Принцип действия солнечных батарей


Принцип действия солнечных батарей несложен, что делает технологию их изготовления достаточно дешевой. Самой дорогостоящей составной частью такой батареи являются монокристаллические кремниевые фотогальванические элементы, которые и осуществляют преобразование солнечного света в электрическую энергию. Они связаны между собою механически и электрически, а также имеют на выходе клеммы, к которым подключаются внешние потребители.

Сам фотогальванический элемент представляет собой двухслойный полупроводник, один его слой проводит отрицательные заряды, второй – положительные. Когда на границу между этими слоями попадают солнечные лучи, возникает электродвижущая сила, электрический ток начинает течь по внешнему контуру, подключенному к полупроводнику. В качестве слоя, проводящего отрицательные заряды, используется кремний с примесью фосфора, а проводящего положительные заряды – кремний с примесью бора. Это эффективная и надежная конструкция, не имеющая никаких движущихся частей, что гарантирует ее долгий срок службы – некоторые производители обещают, что их батареи будут исправно служить 40-50 лет без заметного уменьшения КПД.

Варианты подключения солнечных батарей


Прямое подключение батареи к потребителям электроэнергии используется только в том случае, когда мощность потребителя невелика, например, в бытовых устройствах для подзарядки мобильного телефона или компьютера. Если говорить о том, чтобы обеспечить бесплатной электроэнергией дом, подключить систему отопления, потребуется инверторный преобразователь постоянного тока в переменный однофазный на 220 В или трехфазный на 380 В. В такой конфигурации солнечная батарея может использоваться как альтернативный источник тока для автономного снабжения электричеством, резервный вариант или подключаться непосредственно в электрическую сеть.

В тех районах, где отсутствует централизованное электроснабжение, в качестве автономного источника необходимо устанавливать батареи достаточно большой площади, кроме того, они должны быть снабжены аккумуляторами, накапливающими энергию в дневное время и позволяющими расходовать ее ночью. Такая автономная электростанция, кроме фотогальванических модулей, в своем составе должна иметь контроллер заряда, предохраняющий аккумулятор от избыточной зарядки и разрядки; инверторный преобразователь, систему аккумуляторных батарей в нужном количестве.

В случае, когда солнечная батарея будет применяться в качестве резервного, дополнительного источника электроснабжения дома, она может иметь меньшую площадь батареи, которой будет достаточно только для поддержания систем жизнеобеспечения – связи, освещения, холодильника, компьютера. В состав резервных систем также входят контроллеры, аккумуляторы и инверторы.

В том случае, когда электроснабжение дома стабильно, солнечную батарею можно подключить непосредственно к электросети, избыточное электричество можно продавать электросетям, но в России это не практикуется, такая практика принята в странах, где действуют законы о возобновляемых источниках энергии.

Использование солнечных батарей в России


Существует ошибочное мнение, что солнечные батареи можно использовать только в тех краях, где много солнечных дней, например, в южных районах нашей страны, а также в тех странах, которые находятся ближе к экватору. Но если вы бывали на севере Западной Европы, могли заметить, что на крышах многих домов там установлены солнечные батареи, рачительные иностранцы стараются использовать любую возможность сэкономить, хотя бы частично обеспечивая себя бесплатным электричеством.
В случае, когда батарея устанавливается на опорную конструкцию, необходимо обеспечить прочность и жесткость этой конструкции, чтобы предотвратить повреждение батарей от порывов ветра и других неблагоприятных факторов.


Как показывают расчеты, для Москвы, например, где среднегодовая мощность, обеспечиваемая солнечной инсоляцией, составляет 90 кВт в месяц на 1 квадратный метр солнечной батареи, в сутки свободной электроэнергии можно получать до 3 кВт. Цена одной батареи мощностью 100 Вт, имеющей на выходе 12 В составляет порядка 6 тысяч рублей, но вы можете приобретать их по 1-2 штуки, постепенно наращивая мощность своей домашней электростанции.

Установка солнечных батарей


Чтобы стоимость купленных солнечных батарей окупилась как можно скорее, необходимо правильно смонтировать и установить их. Количество той электроэнергии, которую вы сможете получать от батареи, зависит не только от ее площади, но и от угла наклона и ориентации по отношению к Солнцу.
Для территории России оптимальными углами наклона являются от 30о в южных районах страны до 45о на северных территориях.


Естественно, самый большой КПД будет в том случае, когда солнечные лучи будут падать перпендикулярно на поверхность фотогальванических элементов батареи. Поскольку наиболее популярным вариантом является установка батарей на крыше, угол наклона задается ее скатом.