Гибкие солнечные батареи — плюсы и минусы, выбор и монтаж

Выбор

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.

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

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.

Выбор и покупка

При выборе и приобретении гибких солнечных батарей следует обращать внимание на такие параметры:

• мощность и напряжение – это зависит от количества электроэнергии, потребляемой подключенным аппаратом;
• масса – для транспортировки следует приобретать легкие пластины, для использования в домашних условиях вес не имеет значения;
• материал – это параметр зависит от местности, в которой будет эксплуатироваться прибор.

Сколько нужно панелей зависит от того, какие приборы будут подключены к батареям и их количество.

Тонкопленочные солнечные батареи – материал, который удобно брать с собой в путешествие для зарядки гаджета или карманного фонарика. В домашних условиях пластины использовать нецелесообразно из-за низкого КПД.

Где и как применяют солнечную энергию

Гибкие панели применяются в разных сферах. Прежде чем составлять проект энергообеспечения дома при помощи этих солнечных батарей, выясните, где они применяются и каковы особенности их использования в нашем климате.

Гибридная солнечная панель

На протяжении длительного периода времени производители выпускали только три вида материалов:

• монокристаллические панели;
• поликристаллические пластины;
• аморфные гибкие панели.

Однако относительно недавно к видам добавилась гибридная панель. Они сочетают сразу две технологии, например, монокристаллы и аморфный кремний. Встречаются и другие варианты пластин. Цель создания такого материала – увеличение коэффициента производительности и функциональности.

Главные отличия

Тонкие солнечные батареи и полугибкие пластины имеют ряд отличий от кристаллических устройств:

• маленькая толщина;
• гибкость;
• легкий вес.

Инструкция по монтажу солнечных батарей на крыше

Если вы решили, что гибкие солнечные батареи на основе аморфного кремния – это то, что вам нужно для обеспечения электричеством частного дома, приступайте к планированию работ.

Подберите подходящее оборудование и прикиньте примерное количество панелей. Затем ознакомьтесь с правилами монтажа и последующего обслуживания солнечных элементов.

Но помните, что использование традиционных кремниевых поли- и монокристаллических аналогов пока гораздо продуктивнее.

Метод суспензии

Тонкие солнечные батареи производят еще одним способом – суспензии. Суть – использование суспензированных частиц оксидов металлов. Вещество для нанесения на поверхность доводят до нужных параметров, после чего используют по назначению.

Процесс изготовления солнечных элементов в этом случае походит на трафаретную печать, где суспензия – это чернила, а пленка – лист.

В качестве основания могут быть использованы такие материалы:

• пластик;
• стекло;
• фольга и другие.

Преимущества методики – фотоэлементы ложатся ровно и распределяются равномерно. Еще одно достоинство – низкие затраты. Недостаток – небольшой процент КПД.

Немного о технологии

Гибкие солнечные батареи изготавливают по такому принципу – на гибкую пластину, чаще всего полимерную, напыляют полупроводниковое соединение.

Некоторое время назад в качестве материала для покрытия основания использовали аморфный кремний. В результате получались аморфные солнечные батареи.

Однако такие элементы отличались низкой производительностью фотоэлементов. В результате они сменились материалами из селенидов и теллуридов. Это позволило существенно повысить производительность фотоэлементов.

Наибольшей популярностью пользуются гибкие солнечные батареи из меди-галлия-индия селенида. Вещества распыляются на основании один за другим или все вместе. Это позволяет получить тонкопленочные солнечные батареи с равномерными фотоэлементами.

Область применения солнечных батарей

Применение гибких солнечных батарей очень широкое. Они с успехом используются в электронике, электрификации зданий, автомобиле- и авиастроении, на космических объектах.

В строительстве такие панели используют для обеспечения жилых и промышленных зданий электричеством.

Солнечная энергия может быть единственным источником электричества, а может дублировать традиционную схему электроснабжения, чтобы на случай недостаточной эффективности в определенный период дом не остался обесточенным

Портативные зарядные устройства на основе гибких солнечных элементов доступны каждому и продаются повсеместно.

Большие гибкие туристические панели для добычи электроэнергии в любом уголке Земного шара очень популярны среди путешественников.

Очень необычная, но практичная идея – использовать в качестве основы для гибких батарей дорожное полотно. Специальные элементы защищены от ударов и не боятся больших нагрузок.

Гибкие батареи хороши еще тем, что могут быть применены практически в любых ситуациях. Их можно без труда разместить на крыше автомобиля или корпусе яхты

Эта идея уже реализована. «Солнечная» дорога обеспечивает энергией окрестные деревни, при этом не занимая ни одного лишнего метра земли.

Особенности применения гибких аморфных панелей

Те, кто планирует начинать использование гибких солнечных панелей в качестве источника электроэнергии для своего дома, должны знать особенности их эксплуатации.

Прежде всего пользователей волнует вопрос, а что делать зимой, когда световой день короткий и электричества не хватит на функционирование всех приборов?

Да, в условиях пасмурной погоды и короткого светового дня производительность панелей снижается. Хорошо, когда есть альтернатива в виде возможности переключения на централизованное электроснабжение. Если ее нет, нужно запасаться аккумуляторами и заряжать их в те дни, когда погода благоприятная.

Интересная особенность солнечных батарей заключается в том, что при нагревании фотоэлемента его эффективность существенно снижается.

В летний зной панели раскаляются, но работают хуже. Зимой, в солнечный день фотоэлементы способны улавливать большее количество света и преобразовывать его в энергию

Число ясных дней в году зависит от региона. Разумеется, на юге использовать гибкие батареи рациональнее, поскольку солнце там светит дольше и чаще.

Так как в течение дня Земля меняет свое положение относительно Солнца, панели лучше располагать универсально – то есть с южной стороны под углом около 35-40 градусов. Такое положение будет актуальным как в утренние и вечерние часы, так и в полдень.

Правила монтажа

Установка гибких солнечных элементов может быть осуществлена вами самостоятельно.

Для этого стоит определиться, где именно вы расположите свои панели:

Самый популярный вариант – на крыше. Если форма или конфигурация кровли не позволяет этого сделать, лучше построить дополнительный каркас, на котором разместить батареи. Это более затратно, но, если крыша затенена или труднодоступна, этот вариант становится рациональным.

Расположение на фасаде используют тогда, когда места на крыше не хватает. Панели могут стать частью дизайнерской задумки и играть роль украшения дома

Гибкие солнечные фотоэлектрические элементы с нижней стороны имеют липкий смолянистый слой.

Достаточно снять защитную пленку и приклеить панель в выбранном месте. Разумеется, перед монтажом поверхность нужно очистить и вымыть.

Никакого специализированного инструмента для монтажа не нужно. Главное, позаботиться о своей безопасности во время работы на крыше. Так же очень важно соблюдать схему подключения оборудования и не нарушать последовательность

С одной стороны модуль солнечной батареи имеет 2 выведенных кабеля. Каждая панель располагается так, чтобы эти провода можно было в последствии объединить одной шиной для последовательного подключения.

Преимущества и недостатки

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

К ее достоинствам относится:

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.

Расчет количества панелей

Любые работы начинаются с проекта. Для проектирования нужно сделать необходимые расчёты, а именно:

Самое простое – посчитать потребление электроэнергии. Для этого нужно учесть абсолютно все без исключения электроприборы, которые вы используете или теоретически можете использовать.

Простой пример:

Мощность каждого прибора обязательно указывается в его документации или на корпусе. После сложения всех данных получаем 750 Вт. Исходя из этого значения подбирается инвертор – прибор, преобразующий постоянный ток в переменный с нужной частотой.

Обязательно сделайте небольшой запас и выберите инвертор на 0,5 кВт мощнее расчётного значения. То есть для суммарной мощности 0,75 кВт подойдет прибор не слабее 1,25 кВт.

Для правильного подключения солнечные батареи соединяют с аккумуляторами через контроллер. Не перепутайте контакты – плюс к плюсы, минус к минусу. От аккумулятора ток направляется к инвертору, а затем – к электроприборам

После необходимо подобрать аккумуляторные батареи. Емкость аккумулятора (например, 200 А∙ч) показывает, ток какой силы будет выдаваться при заданном напряжении в течение часа.

Посчитать нужную емкость можно, разделив суммарную мощность потребителей на выходное напряжение солнечной батареи. В нашем примере используем 12-ти вольтовые аккумуляторы. 750 /12 = 62,5 А∙ч.

Но подобная формула не совсем верна, поскольку большинство батарей нельзя разряжать до 0. Есть определенное ограничение, например 40%. Если уровень заряда опускается ниже, это существенно сказывается на сроке службы и качестве работы аккумулятора.

Этот показатель тоже нужно добавить в формулу:

750 Вт/(12Вх0,4)=156,25 А∙ч.

Чтобы добиться такой емкости, можно объединить в систему группу из 2 батарей по 100 А∙ч каждая.

Количество панелей рассчитывается исходя из мощности выбранной модели и региона, в котором они будут установлены. Значение региона сложно переоценить.

В идеале нужно найти значения дневного уровня солнечной радиации для вашей местности. Для достоверности берется минимальное значение за год, ориентировочно – в конце декабря.

Умножив этот показатель на количество календарных дней месяца, получаем количество киловатт, которое приходится на 1 м2 гибкой солнечной батареи за декабрь. Для примера, в Москве это 0,33х31=10,23 кВт/м2, а для Сочи – 1,25х31=38,75 кВт/м2. Этот показатель называется количеством пикочасов.

Затем из условных максимальных 0,75 кВт, потребляемых всеми приборами одновременно, высчитываем среднемесячное потребление – около 25 кВт. За месяц наши гибкие батареи должны выработать не меньше 25 000 Вт, а лучше сделать небольшой запас и округлить до 30 кВт.

Следовательно, на 1 пикочас в Москве должно получаться 30/10,23 = 2,93 кВт. Если выбранные панели обладают мощностью 150 Вт, то посчитать их количество не трудно: 2,93/0,15= 20 штук.

После таких нехитрых расчетов вы сможете подобрать подходящий инвертор, контроллер, аккумулятор и сами гибкие фотоэлектрические панели в нужном количестве.

Сферы применения

Сферы применения гибких солнечных батарей ограничиваются походными условиями. Собираясь в поход, можно взять с собой материал, чтобы развернуть, например, над палаткой. Благодаря этому можно немного подзарядить слабый аккумулятор.

Применение солнечной пластины для дома нецелесообразно. Чтобы она вырабатывала большое количество электроэнергии, необходимо установить материал на большую площадь, но даже этого будет недостаточно для заряда мощных батарей.

Устройство

Гибкие солнечные панели устроены особым образом. Их изготавливают из пленки различных полупроводников.

Материалы обычно применяют в качестве портативного зарядного устройства для гаджетов и небольшой переносной аппаратуры.

Если требуется большое количество энергии, используют рулонные панели с большой площадью модулей.

Устройство и работа модулей гибких солнечных батарей

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.

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:

Шаг #3. уход за системой после установки

После установки гибких солнечных элементов за ними нужно будет постоянно ухаживать и следить, иначе их эффективность может резко снизиться. Главное – содержать панели в чистоте.

Пыль, грязь, птичий помет – все эти факторы снижают производительность системы, поскольку ограничивают поглощение солнечного света фотоэлементами.

Солнечные батареи нужно протирать по мере загрязнения. Именно поэтому размещать их в труднодоступных местах на сложной кровле не рекомендуют.

Если ваша система не может обслуживаться вами самостоятельно, всегда можно найти исполнителя с соответствующей техникой и оборудованием. Разумеется, это будет стоит дороже.

Мыть солнечные батареи на основе аморфного кремния, как и жесткие аналоги, можно обычной влажной губкой или тряпкой из микрофибры. Панель не боится воды (все-таки это оборудование устанавливается на улице), если мыть их регулярно, они прослужат дольше

Еще одна проблема, актуальная для наших регионов – снег. В зимнее время батареи засыпаются снегом и перестают функционировать. Осадки нужно постоянно счищать, но не слишком грубо, иначе можно повредить само оборудование.