Батарея солнечная бытовая. Солнечные батареи: характеристики и особенности использования

Батарея солнечная бытовая. Солнечные батареи: характеристики и особенности использования

Ежеминутно на поверхность нашей планеты попадает много солнечной энергии, без которой жизнь на Земле невозможна. Однако это еще не все, на что она способна, сегодня мы вступаем в эру альтернативных возобновляемых источников энергии, используя активность Солнца, ветра и воды. Крупнейшие солнечные электростанции уже вырабатывают около 1% всей мировой электроэнергии, поэтому будущее за новыми разработками. И этим мы обязаны науке и современным технологиям, благодаря которым это стало возможным.

Устройство панелей

Растущая в цене электроэнергия поневоле заставляет задуматься об экономии. И отличной альтернативой в данном случае считаются природные источники энергии. Оптимальным решение для частного дома является альтернативная электростанция – солнечная батарея.

Изначально может показаться, что вся система солнечной батареи слишком большая, а принцип ее работы невероятно сложен. И чтобы понять, как функционирует солнечная батарея в деле, необходимо детально рассмотреть ее конструкцию.

В действительности гелиосистема устроена довольно просто и состоит из четырех основных элементов.

• Солнечная батарея – по форме и размерам представляет собой прямоугольную панель с определенным количеством пластинок. В основу солнечной батареи входят полупроводниковые материалы. Миниатюрные преобразователи собираются в модули, а модули – в единую систему гелиоколлектора.
• Контроллер – выполняет функцию посредника между солнечным модулем и аккумулятором. Он необходим для отслеживания уровня заряда аккумулятора. Его роль крайне важна во всей цепи – контроллер не дает закипать или падать электрическому потенциалу, который необходим для стабильного функционирования всей системы.
• Инвертор – преобразует постоянный ток солнечного модуля в переменный 220-230 вольт. Гибридный сетевой инвертор может использовать для своей работы как постоянный, так и переменный ток. Но стоит учитывать, что для работы инвертора тоже необходима энергия, и его расход составляет порядка 30% потерь на преобразование. И в пасмурную погоду или в темное время суток вся энергия для работы будет расходоваться из аккумулятора. То есть если аккумулятор разрядится, то инвертор перестанет работать.
• Аккумулятор – преобразованная в электричество солнечная энергия не всегда используется в доме в полном объеме. Излишки могут накапливаться в аккумуляторе и использоваться в темное время суток и в пасмурную погоду.

Мощность солнечных батарей на квадратный метр. Солнечная энергия. Цифры и факты

Основные характеристики солнечного света

Освещенност ь (усредненная мощность солнечного излучения, измеренная в верхней атмосфере Земли перпендикулярно солнечным лучам): 1366 Вт на квадратный метр (или 1361, в соответствии с НАСА).

«Стандартное солнце» (пиковая мощность излучения, которая достигает поверхности Земли на уровне моря в районе экватора в безоблачный полдень): 1000 Вт/м², или 1 кВт/м².

Это значение обычно используется в характеристиках фотоэлектрических систем. Здесь и далее все цифры приведены для поверхностей, оптимально расположенных относительно солнца (перпендикулярно лучам) в соответствии с широтой. Для горизонтальных поверхностей вы получите меньше солнечного света: чем дальше от экватора, тем ниже плотность солнечной энергии.

Инсоляция (среднее количество часов «стандартного солнца» на протяжении суток): от 4–5 солнечных часов на северо-востоке США до 5–7 часов на юго-западе. Инсоляция часто указывается в кВт·ч, численно вытекая из значения «стандартного солнца» в 1 кВт.

Общее количество излучаемой энергии солнечного света в день на м²на уровне моря: (энергия за день) = 1 кВт·ч × (инсоляция в часах). Учитывая среднюю инсоляцию в США, равную 5 солнечным часам, это значение обычно равно 5 кВт·ч/м².

Солнечная мощность , усредненная за весь день: Watts_averag= (энергия за день)/24. Для инсоляции в 5 кВт·ч мощность, усредненная за весь день – 5000 Вт/24 = 208 Вт/м². Обратите внимание, что только небольшая часть этой энергии может быть преобразована в электричество из-за не очень высокой эффективности фотоэлектрических систем.

Типовые характеристики фотоэлектрических систем

Средний КПД распространенных коммерческих солнечных панелей: на кристаллическом кремнии (CSI) – 12–17%; тонкопленочных (из аморфного кремния и других материалов) – 8–12%.

Мощность , генерируемая панелью в один квадратный метр: PVwatts = (солнечная мощность) × (средний КПД), где КПД преобразуется в десятичное число.

Пиковая мощность в безоблачный полдень: PVwatts-peak = 1000 Вт × КПД. Как правило, пиковая мощность равна 120170 Вт/м²для CSi и 80–120 Вт/м²для тонких пленок (TF).

Суммарное усредненное количество энергии , производимой панелью в один м²за день: PVday = PVwatts-peak × (Инсоляция в часах). Для инсоляции в 5 часов это значение будет 0.6–0.85 кВт/м²для CSi и 0.4–0.6 кВт/м²для TF.

Выработанная энергия панели, усредненная за весь день: PVwatts-average = PVday/24. Это примерно 25–35 Вт/м²для CSi и 17–25 Вт/м²для TF.

Общая энергия , генерируемая фотоэлектрическим модулем на м²в год: PVyear = (полная энергия в день) × 365, которая будет равна примерно 219–310 кВт·ч для CSi и 146–219 кВт·ч для TF. Обратите внимание, что инверторы имеют эффективность 95–97%, поэтому фактической электроэнергии будет на 5% меньше.

Ожидаемая стоимость электроэнергии с одного м², сэкономленной за год: Saving = PVyear × 0.95 × (стоимость кВт·ч), где 0.95 – КПД преобразователя и потери в проводах.

В среднем в США стоимость одного кВт·ч электроэнергии равна $0.12, это дает в год $24–35 для CSi и $17–24 для тонких пленок. Таким образом, в лучшем случае, можно будет сэкономить $35 в год на 1 м²панели. Эта цифра относится к высокоэффективной системе с номинальной мощностью 170 Вт/м². Учитывая тот факт, что в настоящее время стоимость типичной фотоэлектрической системы составляет $8000 на 1000 Вт, такие установки будут стоить 170/1000 × $8,000 = $1,360 за м². Это означает, что в нашем примере, гипотетический срок окупаемости будет 1360/35 = 39 лет. Никакое оборудование не сможет так долго функционировать. Скидки и кредиты могут сократить это время более чем на половину, однако, все равно, для среднестатистического домашнего хозяйства установка солнечной панели, скорее всего, не окупится. Конечно, это всего лишь пример. В районах с другой инсоляцией и другими затратами на установку срок окупаемости может быть выше или ниже.

Краткая информация о Солнце

• Диаметр: 1,392,000 км;
• Масса: 1,989,100 × 10²⁴кг;
• Температура на поверхности: ~5,700 °С;
• Среднее расстояние от Земли до Солнца: 150 млн. км;
• Состав по массе: 74% водород, 25% гелий, 1% другие элементы;
• Яркость (общее количество энергии, излучаемой во всех направлениях): 3.85 × 10²⁶Вт (~385 млрд. МВт);
• Плотность мощности излучения на поверхности Солнца: 63,300 кВт на квадратный метр.

Солнечные батареи установка. Типы солнечных электростанций

Сразу отмечу, что говорить я буду не о промышленных решениях и не о сверхмощных системах, а об обычной потребительской солнечной электростанции для небольшого дома. Я не олигарх, чтобы разбрасываться деньгами, но я придерживаюсь принципа достаточной разумности. То есть я не хочу греть бассейн «солнечным» электричеством или заряжать электромобиль, которого у меня нет, но я хочу, чтобы в моем доме все приборы постоянно работали, без оглядки на электросети.Теперь расскажу про типы солнечных электростанций для частного дома. По большому счету, их всего три, но бывают вариации. Расположу, по росту стоимости каждой системы.Сетевая Солнечная Электростанция— этот тип электростанции сочетает в себе невысокую стоимость и максимальную простоту эксплуатации. Состоит всего из двух элементов: солнечных панелей и сетевого инвертора. Электричество от солнечных панелей напрямую преобразуется в 220В/380В в доме и потребляется домашними энергосистемами. Но есть существенный недостаток: для работы ССЭ необходима опорная сеть. В случае отключения внешней электросети, солнечные батареи превратятся в «тыкву» и перестанут выдавать электричество, так как для функционирования сетевого инвертора нужна опорная сеть, то есть само наличие электричества. Кроме того, со сложившейся инфраструктурой электросети, работа сетевого инвертора не очень выгодна. Пример: у вас солнечная электростанция на 3 кВт, а дом потребляет 1 кВт. Излишки будут «перетекать» в сеть, а обычные счетчики считают энергию «по модулю», то есть отданную в сеть энергию счетчик посчитает, как потребленную, и за нее еще придется заплатить. Тут логично подходит вопрос: куда девать лишнюю энергию и как этого избежать? Переходим ко второму типу солнечных электростанций.

Солнечная батарея 220 вольт. Солнечная панель на 220 вольт позволяющая сделать автономное электричество

Солнечная панель является конструкцией, в которой объединены фотоэлементы, которые под действием солнечной энергии «производят» постоянный электрический ток. Они бывают разных размеров: миниатюрные, работающие в микрокалькуляторах; крупные, используемые для создания солнечных электростанций, способных обеспечить автономных электричеством дом, производство.

Сегодня массово в солнечных панелях применяются два вида фотоэлектрических преобразователей. Оба изготавливаются из кремния. Первый вид поликристаллический – получают из расплава кремния путем его долго охлаждения. Технология не сложная, не требует больших дополнительных затрат, потому изготавливаемые фотоэлементы имеют доступную цену. Правда КПД поликристаллических ФЭП не превышает 12%.

Второй вид фотоэлементов – монокристаллический. Их получают, нарезая тонкими пластинами кремниевый кристалл, который выращивается искусственно. У них больший (17%) КПД, но и значительно выше цена.

Виды фотоэлектрических преобразователей можно различить визуально. Поликристаллические имеют неоднородную поверхность, они плоские и квадратные. Монокристаллические тоньше, обладают однородной поверхностью, в панелях выглядят как квадраты, у которых срезаны углы. Панели из первых, при одинаковых характеристиках, всегда больше по площади.

Чтобы получить 220 В автономного электроснабжения, вначале рассчитывают потребность дома в нем. Можно пользоваться средним его потреблением, которое, к примеру, для дачи составляет 2…3кВт·часа. Можно рассчитать все по имеющемуся в доме электросчетчику, записывая его показания.

Далее рассчитывают необходимое количество аккумуляторов, которые могут обеспечить нужный объем энергопотребления. К примеру, один гелиевый аккумулятор с емкостью 100 А·ч, имея напряжение 12 В, способен запасать от солнечных панелей 2,5 кВт·ч энергии, что достаточно для суточной работы: холодильника (класс А); насоса (в день 3 часа); пяти энергосберегающих ламп на 20 Вт (в день 3 часа); телевизора со средней диагональю (в день 3 часа); ноутбука (в сутки 5 часов); пылесоса (в день 0,17 часа); зарядного устройства мобильника (в день 3 часа); дрели (в сутки 0,17 часа); циркулярной пилы (в сутки 0,17 часа).

Определившись с числом аккумуляторов, определяют сколько нужно установить солнечных панелей, чтобы их заряжать. Показатели зависят от региона, к примеру, в Подмосковье, в солнечные дни от одной панели можно получить 0,75 кВт·ч энергии. То есть при одном гелиевом аккумуляторе их нужно установить минимум три.

Солнечная панель заряжает аккумуляторы, они способны отдавать постоянный ток напряжением 12 В. Поэтому в схему домашней солнечной электростанции входит инвертор, который преобразует его в переменный с напряжением 220 В. Он и поступает в внутридомовую электрическую сеть, от которой работает все перечисленное выше оборудование.

Солнечная батарея походная. Полезное дополнение походного рюкзака – солнечная батарея

• Гаджеты ,
• Энергия и элементы питания

• Из песочницы

Совсем скоро начитается весенне-летний сезон походов и пикников, поэтому я решил рассказать о том, как при небольших затратах обуздать солнечную энергию для нужд своих любимых гаджетов. А именно, речь пойдет о солнечной батарее и варианте ее использования совместно с рюкзаком.
На гиктаймс уже писали о Yolk ( тут ) – «солнечной» зарядной станции. Концепт действительно очень интересный, но 120$ за такое чудожаба душитдороговато на мой взгляд. Если рассмотреть существующие солнечные панели и компоненты к ним, то выходит гораздо дешевле: к примеру, солнечная панель ~4$, вольтметр ~2$.
На момент написания статьи времени на запайку и разработку собственного «аналога Yolk» к сожалению, не было, поэтому пришлось пробежаться по просторам «китайских бутиков».
Выбор упал на 4-х панельную солнечную батарею за 27$ (заодно к этому делу прикупил новый рюкзак за 31$). Пятипанельных солнечных батарей я не встретил, но были трехпанельные. Цена у них отличается на 8-10$, поэтому выбор был очевиден. Были еще панели со встроенным повербанком (power bank), но гораздо дороже (почти в 2 раза). Учитывая, что повербанк у меня был в наличии я отказался от такого варианта. Рюкзак подбирался с таким учетом, чтобы USB проводок можно было затащить в кармашек, где будет храниться повербанк и какие-нибудь гаджеты, требующие постоянной подпитки.
Солнечные батареи вшиты в водоотталкивающий материал, сверху солнечных панелей водонепроницаемая пленка. Поэтому их смело можно вешать на рюкзак в любую погоду.
Складываются панели в довольно компактный вариант – формата портмоне. Это конечно не засунешь в книжку, в отличие от Yolk, но в целом удобно брать с собой.
Что касается выработки электроэнергии, то она примерно соответствует промо-картинке с сайта Yolk:

Фото тестов под различной световой нагрузкой.

Подводя итог, можно сказать, что устройство удачное и вполне полезное. По техническим характеристикам не сильно уступает Yolk. В полевых условиях мне удалось его испытать всего пару раз. Светового дня вполне хватало, чтобы зарядить свой небольшой повербанк и вечером перезаряжать гаджеты уже от него. Днем гаджеты эксплуатировались, поэтому напрямую их не заряжал.
Благодаря солнечным батареям, я решил вопрос с электроэнергией в походах. Сейчас нахожусь в раздумьях, какое полезное устройство можно создать (запаять) для походов и активных прогулок, чтобы эту энергию полноценно использовать. Обсудим?!