Какие бывают гибкие солнечные батареи и в чем их преимущества

Аморфные солнечные модули

Этот тип элементов представляет собой плотную гибкую пленку, значительно упрощающую процесс монтажа батарей.

На современном рынке представлены три поколения подобных фотоэлементов:

• Элементы первого поколения являются однопереходными. Они имеют низкий КПД — всего 5% и относительно небольшой срок эксплуатации — не более 10 лет.
• Пленка второго поколения тоже однопереходного типа, но уровень КПД у нее повышен до 8%, увеличен и срок эксплуатации.
• Тонкопленочные батареи третьего поколения обладают КПД до 12%, и обладают длительным сроком службы, составляя конкуренцию кристаллическим вариантам.

Несмотря на не выдающиеся характеристики, самыми популярными остаются однопереходные тонкопленочные модули второго поколения. Они доступны по цене и обладают приличной мощностью, которая вполне может конкурировать с кристаллическими вариантами батарей.

Гибкие 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.

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

Жёсткие панели

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.

Как собрать солнечную батарею в домашних условиях?

Если после изучения представленной выше информации желание заняться изготовлением солнечной батареи не пропало, можно поэкспериментировать, создав и проверив собственное творение. Далее будет подробно рассмотрена сборка панели из монокристаллических пластин.

В показанном примере домашний мастер собирает панель габаритами 750×960 мм, состоящую из 36 жёстких монокристаллических пластин размером мм. Пластины устанавливаются в четыре ряда, по 9 фотоэлементов в каждом. Между фотоэлементами выдерживается зазор порядка 10÷12 миллиметров.

Иллюстрация	Краткое описание выполняемых операций
	Для работы потребуются, прежде всего, сами пластины. Мастер рекомендует приобретать их с запасом, так как они могут иметь разные параметры выходного напряжения, а из них необходимо будет выбрать 36 штук, имеющих наиболее близкие друг к другу показатели. Шина — это медная луженая лента, то есть уже покрытая оловом, что упрощает ее пайку. Потребуется порядка 10 метров узкой шины шириной в 1,6 мм и 2 метра широкой, шириной в 5 мм. Для электромонтажных работ необходимо подготовить обычный паяльник на 40 Вт. флюс для пайки — это канифоль, растворенная в спирте, спирт для обезжиривания поверхностей под пайку и их последующей очистки от остатков флюса, ватные диски и палочки. В качестве основы для монтажа всего модуля в данном случае используется акриловое стекло толщиной 5 мм. Для последующей герметизации фотоэлементов мастер решил использовать прочную бесцветная прозрачная поливинилхлоридную пленку ORACAL®751, которая часто применяется для закрепления рекламы на транспортных средствах.
	Несколько слов о том, почему выбрана ширина шины именно 1,6 мм. Металл имеет свойство при нагревании расширяться, а при остывании, соответственно, сжиматься. На солнечной батарее этот процесс будет происходить постоянно, то есть днем припаянные шины будут увеличиваться в размерах, а ночью — наоборот, что не особо полезно для конструкции. На опыте мастер испытал ленту шириной в 2 мм, и все-таки остановил свой выбор именно на ширине 1,6 мм. По токопроводящим качествам эти шины не особо отличаются между собой, а более узкая все же меньше повержена линейной деформации.
	Подготовив все необходимое, имеет смысл в первую очередь произвести сортировку пластин. Как говорилось выше, несмотря на то, что это одна модель, они зачастую могут иметь разные показатели в практической работе. А для гармоничной работы батареи значения вырабатываемого напряжения должны быть максимально близкими друг к другу. Например, в данном случае при проведении проверки обнаружилось, что фотоэлементы в равных условиях (при искусственном освещении) могут вырабатывать от 0,19 до 0,35 вольт. Лучше, если в одной панели будут собраны элементы, имеющие максимально близкие значения, скажем, от 0,30 до 0,33 вольт. Если в комплексе будет установлен один или два элемента, значительно отличающиеся по выходному напряжению, то они будут создавать никому не нужное сопротивление, и станут перегреваться. Таким образом, отбраковываются пластины, явно выпадающие из общей массы.
	При монтаже пластин между ними будет оставляться зазор в 10÷12 мм. Он нужен для того, чтобы пленка, фиксирующая элементы на акриловом стекле, удерживала их со всех сторон.
	Далее, необходимо уложить на столе две пластины на расстоянии в 10 мм, и по ним замерить, какой длины необходимо нарезать узкие шины. Как можно видеть на внешней стороне пластин для скрепления предусмотрены две металлические токосъемные полосы, а на обратной ее стороне места фиксации указаны точечно, окошками.
	На лицевой стороне пластины от ее верхнего края необходимо отступить примерно 3 мм.
	На обратной стороне второй панели шина также должна не доходить до нижнего края на эти же 2÷3 мм.
	После определения длины одной соединительной шины, остальные соединительные элементы отмеряются по ней. Для каждых двух пластин потребуется по два отрезка шины, то есть всего нужно 72 штуки. В нарезанном виде шины выглядят, как показано на фото. Вовсе не обязательно заготавливать сразу все отрезки — их можно нарезать по ходу работы. Однако если они все-таки будут заготовлены все сразу, то рекомендовано их собрать и сцепить резинкой. Так они не потеряются, и не будут мешаться на столе.
	Сначала шины припаиваются к лицевой стороне всех пластин. Но перед началом пайки металлические токосъемные полосы на пластинах необходимо подготовить, обезжирив спиртом. Для этой работы удобно использовать ватные палочки — их обмакивают в спирт и проходятся по полоске. Этот процесс необходим для повышения качества пайки.
	Следующим подготовительным этапом идет нанесение на очищенные спиртом полоски канифольного флюса. Лучше, если он будет налит в эластичную емкость в виде маркера (клеевого карандаша) с мягким наконечником. Так будет легче работать, при необходимости выдавливая и распределяя необходимое количество состава.
	Следующим шагом идет припаивание шин к внешней стороне пластин. Шина укладывается на металлическую контактную полоску и выравнивается. Далее, придерживая бо́льшую часть шины, аккуратно прижав ее к полосе, ее верхнюю сторону фиксируют паяльником на 20÷30 мм по длине. Дополнительный припой при этом не используется – вполне достаточно слоя лужения на самой шине. Теперь она закреплена и не сможет сдвинуться, поэтому ее оставшуюся длинную сторону закрепить на поверхности будет совсем просто.
	Для этого пластину необходимо повернуть к себе противоположной стороной, так чтобы длинная часть шины оказалась под рукой. Придерживая шину и слегка ее натягивая, по ней аккуратно проводят паяльником, следя за тем, чтобы он не соскользнул в сторону. Луженая лента хорошо припаивается к правильно подготовленной поверхности — достаточно один раз без спешки провести по ней хорошо разогретым паяльником. Если на ленте останутся заусеницы, то их сразу же необходимо загладить, так как эта сторона пластин должна быть прижата к акриловому стеклу.
	Припаяв обе ленты к пластине, их необходимо протереть спиртом с помощью ватной палочки или диска. Необходимо удалить с поверхности весь оставшийся флюс.
	Таким же образом последовательно подготавливаются все 36 пластин, или же только 9 фотоэлементов, чтобы собрать одну из четырех полос солнечной панели. Здесь каждый мастер поступает так, как ему будет удобнее.
	Далее будет рассмотрена сборка подготовленных фотоэлементов в одну полосу. Таким же способом производится и соединение остальных трех полос солнечной панели.
	Вначале берется пластина, которая будет первой в полосе. Она укладывается на стол лицевой стороной вниз, вместе с припаянными к ней шинами. Затем полосы под пайку, выделенные на обратной стороне пластины контактными окошками, обрабатывается спиртом, а потом флюсом. Далее, отступив от края примерно 3 мм по линии, проходящей через окошки, укладывается отрезок шины, и по тому же способу, что и с внешней стороны, припаивается к поверхности. Свободные концы шин должны расположиться в противоположном направлении относительно припаянных к лицевой поверхности – они будут нужны при коммутации всего ряда элементов в общую батарею широкими шинами.
	Теперь необходимо соединить между собой первую и вторую пластины ряда. Для этого концы шин, припаянных к лицевой стороне первой пластины, необходимо вывести на тыльную сторону второй пластины. Пластины при этом размещаются параллельно друг другу на установленном расстоянии (10 мм). Для удобства можно на рабочем столе заранее выполнить разметку, то есть сделать своеобразный шаблон взаимного расположения пластин.
	Точки припаивания контактов обрабатываются спиртом, и затем на них наносится флюс.
	Теперь можно осуществить припаивание шин. Для этого по ним также аккуратно, не торопясь, проводят разогретым паяльником. После окончания пайки обеих шин, их также необходимо протереть спиртом для удаления оставшегося флюса.
	Далее, таким же образом коммутируется третья и все последующие пластины ряда. В результате должно получиться четыре полосы по 9 фотоэлементов, соединенных так, как было показано на иллюстрациях.
	Готовые, спаянные ряды фотоэлементов поочередно укладываются на заранее подготовленное акриловое стекло необходимого размера. От краев элементов до края стекла должно быть выдержано расстояние в 50÷60 мм. На стекле ряды временно фиксируются короткими полосками прозрачного скотча.
	«Золотое правило» последовательной коммутации источников питания постоянного тока: плюс предыдущего элемента соединен с минусом последующего – и так далее. В рядах это правило соблюдено. Теперь очень важно его не нарушить и при укладке рядов в батарею. Так, выступающие слева отрезки шин первого и третьего ряда должны быть припаяны на внешней стороне панели, которая в данном случае повернута к акриловой поверхности. Во втором и четвертом ряду должны выступать концы шин, зафиксированные на тыльной светлой стороне пластин. Если допустить ошибку, то последовательное соединение нарушится, и батарея работать не будет.
	В результате конструкция уложенной панели должна будет выглядеть следующим образом. Когда все ряды будут закреплены на стекле скотчем, их необходимо объединить в одну систему.
	Электрическое соединение осуществляется по представленной схеме. В результате сверху окажется «плюс», снизу «минус».
	В качестве соединительных элементов используется широкие шины – это хорошо показано на схеме выше. К ним припаиваются выступающие концы тонких шин. Излишки после припаивания следует откусить кусачками.
	На этой фото хорошо показана крайняя точка коммутации шин. Закончив работу, панель необходимо проверить на работоспособность с помощью тестера, переключив его на вольтметр и установив щупы на плюс и минус.
	Проверку панели можно сначала произвести на рабочем столе – больших показателей не будет, но собранная панель продемонстрирует, что она «живая». А затем можно провести проверку, вынеся батарею на солнце.
	К крайним плюсовой и минусовой шинам закреплены щупы мультитестера.
	Даже при облачной погоде на холостом ходу батарея выдает 19,4 вольт — это говорит о правильности соединения панелей.
	Солнца на момент проверки не было, и ток невелик, всего около 0,5 ампера. Но даже в пасмурную погоду батарея вырабатывает около 10 ватт энергии.
	Параллельно рекомендуется проверить пластины на перегрев — это несложно прочувствовать тыльной стороной ладони. Если отдельные пластины на общем фоне явно перегреваются, то их желательно сразу же заменить – это пока сделать несложно.
	Если батарея работает нормально, то можно ее окончательно герметизировать — закатывать в пленку. Эксплуатационный срок этой пленки семь лет, но как показывает практика, она отлично функционирует и дольше. Пленка имеет клеевой слой, закрытый защитной подложкой, которая снимается по мере наклеивания покрытия на фотоэлементы и акриловое стекло.
	Первое, что необходимо сделать — это разложить пленку сверху конструкции и выровнять край, от которого начнется ее наклеивание. От того, насколько будет выровнен край, зависит качество приклеивания всего полотна. Должна быть достигнута полная герметизация, без складок и пустот, так как пленка предназначена для надежной защиты фотоэлементов от любых внешних воздействий.
	Далее, необходимо аккуратно отделить защитный слой от пленки по всему краю, примерно на 40 мм, сразу закрепив ее на стекле.
	Эта операция проводится очень аккуратно, при приклеивании пленка разравнивается и разглаживается. Здесь необходимо помнить, что отклеить и выровнять определенный участок пленки — уже не получится, поэтому необходимо делать работу качественно сразу. Пленку нельзя натягивать, но в то же время она и не должна собираться складками.
	Защитная подложка подгибается вниз и по мере приклеивания постепенно снимается. Освободив 20÷30 мм пленки, ее приглаживают к фотоэлементам и просветам между ними, то есть к акриловому стеклу.
	Процесс закатывания батареи в пленку — длительный и кропотливый, поэтому необходимо набраться терпения и выполнять его, не торопясь. Если пленка все-таки замялась или ушла в сторону, ее нельзя отклеивать, так как повредятся фотоэлементы. В этом случае необходимо вырезать и наклеить сверху уже закрепленной пленки дополнительный фрагмент. Главное — закрыть всю поверхность батареи. На этой иллюстрации показан закатанный в пленку край панели. Хорошо видно, что идеальная гладкость не требуется, главное — плотное прилегание пленки по всей площади.
	Когда пленка будет наклеена, можно проводить испытания готовой панели. Для этого батарею необходимо вынести на солнце и снова подключить к ней тестер.
	Как можно видеть, батарея выдает напряжение на выходах почти 20 вольт. Затем проверяется ток короткого замыкания — он составил 3.94 ампер. А это уже, ни много, ни мало – почти 80 ватт.
	Для проверки под нагрузкой к батарее через амперметр была подключена лампочка на 24 В. Итог на фотографии – горит хоть и не в полный накал, но достаточно ярко.

Многие мастера, кроме стекла и пленки, используют еще и обрамление батареи, одевая ее в жесткую раму. Это придает конструкции необходимую прочность и повышает ее надежность.

Если планируется собрать и использовать несколько солнечных батарей, то их соединяют или последовательно — для увеличения напряжения на выходе, или параллельно – так можно добиться более высоких показателей тока и суммарной мощности

Комплекс панелей через контроллер подключается к аккумулятору — накопителю энергии, а уже от него идет распределение на точки потребления, напрямую или через инвертор.

Узнайте, как сделать солнечный коллектор своими руками, из нашей новой статьи на нашем портале.

*  *  *  *  *  *  *

Итак, как можно видеть из представленной информации, батарею вполне можно собрать своими руками. Потребуется наличие некоторых знаний электротехники и монтажа, усидчивость и внимательность.

Другое дело — что предварительно стоить очень тщательно взвесить ожидаемый эффект от батареи и стоимость комплектующих и всего необходимого для системы оборудования. Насколько система получится рентабельной, тем более с учетом местных климатических условий? Не превратится ли ее создание просто в «игрушку» для деятельного мужчины среднего возраста?

Возможно, некоторые вопросы по этому поводу снимет размещенный ниже видеосюжет:

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.

Зная требуемую мощность и уровень инсоляции, определяется мощность, приходящаяся на 1 пикочас. Для столичного региона при потребляемой мощности в 30 кВт она составит 30/10.23 = 2.93 кВт. После этого можно рассчитать требуемое количество панелей. Для этого найденное значение делится на мощность одного элемента.

Так, если одна гибкая солнечная панель имеет мощность 0.15 кВт, для выработки достаточной мощность потребуется 2.93/0.15= 20 штук. Если батарею планируется брать с собой в туристические походы, для обеспечения работоспособности ноутбука потребуется одна панель с мощностью минимум 15 Вт.

При выборе модели стоит обратить внимание не только на мощность изделия, но и на его вес. Для монтажа на крышу можно выбирать изделия потяжелее, для туристических походов — полегче.

Материал элементов может отличаться. Если их планируется эксплуатировать в северном регионе, предпочтительны гелиопанели из текстурированного стекла. Если количество солнечных дней ограничено, стоит обратить внимание на изделия из микроморфного кремния.

Критерии выбора

Определяющим фактором служат климатические условия: длина солнечных дней, их количество. Жителям регионов с малой освещенностью подойдут панели из микроморфного кремния – они не нуждаются в точном ориентировании, по суммарной годовой мощности опережают прочие тонкопленочные вариации. В северных районах востребовано текстурированное стекло.

Важно, чтобы мощность модуля соответствовала потребностям используемых электроприборов. Необходимо найти не только оптимальный участок для размещения изделий, но и резервную площадку, позволяющую впоследствии нарастить мощность.

Качество и длительность эксплуатации, а также стоимость продукции зависят от базового материала, номинальной производительности, типа конструкции и параметров фотоэлемента. На профильном рынке востребованы как иностранные, так и заслужившие доверие отечественные бренды – последние оптимально приспособлены к климатическим условиям региона.

Заслуживают внимания гибридные панели, генерирующие электрическую и тепловую энергию.

Монокристаллический и поликристаллический вариант солнечной батареи

Монокристаллические пластины изготавливаются из монокристаллов кремния, выращенных по методу Чохральского. Они отличаются высоким качеством и обладают неплохим (по меркам фотоэлементов) КПД, равным примерно 20÷22%. Из-за этого и стоимость их достаточно высока.

Солнечные лучи, попадая на монокристаллическую поверхность, способствуют возникновению направленного движения свободных электронов. Пластины с двух сторон подсоединены к шинам, которые затем подключаются к общей электрической цепи системы.

Высокий КПД этого типа пластин объясняется тем, что солнечные лучи равномерно рассеиваются по поверхности кристалла.

Поликристаллические фотоэлементы изготавливаются из полупроводника, имеющего поликристаллическую структуру. Именно этот тип батареи считается оптимальным для создания системы преобразования солнечной энергии. Стоимость элементов, а как следствие — и целых батарей получается ниже по сравнению с монокристаллическими приборами.

Если сравнивать два этих типа изделий, то можно выделить следующие различия, выявленные тестированием независимых компаний:

• Поликристаллические пластины отличаются по внешнему виду от монокристаллов, так как имеют неоднородный по цвету окрас поверхностей, с перемежением темных и светлых участков.

• В процессе эксплуатации у всех фотоэлементов происходит постепенное снижение мощности. Так, после года работы у монокристаллов она снижается на 3%, а у поликристаллических элементов — на 2%.
• Суммарное количество электроэнергии, выработанное монокристаллическим модулем, примерно на 30% выше, чем у поликристаллических элементов, при их одинаковой площади.
• Стоимость поликристаллов на 10÷15 % ниже монокристаллических батарей.

Недостатки солнечных батарей

У солнечных батарей существует ряд недостатков, узнав о которых многие хозяева жилья сразу отказываются от затеи их приобретения и установки.

• Для получения достаточного количества энергии необходимо установить весьма большое количество батарей довольно больших размеров. Понятно, что для их размещения потребуются большие площади. Многие собственники частных домов используют для их монтажа солнечную сторону крыши.

• Нельзя забывать, что батарея будет работать эффективно, только если ее лицевая сторона будет подвергаться периодической очистке от насевшей пыли, грязи, разводов высохшей дождевой воды. А это значит, что к поверхности необходимо обеспечить удобный и легкий доступ.
• Солнечные батареи недостаточно эффективно функционируют в сумерках и совершенно не работают в ночные часы. Чтобы использовать энергию от них в любое время суток необходимо подключение к нескольким аккумуляторам, которые за солнечный период накапливают энергию.
• Для большого количества аккумуляторов, если система планируется в качестве основного источника энергии, может потребоваться отдельное помещение.

• Солнечная энергия считается экологически чистой, однако сами пластины фотоэлементов содержат в себе такие токсичные вещества, как кадмий, свинец, мышьяк, галлий и т.п. При нагревании конструкции данные вещества могут выделяться не только в окружающую среду, но и проникать в помещения дома, если батареи установлены на крыше или балконе дома. Оптимальным вариантом будет установить систему в отдалении от жилых строений.

• При установке батарей на открытой площадке, для более высокой эффективности их работы, систему часто снабжают специальным фотоэлементом, реагирующим на положение Солнца, и поворотным механизмом, который будет поворачивать их вслед за движением светила. Эффективность повышается, но зато возрастает сложность системы и стоимость реализации проекта.
• Пока что не приходится говорить о высокой эффективности работы подобных систем. Их КПД составляет в самом лучшем случае 20%, остальные 80% воспринятой поверхностью солнечной энергии уходят на нагрев самой батареи, средняя температура которой может достигать 55÷60 градусов. Как уже говорилось выше, при нагреве фотоэлементов, эффективность их работы падает.
• Чтобы предотвратить перегревание батарей, применяют те или иные системы принудительного охлаждения. Например, устанавливаются вентиляторы или насосы, перекачивающие хладагент. Понятно, что такие приборы также требуют электроэнергии, а также периодического обслуживания. Кроме того, они могут значительно снизить надежность работы всей конструкции. Ну а проблема эффективного пассивного охлаждения батарей пока не решается.

Общие понятия о принципе получения электричества от солнечной энергии

У людей, решивших собрать солнечную батарею, возникает немало вопросов, а для многих эта задача видится и вовсе не выполнимой из-за кажущейся сложности ее конструкции. Однако, на самом деле особых трудностей в ее сборке нет. И в этом можно убедиться, изучив схему и рассмотрев, как выполняет работу мастер, изготовивший не один подобный прибор.

Солнечная батарея представляет собой совокупность фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии в электрическую.

Отдельные фотоэлементы соединены в единую панель и защищены с двух сторон материалами, стойкими к ультрафиолету, влаге и другим атмосферным явлениям. Это важно, так как батареи чаще всего эксплуатируются на открытом незащищенном пространстве — это может быть крыша здания, балконное ограждение или же поляна около дома.

Общая конструкция системы получения электрической энергии от солнечной представляет собой целый ряд приборов и устройств, соединенных в единую цепь:

• Пластины-преобразователи — это полупроводниковые фотоэлементы, обладающие способностью генерировать постоянный ток под воздействием света. Пластины соединяются между собой по определенной схеме специальными шинами (плоскими проводниками), и собираются в батарею в общем корпусе.
• Панели-батареи, собранные из фотоэлементов, подключаются к прибору-контролеру с подобранными параметрами тока и напряжения, необходимыми для зарядки аккумулятора.
• Аккумулятор или целая батарея таких аккумуляторов накапливает заряд.
• Специальный инвертор преобразует постоянный ток в переменный с напряжением в 220 В (если этот необходимо).

Использование солнечных батарей для полного снабжения дома энергией актуально в регионах, где количество солнечных дней в  течение года преобладает. Этим обычно «славятся» южные регионы страны. В других условиях они чаще всего применяются в качестве дополнительных источников электроснабжения.

Модули солнечных батарей, из которых собирается панель, подразделяются на три типа:

— монокристаллический;

— поликристаллический;

— аморфный (тонкопленочный).

От особенностей структурного строения пластин напрямую зависит эффективность конструкции, а также ее общая стоимость.

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 ухода

Чтобы система работала эффективно, в процессе эксплуатации за ней надо правильно ухаживать. Для этого следует своевременно очищать поверхность от пыли, грязи, следов жизнедеятельности птиц. Любой слой на поверхности модулей способен существенно сократить производительность системы в целом, так как в этом случае уровень поглощения фотоэлементами солнечного света существенно снижается.

Удалить скопившиеся загрязнения только одной водой не всегда представляется возможным. В таком случае для удаления грязи с батареи, основу которой составляет аморфный кремний, используют влажную губку либо тряпку из микрофибры. Высокая стойкость к воздействию воды позволяет их постоянно мыть.

В зимний период с поверхности элементов надо систематически удалять снег. В противном случае они просто не будут функционировать. Удалять снежный покров следует аккуратно, оказывая минимальное механическое воздействие, чтобы не повредить поверхность.

Учитывая, что при сильном загрязнении производительность конструкции значительно уменьшается, и требуется удаление загрязнений, при выборе места для размещения системы, следует предусмотреть мероприятия по ее обслуживанию. Именно по этой причине от установки модулей на сложной кровле чаще всего отказывается. Если другой вариант монтажа не подходит, для очистки панелей в труднодоступных местах привлекают специалистов.

Плюсы и минусы

Мягкое исполнение выигрывает у аналогов по следующим пунктам:

• небольшой собственный вес;
• эластичность;
• универсальность;
• экологичность;
• компактные размеры;
• высокая производительность;
• экономичность;
• комфортность эксплуатации.

Важность физических параметров и габаритов обуславливается тем, что при доставке электроэнергии в полноценный жилой или производственный объект используется много панелей. Если каждая из них будет толстой, тяжелой, крупной, возникнут сложности при установке, придется дополнительно усилить каркас сооружения.

Кремниевые вариации характеризуются высокой производительностью, они перерабатывают в электричество, в среднем, 20% солнечного излучения. Аморфные экземпляры не так остро реагируют на пасмурную погоду, по сравнению с жесткими конструкциями: последние в не солнечные дни выдают только 10% потенциальной мощности, эластичные модули работают на 50% от номинальной производительности.

Гнущиеся изделия позволяют полноценно использовать площадь кровли, имеющей неровный рельеф, например, черепичной. Универсальную продукцию с одинаковым удобством можно монтировать на фасад или крышу объекта. При этом она сохраняет достоинства жестких каркасных панелей – возможность использования неограниченного ресурса солнечного света, экологическую чистоту решения.

Нельзя забывать о недостатках технологии, в частности, о необходимости ее дальнейшего совершенствования. Моно- и поликристаллические жесткие решения все еще опережают ее по производительности.

Считаются уязвимостью следующие факторы:

• долгий срок окупаемости;
• при монтаже приходится докупать дорогостоящее вспомогательное оборудование;
• высокая стоимость продукции;
• беззащитность перед атмосферными проявлениями.

Существенным минусом является небольшой эксплуатационный ресурс мягкого решения: быстро изнашиваются тонкое напыление и фольга, гарантийный срок, в среднем, составляет 3 года.

Последовательность монтажа

Гибкие солнечные панели в рулоне доступны для самостоятельного монтажа. В зависимости от климатических особенностей региона их размещают поверх кровельного пирога, на отдельно стоящих вспомогательных сооружениях, на фасаде объекта, притом решения можно комбинировать.

Чаще всего монтаж гелиосистемы производится на крыше. В тех случаях, когда конфигурация и габариты кровли не способствуют надежному размещению модулей, возводят вспомогательный каркас и на него крепят панели. Подобные проекты увеличиваются по стоимости, но они оптимальны, если крыша труднодоступна, имеет сложный рельеф.

Фотоэлектрические элементы покрываются с изнаночной стороны слоем липкой субстанции смолянистого происхождения. Для монтажа необходимо удалить с панели защитную пленку, чтобы можно было ее приклеить на выбранном участке. Площадку предварительно качественно зачищают и промывают.

В процессе установки изделий не нужны специализированные элементы, обязательным требованием является лишь соблюдение мер безопасности. Следует придерживаться предлагаемой производителем схемы подключения компонентов, чтобы была соблюдена их последовательность.

Гелиомодуль оснащается с одного края парой выведенных проводов, поэтому каждое изделие нужно размещать таким образом, чтобы данные кабели в дальнейшем было проще соединить одной шиной, тем самым обеспечив последовательное подключение.

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.

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.

Солнечная батарея из фольги

Многие удивятся, узнав, что фольгу можно применять для изготовления солнечной батареи своими руками. На самом деле, в этом нет ничего удивительного, ведь фольга увеличивает отражающие способности материалов. Например, для уменьшения перегрева панелей, их кладут на фольгу.

Как сделать солнечную батарею из фольги?

Очистив медный лист и вымыв руки, отрезаем кусок фольги, кладем его на раскаленную электроплиту, нагреваем полчаса, наблюдая почернение, затем убираем фольгу с плиты, даем остыть и видим, как от листа отслаиваются куски. После нагревания оксидная пленка пропадает, поэтому черный оксид можно аккуратно удалить водой.

Затем вырезается второй кусок фольги такого же размера, как и первый, две части сгибаются, опускаются в бутылку так, чтобы у них не было возможности соприкоснуться.

Далее «крокодильчики» прицепляются к панели, провод от ненагретой фольги — к плюсу, от нагретой — к минусу, соль растворяют в воде и выливают раствор в бутылку. Батарея готова.

Также фольгу можно применять для подогрева. Для этого ее необходимо натянуть на раму, к которой затем нужно подсоединить шланги, подведенные, например, к лейке с водой.

Вот мы и узнали, как самому сделать солнечную батарею для дома из фольги.

Сравнение солнечных фотоэлементов

Если сравнивать кристаллические и пленочные батареи, то у последних существует ряд существенных преимуществ, благодаря которым часто предпочтение отдается именно им:

• Аморфные пленочные элементы лучше реагируют на изменение температуры, в частности, на ее повышение. В солнечные месяцы года этот тип батарей способен произвести большее количество энергии по сравнению с кристаллическими аналогами — те при нагреве способны потерять до 20% мощности.
• Пленочные батареи продолжают выработку энергии даже при рассеянном солнечном свете, в отличие от кристаллов, которые не генерируют энергию в пасмурную погоду. При слабом или рассеянном свете аморфная пленка способна вырабатывать до 20% энергии от своих номинальных показатели. Не слишком много, но лучше, чем ничего.
• Стоимость кристаллических панелей гораздо выше, чем пленочных. Причем цена на последние продолжает снижаться из-за активного наращивания объемов их производства.
• Пленочные солнечные батареи имеют меньшее количество дефектов и уязвимых мест. Дело в том, что жёсткие пластины при формировании панели спаиваются между собой, а пленка устанавливается в корпус конструкции в целом виде.

Если подвести итоги и вывести их в таблицу, то сравнительные характеристики пленочных аморфных и жестких кристаллических солнечных фотоэлементов будут выглядеть следующим образом:

Необходимо уточнить, что производятся и комбинированные варианты солнечных батарей, то есть состоящие из кристаллических и аморфных элементов. То есть используются по максимуму все преимущества обоих типов. Однако, стоимость подобных изделий весьма высока, поэтому они не настолько популярны, как упомянутые выше батареи.

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.

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.

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.

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.