытравливания по определенной схеме.

Теперь нужно собрать светильник, оснастить его светодиодами мощностью 3Вт, а отражателем послужит старый компакт-диск.

Модернизация дешевого садового светильника на солнечных батареях, который обойдется примерно в 300 рублей, отнимет намного меньше сил и времени. Для увеличения длительности свечения в сеть следует встроить сопротивление 40-50 Ом. Нужно подрезать дорожку на плате, впаять резистор 5мА и собрать светильник.

Гибкие солнечные панели: преимущества и отличия от жестких

Как реальная альтернатива традиционным жестким модулям, гибкие солнечные батареи начали появляться около 10 лет назад.

Принцип их действия ничем не отличается от «классики», однако ряд конструктивных и физических особенностей открывает путь к блестящим перспективам.

За минувшее десятилетие тонкопленочная фотовольтаика значительно повысила свой КПД и сегодня занимает около 20% рынка. По прогнозам специалистов, новые поколения «солнечных пленок» к 2040-2050 годам практически полностью вытеснят жесткие модификации.

Чем гибкие солнечные панели отличаются от жестких модулей

Первое отличие заключается в процессе производства. Базой «классики» служат выращенные по специальной технологии крупные кристаллы кремния. Далее они нарезаются на тонкие пластинки толщиной около 0,3 мм, которые становятся основой прямоугольных ячеек. Полученные элементы;

  • укладываются рядами на стеклотекстолитовую подложку;
  • соединяются в единую батарею, обычно в прочной алюминиевой раме;
  • накрываются листом толстого каленого стекла;
  • герметизируются.

Результатом становится тяжелый, неэластичный и сравнительно хрупкий модуль. Его невозможно смонтировать на криволинейную поверхность, он чувствителен к перегреву и направлению на солнце.  

Гибкие солнечные панели конструктивно сильно отличаются от своих предшественников. Полупроводниковый слой – даже кремниевый – делают методом напыления на сверхтонкие стальные ленты. Таких слоев может быть несколько, причем не обязательно из одного материала. После подключения электродов основа ламинируется. 

Полученная в итоге конструкция представляет собой тонкую пленку, способную изгибаться и даже перекручиваться под любыми углами. Наиболее современные модели печатаются на промышленных 3D-принтерах и легко сворачиваются в рулоны. Гибкие батареи могут:

  • нарезаться произвольным образом;
  • эффективно использоваться в портативных переносных устройствах;
  • укладываться в чехлы или футляры;
  • встраиваться в крыши, окна и т.д. 

Они легче, долговечнее, менее чувствительные к неблагоприятным погодным условиям и дешевле в производстве. Исключение составляют только модификации на дорогостоящих редкоземельных металлах, которые используются аэрокосмической промышленностью.

Краткий обзор гибких солнечных панелей без применения кремния

Несмотря на то, что во многих тонкопленочных моделях по-прежнему используется кремний, большинство современных пленок изготавливаются по безкремниевой технологии.

1. Аморфный кремний A-Si

С момента появления тонкопленочной технологии на базе аморфного кремния ожидалось, что именно эта модификация батарей второго поколения станет ведущей на мировом рынке.

Однако к концу второго десятилетия 21 века, несмотря на повышение КПД A-Si до 14-16%, конкуренции с более производительными пленками CdTe та CIGS они не выдержали. Около 20% рынка фотоэлектрических элементов аморфный кремний сохранил.

Но технологические наработки последних лет в основном «ушли» в сферу производства ЖК-дисплеев, микротранзисторов и рентгеновских пленок.

Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей

2. Теллурид-кадмиевые CdTe

К 2020 году стали наиболее распространенной модификацией рынка гибких батарей, хотя сохранился выпуск и жестких вариантов.

Пользуется популярностью благодаря низкой стоимости и высокой эффективности, в том числе в неидеальных условиях освещения. КПД серийных изделий достигает 20-22%.

Температурный коэффициент в 2-3 раза ниже, чем у Mono-Si и Poli-Si, что способствует их массовому применению в жарком климате.

Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей

3. Сульфид индия/меди/галлия (CIGS)

Наиболее эффективный на сегодня вариант гибких панелей. Высокая себестоимость производства не позволяет массово использовать их «на земле», однако все космические аппараты оборудованы именно этим типом фотовольтаики. КПД лучших образцов достигает 35-40% и выше. Предельно надежны и минимально деградируют даже в экстремальных условиях чрезмерно низких и высоких температур. 

Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей

4. Гибкие солнечные батареи на основе полимеров, органики и квантовых точек

Являются представителями третьего поколения тонких пленок. Массовому внедрению пока препятствует сравнительно низкий – менее года – срок эффективной службы, а также КПД в диапазоне 14-17%. Тем не менее, именно этот класс считается наиболее перспективным, ввиду достижения в самом ближайшем будущем:

  • общедоступного и дешевого производства;
  • максимальной функциональности;
  • экологической безопасности;
  • возможности делать пленки практически прозрачными.

Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелей

Достоинства и недостатки в сравнении с жесткими модулями

Гибкие панели выигрывают у классических конкурентов практически по всем параметрам. Главными из них являются два наиболее важных достоинства 

1. Среднегодовая производительность

Практически в любых регионах с количеством солнечных дней в году менее 300, тонкопленочные варианты оказываются эффективнее. Их КПД резко не «проседает» при рассеянном и падающем под большими углами свете. 

Они малочувствительны к температурам вплоть до 60-70°C, в то время как кремниевые модули при таком нагреве теряют около 20% генерации. Это сильно сокращает срок окупаемости СЭС на «пленочной» базе и делает вложения в покупку более выгодными.

Читайте также:  Холодильники siemens: ТОП-7 лучших моделей, отзывы и обзор достоинств и недостатков

2. Функциональность

Благодаря эластичности и малому весу, гибкие батареи могут широко применяться там, где установка традиционных модулей невозможна. Ими можно покрывать изогнутые крыши теплиц, дугообразных остановок общественного и частного транспорта, дизайнерских зданий с нелинейной формой кровли. 

Тонкие пленки уже сегодня можно вставлять даже в одежду и обувь, чем часто пользуются модные дизайнеры. Кроме того, быстро набирает популярность комплектация гибкими панелями некоторых видов автомобилей и общественного транспорта. В Китае электробусы, питающиеся от тонкопленочных солнечных батарей, в нескольких небольших городах полностью вытеснили классический вид автобусов.

 Частично прозрачные модификации обладают еще более широкими возможностями. В перспективах самого ближайшего будущего – переход на энергосберегающие панорамные окна в офисах крупнейших компаний всех развитых стран мира.

Основных недостатков на сегодняшний день тоже два.

1. КПД при идеальной освещенности и цены

Доступные по цене гибкие панели пока проигрывают в максимальной эффективности лучшим модулям на базе кремния. У первых – как правило, это теллурид-кадмиевые CdTe – КПД в яркий солнечный день достигает 21%.

Для монокристаллических ячеек этот показатель на 3-4% выше. При ухудшении условий освещения ситуация начинает меняться, но в южных солнечных регионах крупные СЭС пока предпочитают использовать Mono-Si и Poli-Si.

Обратная ситуация складывается с гибкими батареями на редкоземельных элементах. КПД у CIGS выше, но стоимость настолько высока, что их использование пока целесообразно только в высокотехнологичных отраслях, где цена изделия не критична.

2. Проблема с утилизацией

Все без исключения гибкие солнечные батареи являются экологически чистыми в процессе эксплуатации. Однако по завершении срока службы их утилизация обходится производителям в немалые суммы. Причина этого – в ядовитости теллура, галлия, кадмия, германия и прочих редкоземельных элементов, что требует применения дорогостоящих технологий при их захоронении.

Решить проблему кардинально поможет только переход на третье поколение панелей, созданных на основе безопасных природных минералов и органики.

Сферы применения 

Помимо ситуаций, где тонкопленочные модификации могут использоваться наравне с классикой, существует несколько сфер, где применение традиционных модулей неудобно или невозможно вовсе:

  • благодаря чрезвычайно малой массе, гибкие батареи часто устанавливаются на дроны, а также электрические и гибридные автомобили:
  • использование солнечных пленок очень удобно в портативных СЭС небольшой мощности, что быстро оценили любители многодневных походов пешком или на лодках;
  • начинается постепенное внедрение тонкопленочной фотовольтаики в традиционные предметы гардероба – одежду, обувь, а также рюкзаки и сумки;
  • эластичность и небольшой вес незаменимы при снабжении энергией солнца теплиц и прочих конструкций с нелинейной формой кровли, не приспособленных к высокой нагрузке;
  • во многих странах гибкие панели массово покрывают навесы над стоянками авто и остановками общественного транспорта;
  • в самом ближайшем будущем тонкие пленки начнут интегрироваться не только в крыши, но и в окна.

Новая гелио технология быстро завоевывает мир, хотя и находится пока в стадии становления. Основным ее преимуществом перед классическими жесткими вариантами является мобильность и варианции использования. 

Традиционные кремниевые модули практически не имеют возможностей дальнейшего усовершенствования. Пленочные батареи, напротив, способны в разы увеличить свой КПД, стать еще более функциональными, дешевыми и абсолютно безопасными для окружающей среды.

Гибкие солнечные панели, их использование и особенности

В наше время особое значение приобретают возобновляемые источники энергии. Один из них – солнечные батареи. Раньше они стоили очень дорого и были только жёсткими. Это ограничивало применение таких источников электроэнергии. Сейчас солнечные элементы подешевели и кроме жёстких появились гибкие солнечные панели.

Устройство жёстких и гибких панелей

Любая солнечная батарея представляет собой слой полупроводника (используется кремний с добавками других элементов), нанесённый на основание. К нему прикрепляются электроды, и вся конструкция покрывается защитным слоем.

Жёсткие панели

Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелейУстановка жесткой солнечной панели на крышу дома

Жёсткие батареи изготавливаются из кристалла кремния. Его режут на пластинки необходимого размера толщиной 0,3 мм, их наклеиваются на основание, которое определяет прочность конструкции. Чаще всего используется стеклотекстолит. Обычное стекло применяется намного реже, используют его в стационарных конструкциях ввиду их большого веса и низкой прочности. С лицевой стороны панель покрывается герметизирующим слоем.

Такая батарея довольно хрупкая в разложенном состоянии, но в сложенном виде похожа на прочный текстолитовый брусок.

Гибкие панели

Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелейДемонстрация свойств гибкой солнечной панели

Гибкие элементы устроены немного иначе. Большое количество слоёв кремния напыляется на гибкое основание. Обычно им служит стальная лента. После этого прикрепляются электроды и вся конструкция ламинируется. Получившуюся плёнку можно скручивать в рулон или изгибать. Поэтому такие батареи получили своё название – гибкие. В сложенном виде этот рулон нуждается в защите, например, в футляре, но в разложенном состоянии довольно прочный благодаря повышенной гибкости.

В переносных моделях гибкие элементы нашиваются на ткань и складываются «гармошкой».

Сферы применения гибких солнечных батарей

Гибкие солнечные панели легче и прочнее кристаллических, но имеют меньшую мощность на единицу площади. Именно эти качества определяют сферы преимущественного использования кристаллических солнечных панелей.

Гибкие солнечные батареи: виды и свойства солнечных панелейОдин из вариантов использования гибкой солнечной панели

Устройства эффективны для применения в электромобилях и электросамолётах, где важен каждый грамм веса.

Это же качество имеет решающее значение для альпинистов и в длительных пеших походах. Кроме того, гибкость этих элементов позволяет нашивать их на рюкзаки и куртки. Это можно сделать своими руками. В чехлах панелей всегда есть отверстия для крепления. В этом случае подзарядка аккумуляторов может происходить прямо во время движения.

А если такая батарея закреплена на крыше палатки, то это избавит от необходимости специально для неё искать место установки.

Гибкие панели устанавливаются также на крышах яхт. Гибкий слой основы позволяет повторить форму крыши, и предотвратить срыв батареи ветром и дождём.

На крышах зданий гибкие панели устанавливаются на шифер или черепицу. Основа таких устройств позволяет повторять рельеф кровельных материалов.

Если подложка прозрачная, то её можно прикрепить к стеклу. Такая панель имеет вид тонированного стекла и позволяет использовать для выработки электроэнергию окна.

Преимущества и недостатки

Как любая вещь, гибкие солнечные панели имеют достоинства и изъяны. Лучше всего они видны в сравнении с жёсткими (кристаллическими) солнечными батареями:

  • Стойкость к механическим повреждениям. Гибкие панели можно гнуть и скручивать в рулон. В сложенном виде нужно переносить в футляре или «гармошкой». У жёстких батарей прочность зависит от основы. Чаще всего используется стеклотекстолит толщиной 1-1,5 мм. В разложенном виде панель лучше не переносить, а в сложенном – она похожа на прочный брусок.
  • Мощность. Гибкие батареи имеют меньший КПД (коэффициент полезного действия) и удельную мощность на единицу площади. Их применение предпочтительнее в ситуации, в которой вес имеет решающее значение. Аморфный слой полупроводника лучше улавливает рассеянный солнечный свет.
  • Цена. Гибкие панели дороже жёстких, но их стоимость постепенно снижается. Аналогичная ситуация была со светодиодными лампами – со временем их производство росло, а цены снижались.
  • Использование. Гибкие элементы можно нашивать на одежду, рюкзаки и заряжать аккумуляторы в дороге. Они легче жёстких, поэтому предпочтительнее для установки на электромобили и электросамолёты, дроны, а также в пеших походах. Повторяют кривизну основания и крепятся на шифер или черепицу. Яхта с такими панелями будет обеспечена электроэнергией даже при выключенном двигателе. Жёсткие батареи используются в стационарных и маломобильных конструкциях (охотничьих домиках и многодневных выездах на рыбалку). Крепить эти устройства можно через специальные отверстия, с помощью двухстороннего скотча или силиконового герметика.

Важно! Герметик нужен не уксусный, а нейтральный – уксус, как любая кислота, окисляет проводники и соединения.

Как правильно выбрать солнечную батарею

Есть много критериев, по которым выбираются панели:

  1. Мощность. Зависит от количества аппаратов, прогноза погоды (в пасмурную погоду мощность панелей падает и необходим запас). Для телефонов достаточно 6-9 Вт, для фотоаппарата или планшета – 10-20 Вт, а для ноутбука не менее 15.
  2. Вес. Лучше всего выбирать на сайте производителя или магазина. Если батарея будет переноситься в пешем походе, то нужна самая лёгкая, а при перевозке на автомобиле важнее выбрать батарею с максимальным КПД (коэффициентом полезного действия).
  3. Напряжение. Для зарядки телефона, планшета или фотоаппарата достаточно 5 В. Для ноутбука необходимо 12 В и преобразователь 12-220. Солнечные батареи нужны со встроенным или дополнительным стабилизатором, так как выходное напряжение сильно зависит от яркости света.
  4. Цена. Гибкие панели дороже, однако, эта разница постепенно уменьшается.
  5. Надёжность. Гибкие элементы более надёжные, поэтому предпочтительнее в особо важных ситуациях.

При равных условиях стоит выбрать модель, получившую на специализированных форумах лучшие отзывы.

Ремонт гибкой панели

Несмотря на то что производитель таких панелей из-за конкуренции повышает надёжность своей продукции, возможен выход панели из строя.

Читайте также:  Лупинг газопровода: его функции и особенности обустройства для газопровода

Ремонт гибкой солнечной батареи заключается в замене неисправного участка. При отсутствии внешних повреждений найти его можно, подключив к выходу прибор (вольтметр) и последовательно затеняя участки батареи.

Гибкие солнечные панели – это перспективные устройства для мобильного (малой мощности) или стационарного электроснабжения.

Видеоматериалы по теме

Следующая

Особенности эксплуатации гибких солнечных панелей

Высокая стоимость электроэнергии и частые проблемы с ее подачей заставляют обращать внимание на альтернативные источники. К таковым можно отнести гибкие солнечные панели.

Их конструктивное исполнение позволяет переводить солнечную энергию в электрическую. Особое конструктивное исполнение делает возможным их крепление на различных поверхностях.

Чтобы оценить, подойдут ли такие энергосберегающие конструкции для вашего дома или офиса, стоит познакомиться с отличительными особенностями.

Что это такое

Гибкая солнечная панель состоит из тонкой подложки, на поверхность которой нанесен слой кремниевого полупроводника. Готовое изделие вместе с напыленным слоем имеет толщину менее 1 мкм.

Принцип работы системы основан на фотовольтаике, предполагающую преобразование энергии фотонов в электричество. Под воздействием солнечных лучей полупроводник начинает нагреваться, это приводит к формированию направленного потока электронов.

Элементы соединяются с выводами, обеспечивая тем самым формирование батареи, вырабатывающей электроэнергию.

Сравнительно недавно подобные конструкции имели большие размеры и невысокий КПД. Сегодня ситуация изменилась. Для выработки электрического тока батарее требуется немного света. При этом само устройства имеет небольшой вес, достаточно гибкое и мобильное. Его можно быстро переместить с одного места на другое.

Вместо аморфного кремния многие производители сегодня используют полимерные соединения, теллуриды кадмия, индиевые диселениды и другие вещества. Для увеличения КПД гибкие солнечные панели выполняют многослойными. Выбор в пользу каскадного строения позволил обеспечить многократное преобразования отраженного света, и за счет этого добиться повышения работоспособности элемента.

Для подачи электроэнергии внутрь дома потребитель должен иметь в наличии:

  • аккумулятор, в котором будет накапливаться вырабатываемая электроэнергия. Он позволит предотвратить возможные негативные последствия, которые могут иметь место при скачках напряжения;
  • инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный;
  • система, позволяющая откорректировать уровень заряда аккумулятора.

Преимущества

Почти любая гибкая солнечная панель является востребованным источником энергии, так как:

  • Компактна и легка. Размер и вес изделия сравнительно небольшой, что делает возможным их монтаж практически в любом месте. При установке гибких модулей можно отказаться от усиления основания.
  • Экологична, что имеет важное значение при покупке подобных конструкций для электроснабжения жилых помещений. В процессе работы устройства не оказывают негативного влияние на состав и состояние воздуха внутри помещения. Они не выделяют вредных веществ.
  • Производительны. Продуманное нестандартное решение существенно повышает эффективность изделий. Хотя они несколько уступают монокристаллическим, но при соблюдении правил и рекомендаций производителя по эксплуатации установленного оборудования можно добиться производительности порядка 18 %;
  • Универсальны. Качественные гибкие элементы способны выдержать значительные температурные колебания. Они могут монтироваться на основание любой формы, повторяя контуры основы. Это делает возможным их размещение на любой открытой площадке и эксплуатацию в различных погодных условиях.
  • Просты. Благодаря достаточно простому исполнению гибкие солнечные батареи могут монтироваться своими силами. Это существенно сокращает общие затраты на монтаж.
  • Мобильны. Их необязательно монтировать на стационарную основу. При желании панель можно скрутить в трубочку и взять с собой в путешествие.

Недостатки

Хотя подобные энергосберегающие системы востребованы у пользователей, они не лишены недостатков. К таковым стоит отнести:

  • Невысокий КПД, что не всегда позволяет выработать достаточно количество электроэнергии для полного обеспечения потребностей жителей частного дома. Для автономной работы системы электроснабжения потребуется большое количество мощных конструкций;
  • Небольшую толщину напыляемого слоя, что существенно сокращает срок службы изделия. Многие изделия не способны прослужить более 20 лет. Гарантийный срок ограничен тремя годами. Через пять лет отдельные элементы начинают выходить из строя.

К недостаткам также стоит отнести продолжительный период окупаемости. Стоимость энергосберегающей конструкции сложно назвать бюджетной.

Кроме самих элементов придется дополнительно приобрести специальное оборудование для обеспечения работоспособности монтируемой системы. Потребуется продолжительный период времени для окупаемости понесенных затрат.

Эффективность системы зависит от погодных условий, а для ее функционирования надо дополнительно приобрести дорогостоящее оборудование.

Особенности эксплуатации

Чтобы гибкие солнечные панели работали максимально эффективно, при их эксплуатации надо учитывать определенные особенности:

  • наибольший КПД обеспечивается в регионах с большим количеством солнечных дней;
  • в пасмурные дни производительности снижается, а потому стоит заранее предусмотреть возможность подключения к аккумуляторной батарее либо к централизованной системе электроснабжения;
  • нагрев фотоэлементов ведет к снижению производительности гелиопанелей;
  • устанавливать системы стоит с южной стороны, монтируя под углом 35–40 градусов;
  • предпочтительным местом установки являются крыши, если система предназначена для электрификации здания.

Область использования

Гибкие солнечные панели являются универсальными конструкциями. Они используются в различных областях, где существует потребность в электрической энергии.

Модули способны стать достойной альтернативой кровельному материалу. Однако их крепят на крыше, покрытой черепицей, металлопрофилем, шифером.

В результате строение получает оригинальный внешний вид, а система вырабатывает электроэнергию для обеспечения его потребностей.

Такой способ электроснабжения может являться основным и дополнительным. Если дом располагается в регионе с большим количеством солнечных дней, актуален первый вариант. Во всех остальных случаях желательно, чтобы гибкие панели дублировали традиционную схему электроснабжения. Так как при снижении эффективности конструкции на некоторый период времени дом может оказаться обесточенным.

Актуальны не только для электрификации зданий, но и при изготовлении различных электронных изделий, в авто- и авиастроении, при оснащении космических аппаратов. Гибкая солнечная панель имеет небольшой вес, что делает актуальным ее использование для обеспечения электричеством:

  • электромобилей и электросамокатов;
  • многочисленных гаджетов во время длительных прогулок и пеших переходов: панели нашиваются непосредственно на рюкзаки и куртки для обеспечения подзарядки аккумуляторных батарей непосредственно во время движения;
  • охотничьих домиков, туристических палаток;
  • яхт и других плавательных средств.

Порядок монтажа

Чтобы система работала эффективно, до начала монтажных работ выполняется расчет необходимого количество модулей. Это позволит понять, какое количество панелей надо приобрести, и какими характеристиками они должны обладать. После закупки необходимого количества и ознакомления с инструкцией производителя, начинается крепление элементов к основанию.

Расчет количества элементов

Чтобы правильно выполнить расчет, надо разработать проект будущей системы. Для этого потребуется значение:

  • полная сумма электроэнергии, которую вы потребляете;
  • полное значение мощности панелей;
  • число панелей;
  • аккумуляторная емкость.

Уровень энергопотребления

Правильность и стабильность работы системы зависит от правильности подключения. Гибкая солнечная батарея подключается к аккумулятору через контроллер. При этом необходимо соблюдать полярность. Ток от аккумулятора должен сначала поступить на инвертор, а затем на электроприборы.

При определении суммарного уровня потребления электроэнергии учитываются все электроприборы, которые есть в доме и в теории могут использоваться одновременно.

Найти актуальное значение мощности конкретного устройства можно в документах либо на корпусе. Учитывается не только мощность электроприборов, но и осветительных устройств.

Если в люстре несколько лампочек, учитываются затраты энергии, необходимой для работы каждой.

После того, как суммарная мощность будет найдена, выбирается инвертор. Он необходим для преобразования постоянного тока в переменный с заданной частотой. При выборе инвертора обязательно предусматривается запас по мощности минимум 0.5 кВт.

Емкость аккумулятора

Далее подбирается аккумуляторная батарея, основным показателем для которых является емкость. Она показывает, силу тока, который будет подаваться в течение часа при заданном напряжении. Для ориентировочного расчета данного параметра суммарная мощность делится на выходное напряжение.

Найденное значение является приблизительным, так как большинство батарей нельзя полностью разряжать. Это может стать причиной непродолжительного срока службы аккумулятора.

В некоторых устройствах минимальный уровень заряда не должен опускаться ниже 40 %. Это обязательно учитывается при расчете путем введения в состав формулы поправочного коэффициента.

При расчете суммарную мощность делят на значение выходного напряжения, умноженного на 0.4.

Количество панелей

При расчете требуемого количества панелей учитывается мощность выбранных моделей и регион, в котором они будут устанавливаться. Желательно найти величину дневного света для конкретной местности. Для расчета потребуется минимальное годовое значение, соответствующее значению солнечной радиации в регионе в конце декабря. Его можно найти в справочной литературе.

Исходя из найденного значения, определяется уровень инсоляции. Он позволит определить, какое количество киловатт сможет выработать один квадрат батареи в декабре. Для этого показатель умножается на количество дней в месяце. Обычно берется 31 день. Так, для Сочи – 1.25×31=38.75 кВт/м², а для Москвы значение будет равно 0.33×31=10.23 кВт/м².

Зная суточное потребление электроприборов, можно определить, какой объем энергии нужен на месяц. Так, если все приборы в доме потребляют 750 Вт, то в месяц потребуется около 25 кВт.

Надо обязательно предусмотреть небольшой запас по мощности на случай, если придется пользоваться какими-то другими электроприборами либо имеющиеся будут заменены на более мощные.

Так, расчетное значение в 25 кВт можно смело округлять до 30 кВт.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector