Портативная солнечная электростанция: преимущества, недостатки и принцип работы

Плюсы

Рассматривая излучения от солнца, как источник энергии, необходимо отметить, что эта энергия бесконечна. Это представляет собой большой плюс, потому, что все доселе известные доселе источники энергетики, являются ущербными для нашей планеты. По некоторым данным Национальной американской исследовательской академии, «Звезда по имени Солнце» будет способна согревать Землю еще примерно еще 6,5 миллиардов лет, до тех пор, пока не взорвется.

• Повсеместность. Запас солнечной энергетики, весьма огромен. Каждый день наша планета облучается около 120 тысячами тераваттами света самой большой звезды. А это, на секундочку, в 20 тысяч раз больше энергии, чем весь мир способен потреблять ежедневно.
• Стабильность. Энергетику солнца нельзя перерасходовать, она стабильна во все времена. И сейчас и для будущих поколений Солнце будет светить.
• Доступность. Энергию из солнечных лучей можно собирать и использовать каждый летний (и даже зимний ) день, по всей поверхности Земли. Например, Германия, на сегодняшний день, является наиболее использующей солнечную энергию страной в мире, и имеет прекрасный запас именно солнечной энергетики.
• Безопасность для окружающей среды. Экологическая чистота, принципиальный фактор в добывании энергии для человеческих нужд. Сравнивая затраты и воздействия на природу традиционных способов получения энергии, с получением энергии от Солнца, можно убедиться в небольшом воздействии на природу и атмосферу от производств, перевозки и установки солнечных батарей. Это бесспорно важнейшее мероприятие в направлении борьбы с глобальным потеплением.
• Отсутствие шумов. Из — за отсутствия движущихся узлов на самом ресурсе, выработка энергии происходит тихо.
• Выгода. Применение отдельного источника электроэнергии в частном доме, весьма экономично. Принципиально, что обслуживание панелей сводится к минимальным затратам, в году несколько раз следует очищать панели от загрязнений. Гарантия от производителя растягивается на 20 — 25 лет.

Сферы деятельности

Применение солнечной энергетики охватывает многие отрасли. При достаточной удаленности от централизованной электростанции потребность в автономных установках очень велика.

Солнечные батареи используют для опреснения воды в Африке, также для поставки электроэнергии на спутниковые станции. Не случайно солнечную энергетику окрестили «народной» она легко вошла процесс электроснабжения дома. Такая электроэнергия потребляет в сырье, как и фотоэлементы луча, так и его теплопроводность.

Новые технологии

Каждый год технически усовершенствуется процесс изготовления электрических батарей. На стадии постройки сооружения, в строительные материалы внедряются инновационные тонкопленочные панели. Японские производители Sharp, являясь несомненным лидером в изготовлении солнечных панелей, не так давно выпустили в широкое потребление прозрачные накопители с фотоэлементами для остекления оконных проемов. Результаты нынешних исследований в квантовой физике и инновациях подразумевают усовершенствование продуктивности солнечных панелей в три раза.

Основные преимущества и недостатки

Система солнечных батарей обладает значительно низкими коэффициентами полезного действия. Однако, если изучить альтернативные источники электрической энергии, то данный вид солнечных батарей – самый эффективный и надежный.

Причиной низкого коэффициента (КПД) – является тот факт, что установка располагается на крыше вашего дачного дома, а это несет в себе особенность, что для высокого результата работы электрических приборов – требуется приобретение автономной СЭС, состоящей из многочисленных панелей.

Электрической энергии, хранимой в одной батарее естественно будет недостаточно для работы обычного компьютера.

Существует еще одна особенность классификации солнечной батареи – ее емкостная база, очень сильно зависит от частоты появления солнечных лучей и соответственно, количества ясных, солнечных дней.

Во время хмурой и дождливой погоды, количество накопленной электрической энергии будет недостаточно для минимальных социальных нужд и потребностей.

Подводя итоги, перечислив недочеты и преимущества при использовании автономных СЭС для дачи, напрашивается следующая картина:

Существенные преимущества СЭС:

1. Довольно длительный срок и гарантийная (до 25 лет) эксплуатация.
2. Отсутствие всякой зависимости при существовании традиционных источников питания.
3. Исключение в необходимости использования постоянного обслуживания.
4. Приобретение бесплатного электричества.

Недостатки:

1. Существенно значительная стоимость при покупке и установке солнечной батареи.
2. Зависимость от количества благоприятных солнечных дней.
3. Низкий уровень КПД.
4. Значительная необходимость в дополнительном оборудовании.

Плюсы и минусы СЭС

Солнечные генераторы имеют массу достоинств. Главным из них является экологическая чистота для окружающей среды.

Плюсы солнечных электростанций:

• Солнечная энергия постоянно возобновляется;
• СЭС не причиняет вред окружающей среде;
• Независимость от центральной подачи электричества;
• Полная автономность системы;
• Длительный срок эксплуатации;
• Бесплатный энергетический ресурс.

Роль человека в получении электричества в данном случае сводится к нулю. Выработка энергии таким способом имеет и минусы. Покупка оборудования потребует серьезных вложений. Кроме этого необходимо приобрести аккумулятор, так как в ночное время СЭС не производит выработку электричества. Установка оборудования требует дополнительной площади. Она может осуществляться на земле, крыши дома, стене здания. К недостаткам можно отнести необходимость очищать отражающую поверхность от пыли и загрязнений, а также нагрев атмосферы над поверхностью оборудования. Мощность вырабатываемого тока напрямую зависит от погодных условий.

Если рационально подходить к вопросу установки солнечных батарей, необходимо учесть некоторые нюансы:

• Проанализировать много ли солнечных дней в предполагаемом районе;
• Уточнить возможность подключения к центральной сети;
• Выяснить, как часто бывают перебои электричества;
• Решить, приборы какой мощности будут использоваться в быту.

Достаточно много достоинств и недостатков у СЭС, однако природные ресурсы не вечны и станции на солнечной энергии смогут стать достойной заменой привычным ресурсам.

У кого лучше покупать солнечную электростанцию и почему

Прежде всего следует сразу отказаться от соблазнительной мысли сэкономить, купив китайские фотоэлектрические модули. Вероятность, что вам повезет с их качеством и они будут выдавать заявленные мощности, есть, но она далеко не стопроцентная. К тому же, как говорилось выше, солнечная электростанция – это инвестиция в будущее, которая оправдывает себя только при долгом сроке службы ФЭМ без потери мощности. Проблема “старения” модулей и снижения КПД с течением времени решена только у хороших производителей – так, гетероструктурные ФЭМ от “Хевел” теряют за 25 лет всего около 17% мощности, чего никак нельзя сказать о продукции безымянных китайских производителей – она вообще может “не дожить” до такого возраста и выйти из строя через несколько лет, не успев окупить свою стоимость. В таких случаях обычно выясняется, что гарантийные обязательства, выданные поставщиком такого оборудования, являются по сути фикцией – причем без всякого нарушения закона. Подробнее об этой проблеме можно узнать здесь. 

Виды

Сегодня из всего имеющегося ассортимента самой большой востребованностью пользуются3 подвида солнечных батарей, которые сделаны из кремния.

• Монокристаллические изделия. Их можно легко «опознать» по внешнему виду, так как эти панели имеют скошенные углы. Фотоэлементы имеют квадратную форму и черную расцветку. Они могут «смотреть» только в одну сторону. Их КПД можно назвать высоким — от 15 до 25%. Данные панели всегда должны быть повернуты своей лицевой стороной к источнику питания – солнцу. Если день выдался пасмурный, если солнце закатилось или пока еще не взошло, мощность устройства будет минимальным. При помощи этих панелей можно довольно эффективно использовать площадь, при этом получая максимальные параметры мощности.
• Поликристаллические изделия. Это также квадратные пластины, имеющие темно-синий цвет, иногда имеют вкрапления кристаллов кремния. По сравнению с другими подвидами имеют большую площадь и отлично подходят для монтажа на масштабных поверхностях. КПД, правда, будет ниже — от 12 до 15%. Но такие батареи спокойно будут работать даже в самый ненастный день.

• Аморфные кремниевые устройства. Этот вид батарей намного дешевле двух предыдущих подвидов. Каждая панель очень сильно похожа на пленку с фотоэлементами синего цвета. КПД у них совсем маленький — около 6-7%. Напыленные слои из кремния будут быстро прогорать под лучами солнца. Зато они хорошо поглощают рассеянный свет и ИК-лучи, поэтому можно без проблем устанавливать их в тех местах, где часто бывает слишком облачно. Из-за гибкой основы монтаж этих пластин довольно прост. Но они прослужат вам значительно меньший срок, чем монокристаллические и поликристаллические панели.
• Микроморфные панели. Этот подвид представляет собой симбиоз аморфных устройств, в которых присутствуют микровкрапления кремниевых кристаллов. Их КПД будет составлять 8-12%, и для них характерен длительный срок эксплуатации.

• https://motocarrello.ru/jelektrotehnologii/solnechnye-batarei/1824-solnechnye-jelektrostancii-dlja-dachi.html
• http://electricadom.com/okupayutsya-li-solnechnye-batarei-dlya-chastnogo-doma.html
• https://www.asutpp.ru/solnechnye-elektrostancii.html
• https://sovet-ingenera.com/eco-energy/sun/otoplenie-na-solnechnyx-batareyax.html
• https://stroy-podskazka.ru/solnechnye-batarei/dlya-dachi/
• http://dachniki.life/dach-str/electric/netradicionnaya-energiya/solnechnye-batarei-na-dachu.html
• https://slarkenergy.ru/solar/solnechnye-elektrostancii.html

Как извлечь выгоду

Беря во внимание тот факт, что солнечные батареи работают только в солнечную погоду, нужно подробно изучить их разновидности. В частности, материалы, из которых они производятся

Поликристаллические батареи могут преобразовывать не только прямые солнечные лучи, но и рассеянный свет. И тогда облака, закрывающие солнечное освещение, уже не будут являться препятствием для их работы. Отзывы утверждают – чтобы получить наибольшее количество электроэнергии, нужно останавливать свой выбор именно на поликристаллических кремниевых батареях.

Но что же делать, если, к примеру, выпадет снег? Снегопад, как и иные виды осадков, не станут минусом в данном случае. Напротив, во время снегопада объем отраженных лучей увеличивается. И если подобраны именно батареи с кремниевыми фотоэлементами, энергии накопится еще больше. Однако частоту осадков тоже необходимо учитывать при установке панелей, ведь их нужно будет от этих осадков очищать.

Наука не дремлет и вполне может статься, что вскоре будут изобретены батареи, которые вовсе не будут иметь никаких недостатков. И тогда люди будут принимать гораздо больше участия в сохранении окружающей среды.

СЭС на фотоэлектрических модулях

Фотоэлектрические гелиостанции считают классическими. В их основе лежит применение солнечных батарей и модулей. Если электроснабжение требуется для небольших объектов, применяют модули без кремниевых элементов. Их устанавливают на крышах или участке земли.

Для промышленных объектов предусмотрены более мощные фотобатареи, которые занимают значительные площади. Принцип работы такой гелиоэлектростанции прост. Для получения электричества преобразуют энергию фотонов света. Станция может работать на отдельный насос или снабжать электричеством целый поселок. Все зависит от количества и мощности панелей. Они особенно распространены в частном секторе. Правильно выбрать солнечную батарею для дома совсем несложно.

Безопасность в использовании станций

Владельцы мобильных или стационарных электростанций не должны забывать о необходимости проведения профилактических работ по обслуживанию батарей и их соединений не менее двух раз в год.

Нельзя забывать и о сезонной разности солнечной инсоляции, поэтому зимой мощность станции придется увеличивать путем добавления модулей. В начале лета лишние модули снимаются оставшихся будет вполне достаточно, чтобы обеспечить жильцам дома бесперебойное освещение, водоснабжение, работу бытовых электроприборов.

Следует помнить, что как бы привлекательно ни выглядело очередное достижение научной мысли, в нашем мире ничего идеального нет. Есть минусы и у СЭС:

Главный недостаток – невысокий КПД (коэффициент полезного действия), всего 20 % (например, ветряной двигатель имеет КПД 40 %). Это значит, что только пятая часть падающей на батареи световой энергии превращается в электрическую.

Говоря о минусах, следует отметить и тот факт, что ночью СЭС не работает, следовательно, необходимы большие аккумуляторы для хранения энергии.

Существенным минусом можно считать высокую цену конструкции – около миллиона рублей.

Советы по выбору

В вопросе, какие солнечные батареи лучше брать для дома, важно сначала определиться, в каком режиме они будут работать. Использование солнечной энергии в быту может обеспечивать:

• Аварийное электроснабжение. Для выбора мощности панели необходимо рассчитать, сколько потребляют приборы, которые должны работать при отключении энергии. Чаще это 4-5 кВт/ч, которые обеспечивают резервное отопление и освещение.
• Базовое электроснабжение. В этом случае батареи замещают электрическую энергию почти полностью. Рассчитать потребуется уже суточное потребление электроэнергии.
• Комфортный режим. На работу батарей приходятся только некоторые приборы. Чаще это духовые шкафы, телевизор, чайник и вытяжка.

Кроме ожидаемой нагрузки, имеет значение время автономной работы батареи. Оно напрямую зависит от емкости аккумулятора. Чем она выше, тем больше панель сможет накопить энергии, которая будет расходоваться в пасмурные дни

Решая вопрос, как правильно выбрать солнечную батарею для частного дома, необходимо обратить внимание и на ее разновидности

Монокристаллические

Если цена не важна, стоит выбирать монокристаллические панели. Их КПД за 25 лет снижается не более чем на 20%. Они состоят из одного кремниевого кристалла и за счет его одностороннего направления эффективнее. Такие панели выбирают в регионах с более высокой активностью солнца.

Поликристаллические

При выборе недорогих батарей для дачи или дома оптимальный вариант – поликристаллические кремниевые. Они стоят дешевле, чем монокристаллические, но вполне могут обеспечить дом достаточным количеством электричества. Здесь мелкие кристаллы объединены в фотоэлементы. По сравнению с монокристальными они менее эффективны, но лучше работают в условиях невысокой активности солнца.

Аморфные

В пасмурную погоду максимально эффективны аморфные батареи. Они работают в любых условиях: при рассвете, закате, запыленном воздухе и в дождь. Рассеянный свет обеспечивает им на 10% больше эффективности, чем у поликристалла. Благодаря гибкости, панели удобно монтировать на криволинейные поверхности, поэтому они не требовательны к углу наклона. Их располагают на крыше дома, покатых и неровных частях.

Многие интересуются, какая солнечная батарея лучше – монокристаллическая или поликристаллическая. Первая эффективнее, но требует много света. Если площадь ограничена и из нее нужно выжать максимум, лучше взять монокристаллические элементы. Когда места много, обходятся поликристаллическими. Для удобства эффективность и отличия разных панелей представлены в таблице.

Принцип работы солнечной электростанции

Солнечная электростанция – это инженерное сооружение, которое служит для преобразования солнечного излучения в электрическую энергию. Методы зависят от характеристик и особенностей станции:

1. конструктивных;
2. аппаратных.

В основу принципа работы сооружений заложен сбор концентрированной энергии лучей, которые отражаются от зеркал к приемникам, накапливающим такую энергию и преобразующую ее в тепловую. Полученный запас используется для получения электрической энергии, путем прогонки ее через определенное оборудование – паровую турбину, тепловой двигатель, заставляющий работать генератор.

Шаг 1: Расчет нагрузки

Прежде, чем выбрать компоненты, необходимо рассчитать нагрузку приборов, которые будут подключаться к вашей солнечной электростанции и сколько времени они будут работать. Для этого нужно сделать следующее:

1. Определите, какую технику (освещение, вентилятор, телевизор, насос и т.д.) вы будете подключать, и сколько времени (часов) она будет работать;
2. Ознакомьтесь со спецификациями ваших приборов для определения их мощности;
3. Рассчитайте величину потребляемого электричества в Ватт-часах (Вт*ч), которая равна произведению номинальной мощности ваших приборов (Вт) на время работы (ч).

Например Вы хотите включить какой-то прибор мощностью 10 ватт на 5 часов от солнечной панели. Количество потребленной электроэнергии будет: 10Вт х 5ч = 50Вт*ч. Таким же образом необходимо рассчитать общую величину потребляемой энергии, а именно рассчитать для каждого прибора и сложить полученные величины.

Пример: настольная лампа = 10Вт х 5ч = 50 Вт*ч + вентилятор = 50Вт х 2ч = 100Вт*ч, телевизор = 50Вт х 2ч = 100 Вт*ч, всего = 50 + 100 + 100 = 250 Вт*ч.

Когда закончите расчет нагрузки, пора приступать к выбору компонентов в соответствии с вашим требованием нагрузки.

Преимущества

Использование солнечных батарей имеет следующие преимущества:

• доступность источника энергии;
• постоянное и независимое энергоснабжение;
• экологичность;
• бесшумность;
• высокая износостойкость.

Каждое из этих достоинств мы опишем более подробно.

Доступность источника энергии

Солнце освещает практически каждый участок поверхности Земли. Поэтому человек может воспользоваться преимуществами использования солнечной энергии. Также следует отметить, что потенциал этого типа энергии в рамках всемирного масштаба многократно превышает потребность в ней.

Постоянное и независимое энергоснабжение

В отличие от полезных ископаемых, энергия Солнца неисчерпаемая и всеобъемлющая. Конечно, как и все на нашей планете имеет свой конец, так и Солнце может иссякнуть. Но когда это произойдет – никто наверняка не знает. Помимо этого, ни солнечная панель, ни сам источник не требует каких-либо затрат на содержание. Этот факт делает вас абсолютно независимым от цен и транспортировки электроснабжения.

Бесплатное потребление

Как мы уже упоминали, Солнце – источник бесплатной энергетики. Некоторые затраты потребуются лишь на установку системы, которая обеспечит вас электричеством. Но в данном случае их можно отнести к долгосрочным инвестициям.

Экологичность

Глобальное потепление – серьезная проблема. Использование солнечных батарей помогает снизить расход природных ресурсов, а их производство и принцип работы не сопровождаются выбросом вредных веществ в атмосферу. Поэтому они являются абсолютно экологичными.

При установке системы, перерабатывающей солнечную энергию в электричество, вы можете быть уверенны в ее безопасности для окружающей среды и своих родных и близких.

Бесшумность

Генерация электроэнергии происходит совершенно бесшумно по причине отсутствия движущихся деталей в конструкции солнечных панелей. Устанавливая систему на крыше своего дома, можно не беспокоиться о постоянном гуле, который, например, издают электрические столбы.

Высокая износостойкость

Срок службы такой системы электроснабжения составляет около 25 лет. С течением времени КПД панелей начинает снижаться. В виду простоты конструкции, ее всегда можно заменить на новую.

Минусы использования

Из недостатков системы можно отметить несколько пунктов:

Главный недостаток солнечных электростанций

• Зависимость от внешних обстоятельств. На стабильность работы влияют ночное время суток, пасмурная, дождливая погода.
• Обеспечение защиты фотоэлементов в случае непогоды.
• Необходимость использования аккумуляторных солнечных батарей, способных накапливать энергоресурсы.
• Периодическое обслуживание оборудования системы.
• Высокая стоимость комплекта на начальном этапе установки.
• Наличие большого пространства, чтобы разместить элементы устройства.
• Недостаточная мощность по сравнению с нефтью, газом, углем, атомной энергией.

Поэтому производители советуют предпочесть гибридную систему с поэтапным преобразованием солнечных потоков.

Кому пригодятся

Современному человеку трудно обходиться без привычных «благ цивилизации»: бытовой техники, мобильной связи, интернета, но иногда сфера деятельности вынуждает отказываться от привычного комфорта. Геологи, нефтяники, рыбаки, охотники, оленеводы, часто оказываются в ситуациях, когда использование традиционных источников энергии невозможно. В таких случаях портативная солнечная электростанция может стать альтернативным источником электроснабжения. Не обойтись без автономного источника электропитания, если требуется освещение временных сооружений, находящихся на больших расстояниях от линии электропередачи.

Служащие МЧС, имея в своем арсенале такие электростанции, в экстремальных условиях могут быстро развернуть комплекс аварийного электропитания и использовать его в полевых условиях, обеспечивая бесперебойную работу необходимого электрооборудования.

Плюсы и минусы СЭС

Солнечные генераторы имеют массу достоинств. Главным из них является экологическая чистота для окружающей среды.

Плюсы солнечных электростанций:

• Солнечная энергия постоянно возобновляется;
• СЭС не причиняет вред окружающей среде;
• Независимость от центральной подачи электричества;
• Полная автономность системы;
• Длительный срок эксплуатации;
• Бесплатный энергетический ресурс.

Роль человека в получении электричества в данном случае сводится к нулю. Выработка энергии таким способом имеет и минусы. Покупка оборудования потребует серьезных вложений. Кроме этого необходимо приобрести аккумулятор, так как в ночное время СЭС не производит выработку электричества. Установка оборудования требует дополнительной площади. Она может осуществляться на земле, крыши дома, стене здания. К недостаткам можно отнести необходимость очищать отражающую поверхность от пыли и загрязнений, а также нагрев атмосферы над поверхностью оборудования. Мощность вырабатываемого тока напрямую зависит от погодных условий.

Если рационально подходить к вопросу установки солнечных батарей, необходимо учесть некоторые нюансы:

• Проанализировать много ли солнечных дней в предполагаемом районе;
• Уточнить возможность подключения к центральной сети;
• Выяснить, как часто бывают перебои электричества;
• Решить, приборы какой мощности будут использоваться в быту.

Достаточно много достоинств и недостатков у СЭС, однако природные ресурсы не вечны и станции на солнечной энергии смогут стать достойной заменой привычным ресурсам.

Разнообразие СЭС

Все существующие типы солнечных электростанций разделяются на:

• тарельчатые;

• фотопанели;

• башенные;
• аэростатные;
• комбинированные;
• параболоцилиндрические концентраторные;
• солнечно вакуумные электростанции;
• башенного типа;

Последние два варианта — солнечные тепловые электростанции. Сконцентрированная солнечная энергия перерабатывается в пар, который вращает турбину, вырабатывающую ток.

Такое богатое разнообразие видов СЭС — наглядное подтверждение тому, что такой вид энергетики очень востребован.

Поэтому, несмотря на плюсы и минусы солнечных электростанций, крупные электрические компании вкладывают серьезные денежные средства в строительство такого рода установок.