Гибкие солнечные панели: инструкция по эксплуатации

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:

• 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.

Гибкие солнечные панели для катеров и яхт | электрофорс

Солнечные панели – это удобный и надежный способ зарядки аккумуляторов на катере или яхте. Первыми на судах появились жесткие модули на алюминиевом каркасе. Однако с развитием технологий они все чаще уступают место гибким и полугибким солнечным панелям.

Если солнечная панель нужна вам, чтобы заряжать на борту яхты телефон или планшет, то не гонитесь за самыми эффективными ячейками. Эффективность преобразования солнечного света в электричество не имеет для вас решающего значения. Она не повлияет на выходную мощность и не поможет вашему телефону зарядится быстрее. Ячейки с высокой эффективностью уменьшают площадь поверхности, необходимую для получения заданной мощности. Для зарядки небольших аккумуляторов в нормальных условиях эксплуатации солнечные элементы с наивысшей эффективностью, как правило, не нужны.

Однако если на яхте установлены холодильник, водонагреватель, телевизор, инвертор и солнечные панели станут еще одним источником энергии наряду с генератором и береговым зарядным устройством, то потребуется иной подход.

Есть несколько способов установки гибких панелей — монтажные скобы, клей, двухсторонний скотч. Какой из этих вариантов подходит вам больше всего? Захотите ли вы установить стандартную готовую панель, на свою яхту или катер и чем вам при этом придется пожертвовать? Или предпочтете заказать, то что подходит именно под ваши конкретные требования?

Эффективность ячеек, %	22,2-22,4
Мощность в рабочей точке (Pmpp), Wp	310
Напряжение холостого хода (Uoc), B	23,1
Напряжение в рабочей точке (Umpp), B	18,8
Ток в рабочей точке (Impp), А	16,46
Ток короткого замыкания, (Isc), A	17.54
Тип	Монокристаллические. Гибкие. Материал поверхности ETFE или PET
Количество ячеек, вес, габаритные размеры	Панели изготавливаются под заказ исходя из требований заказчика и размеров предполагаемого места установки

Срок службы гибких солнечные панелей меньше, чем покрытых стеклом жестких. Полугибкие модули низкого качества живут всего 1-3 года. Продолжительность работы зависит от качества ячеек и стойкости внешнего покрытия к физическим воздействиям. Например, царапины или трещины препятствуют проникновению солнечных лучей и уменьшают производительность,  более серьезные повреждения пропускают внутрь панели влагу и воду

Гибкие материалы:  Гибкий ТЭН. Электронагреватель гибкий для отопления

Повреждения возникают в самых обычных условиях. Сильный ветер, поднял мелкие предметы, которые упав на солнечную панель оставили на ней следы. Птицы испачкали солнечные элементы, налипшая грязь резко снизила выходную мощность, а при попытке отчистить ее, пыль и мелкий песок стали абразивом и оставили на мягком защитном пластике глубокие царапины..

В стандартной гибкой панели солнечную ячейку защищает несколько слоев. Первый — это EVA, распространенный в промышленности пластиковый полимер, который используется для герметизации фотоэлементов в процессе термического ламинирования. EVA изолирует ячейку от любого контакта с жидкостями, порошками, парами или газами.

Внешний слой делают из PET, еще одного пластичного полимера, широко распространенного во всех областях промышленного производства. В гибких солнечных панелях он используется в качестве наружного покрытия, поскольку обладает хорошей механической прочностью, пластичностью в процессе производства и сохраняет гибкость после нанесения

Однако PET имеет низкое термическое сопротивление и его не рекомендуется использовать в очень жарких условиях. Кроме того, PET плохо противостоит химическим воздействиям, не стоек к кислотам и щелочам растворенным в воде. Под действием агрессивной соленой среды PET желтеет,  расслаивается, а затем разрушается.

Хорошая морская гибкая солнечная панель должна иметь ETFE покрытие. ETFE — этилен тетрафторэтилен – это пластик на основе фтора. Он легко выдерживает высокую температуру и хорошо пропускает свет. Его прозрачность для солнечных лучей —  95%.  Гибкие солнечные панели использующие ETFE обладают антиотражающей способностью, имеют высокую коррозионную стойкостью и прочность. По сравнению с PET они эффективнее и экономичнее.

ETFE — это фторполимер. Макромолекула, состоящая из цепочки одинаковых молекул, содержащих атомы фтора. Главная особенность фторсодержащих полимеров,  в том, что их молекулы очень стабильны. Фторполимеры выдерживают высокие уровни термического напряжения и химической агрессии, гораздо лучше чем другие полимеры. Это одна из важных причин, почему ETFE солнечные панели рекомендуют использовать на морских катерах и яхтах.

ETFE не только долговечный и «дружественный» к ультрафиолету материал, но он еще и «интеллектуальный». Благодаря химическим свойствам молекул фторполимер самоочищается и сохраняет прозрачность на протяжении всего своего жизненного цикла. В отличие от PET, ETFE имеет высокий коэффициент огнестойкости, поэтому подходит для жаркого и сухого климата.

Показатель	ETFE	PET	На что влияет
Толщина, мм	0,025	0,15	Более тонкая пленка делает панель гибче
Прочность	Высокая	Низкая	Из-за невысокой прочности PET ячейку легче сломать при сгибании панели
Светопропускающая способность	95%	90-93	Светопропускающая способность ETFE лучше чем PET. Благодаря этому коэффициент преобразование света в электричество выше
Теплостойкость	150 С длительное время	150 С короткое время	Термостойкость ETFE покрытия выше чем PET. PET хуже подходит для регионов с жарким климатом
Атмосферостойкость	Стойкая к воздействия растворов кислот и щелочей	Не стойкая	Из-за невысокой стойкости к агрессивным средам, PET хуже подходит для использования на воде
Поверхностное сцепление (адгезия)	Не прилипает	Клейкая липкая	Поверхность ETFE не липкая, устойчивая к загрязнению, имеет хорошие самоочищающие свойства. Липкая поверхность PET легко собирает грязь во время использования, что уменьшает мощность панели
Огнестойкость	При достижении температуры возгорания не горит	При достижении температуры возгорания загорается	Огнестойкость сказывается на интенсивности пламени во время пожара.
Срок службы	Срок службы до 10 лет в условиях высокой влажности и и температуры	Срок службы до 5 лет в условиях высокой влажности и и температуры	Срок службы ETFE вдвое больше, особенно при эксплуатации на воде и в жарком климате
Цена	Дороже	Дешевле	PET панели дешевле, но по многим показателям проигрывают ETFE

Панели с  ETFE покрытием лучше подходят для использования на воде и в жарком климате

Оба типа панелей имеют свои преимущества и недостатки как в экономическом, так и в практическом отношении. Стоимость панели ETFE на 60% выше, чем эквивалент ПЭТ при той же выходной мощности. Однако ПЭТ вариант требует дополнительной заботы и внимания, если вы хотите продлить срок службы солнечных батарей до максимально возможного

Монтажные работы

Монтажные работы могут быть выполнены самостоятельно. Для этого сначала выбирается наиболее подходящее место для монтажа. Кроме крыши задания для размещения панелей можно выбрать:

• фасад дома;
• конструкцию, устанавливаемую отдельно от здания;
• комбинированный вариант.

Монтаж на крыше получил наибольшее распространение. Однако не всегда конфигурация кровли позволяет эффективно разместить систему. В этом случае можно смонтировать дополнительный каркас специально для размещения батареи. Это увеличит затраты на выполнение монтажных работ. Однако, если крыша является труднодоступной или затененной, такой вариант является оптимальным.

К монтажу на фасаде прибегают в том случае, если, на крыше не хватает места. В этом случае панели не только вырабатывают необходимое для функционирования строения количество электроэнергии, но и позволяют украсить дом. Если такой вариант неприемлем, устанавливают отдельную конструкцию, выбирая для ее размещения хорошо освещаемую площадку.

В некоторых ситуациях прибегают к комбинированному варианту, располагая элементы одновременно на нескольких поверхностях. В этом случае удается максимально повысить эффективность смонтированной системы.

После того, как будет выбрано место для размещения конструкции, прибегают к непосредственному монтажу. Каждая гибкая солнечная панель на обратной стороне имеет липкий смолянистый слой, позволяющий надежно зафиксировать элемент на основании без использования специализированного инструмента.

Монтажные работы выполняются в следующей последовательности:

• основание моется и очищается от грязи и пыли, чтобы обеспечить плотное прилегание к основе;
• с обратно стороны панели снимается защитный слой;
• элементы приклеивается к выбранному основанию.

Если работы будут выполняться на крыше, стоит позаботиться о безопасности, чтобы избежать возможного травматизма. Также важно придерживаться выбранной схемы подключения, чтобы обеспечить достаточную эффективность смонтированной системы. У каждого модуля есть два кабеля, выведенных с одной стороны. Каждую панель располагают таким образом, чтобы их можно было последовательно соединить между собой одной шиной.

Особенности размещения

При проектировании следует помнить, что гелиосистемы при нагревании рабочих компонентов функционируют менее эффективно. В частности, летом, когда панели раскаляются, они продуцируют меньше энергии, чем зимой – в холодные месяцы в солнечные дни фотоэлементы улавливают больше света для дальнейшей его переработки.

С учетом того, что положение солнца в течение дня меняется, модули монтируют универсально – с южной стороны, наклонив не более чем на 40 градусов.

Особенности эксплуатации гибких модулей

Зная особенности использования гибких солнечных панелей, вы сможете определить эффективные варианты их установки:

• гелиопанели этого типа рационально использовать в регионах с жарким климатом, где много солнечного света;
• максимальной продуктивности устройств удается достичь, если монтировать их на крупных гелиокомплексах;
• в условиях пасмурной погоды производительность устройств снижается, поэтому владелец дома должен заблаговременно позаботиться о возможности подключения к централизованному источнику электроэнергии;
• при нагревании фотоэлемента падает производительность гелиопанелей;
• во время монтажа батареи рекомендуется располагать с южной стороны дома под углом 35-40°.

Благодаря небольшому весу гибкие солнечные модули рационально применять в таких случаях:

• для установки на электромобилях и электросамолетах;
• во время пеших походов (панели можно нашить на куртки и рюкзаки, тогда подзарядка аккумуляторов будет происходить во время движения);
• на крышах палаток, охотничьих домиков;
• на крышах яхт.

Гибкие модули применяют как достойную альтернативу кровельному материалу. Для этого их надо закрепить на крыше из шифера, черепицы или металлопрофиля. Такая конструкция не только придает дому оригинальный вид, но и служит для выработки энергии. Свернутые в трубку гибкие панели можно брать с собой в поход в качестве основного источника получения электричества. Небольшой вес позволяет переносить их на большие расстояния.

Преимущества и недостатки гибких батарей

Что нового мы можем получить от гибких панелей? Какими преимуществами они наделены перед другими солнечными батареями?

• Вес и размер. Такой вид батарей отличается легкостью и компактностью. Это особенно важно для тех, кто не располагает лишней площадью. К примеру, для размещения тяжелых стандартных панелей на крыше иногда приходится усиливать конструкцию здания, а с гибкими модулями в этом нет необходимости.
• Экологичность. Для некоторых покупателей этот показатель является одним из главных, особенно если солнечные батареи используются на даче, в загородном доме, где важно сохранить чистоту окружающей среды. Работа гибких модулей не отражается на состоянии воздуха.
• Производительность. Эффективность батарей несмотря на их нестандартное воплощение достаточно высокая. Конечно, они не смогут перебить по выработке монокристаллические, но гибкие кремниевые панели также не в отстающих. Показатель КПД при соблюдении всех правил эксплуатации может доходить до 18%.
• Универсальность. Полупроводниковые гибкие батареи более устойчивы к температурным изменениям, и погодные условия меньше отражаются на их продуктивности.
• Простота. Вы сможете самостоятельно подключить и использовать гибкие панели для личных или промышленных нужд. Они отличаются простотой эксплуатации.

Большинство потребителей делают выбор в пользу гибких солнечных панелей ввиду их экономичности и экологичности. Используя такой вид альтернативной энергии, вы не наносите ущерба атмосфере.

Но, как и у любого устройства, здесь не может не быть недостатков. Гибкие панели не пользуются такой популярностью, как кремниевые пластины, и это может быть связано со следующими причинами:

• Показатель КПД здесь существенно ниже, и чтобы обеспечить весь дом электроэнергией, придется закупить больше конструкцией с высокой мощностью.
• Минимальный слой напыления и тонкая фольга не смогут прослужить 20, 30, а то и 40 лет, как это удается кремниевым кристаллическим батареям.
• Гарантийный срок эксплуатации от производителя составляет всего 3 года.
• Уже после 5 лет некоторые фотоэлементы могут приходить в непригодность.

Гибкие панели – это новый вид технологий в мире солнечных электростанций. Они еще не достигли пика своих возможностей, и инженеры каждый день работают над их усовершенствованием. Как и любые другие панели, они отличаются высокой стоимостью и длительным сроком окупаемости. Поэтому в большинстве случаев их используют в качестве дополнительного источника питания.

Применение

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.

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.

Разница между жесткой и гибкой конструкцией

Как известно, обычные монокристаллические и поликристаллические модели производятся из кремниевых кристаллов. Материал разрезается на пластины, которые могут быть разных размеров. Толщина пластины в жесткой конструкции составляет 0,3 миллиметра.

В свою очередь, гибкие солнечные батареи имеют некоторые конструкционные отличия. Определенный уровень гибкости достигается засчет изготовления и применения специальной стальной ленты, на которую напыляется кремний либо другое вещество — тонким слоем, несколько раз подряд.

Выглядит такая панель в виде прочной пленки, поэтому элементы так и называются — пленочные. Далее следует прикрепление электродов и ламинирование. Получившуюся модель можно изогнуть в любую удобную сторону, а при необходимости — аккуратно скрутить в рулон. Если она сложена, ей понадобится чехол или футляр.

В разложенном виде тонкопленочные солнечные батареи обладают завидной прочностью — по причине гибкости стальной основы. Уже разработаны портативные переносные варианты: все их составные части просто нашиваются на основу, а саму панель можно легко сложить в форме гармошки.

Отличие таких необычных элементов питания от жестких вариантов заключается в том, что конструкция частично состоит из полупроводников, изготовленных из меди-индия. Также для их создания используются теллурид кадмия и селенид, а сами полупроводники, как уже отмечалось, прикрепляются на пленку.

Сварка лазером

Лазер скрепляет их вместе почти так же как сварочный аппарат. Таким образом создаются электрические контакты, и существенно повышается надежность. Под увеличением проверяется, ровно ли расположены контакты. Затем пленка загружается в аппарат, который наносит на нее прозрачный оксид для повышения проводимости. Также в определенных местах сверху накладывается проводящая фольга.

Следующий аппарат накатывает на солнечные элементы чистый лист пластика. Он прилипает к элементам, герметизируя их и защищая от влаги. Штамповочная машина режет солнечные элементы по черным линиям изоляторов. За точностью разреза следят автоматические камеры.

Теперь прозрачная пленка прожигается и открывается проводящая фольга. К фольге привариваются провода, соединяя положительные и отрицательные выводы. Провода гибкие и могут складываться вместе с тканью.

Затем швея пришивает поверх проводов полоски ткани, заключая их в защитный кожух. Далее к плате, прикрепленной к концам проводов, приваривается разъем. Готовый блок закрывается пластмассовой крышкой, на которую выдавливается силикон. Он затвердевает вокруг элементов, защищая их от воды. Наконец, элементы клепками крепятся к ткани. Солнечная батарея готова. Её можно свернуть и положить в свой рюкзак.

Устройство и принцип работы

Гибкие солнечные батареи функционируют благодаря такому явлению, как фотовольтаика. Здесь нужно понимать, что свет действует не только как волна, он также представляет собой поток частиц, именуемых фотонами. Непосредственно процесс получения электричества в результате трансформации энергии фотонов называется фотовольтаикой.

Примитивные прототипы солнечных модулей в современном понимании были разработаны еще в середине прошлого века, с тех пор они претерпели существенные внешние и функциональные изменения. Но в любом случае фотоэлектрический эффект является заслугой полупроводников.

Ими называют особый сегмент материалов, отличающихся строением атома. Вариации n-типа обладают лишними электронами, в то время как полупроводники р-типа характеризуются нехваткой электронов в атомах. Фотоэлемент образуется в результате комбинирования двух типов исходных веществ, в тандеме эти материалы становятся базой двухслойного изделия.

Солнечные модули образуются из отдельных фотоэлементов, изначально конструкции имели жесткую форму с укрепленной металлической рамой. Со временем изделия стали облегчать, что и привело к разработке гибких солнечных батарей – они мягче и надежнее прототипов.

Панели функционируют по следующему принципу:

1. N-слой принимает солнечные лучи, контактирующие с поверхностью фотоэлемента.
2. В результате взаимодействия фотонов с атомами полупроводника у последних «выбиваются» избыточные электроны.
3. Частицы, получившие свободу, перемещаются к р-слою, присоединяются к атомам с недостатком электронов.
4. В итоге взаимодействия нижний слой становится анодом, а верхний катодом.
5. Продуцируется постоянный ток, он приспособлен для зарядки аккумулятора.

Полупроводники – это дорогие материалы, чаще всего для гибких солнечных модулей применяют селен, кремний. Постоянный ток преобразуется в переменный, который могут потреблять привычные электроприборы. Чтобы изделия получались легкими и тонкими, пленочные вариации оснащают полимерным напылением в тандеме с алюминиевыми проводниками.