1. Використання сонячної енергії для отримання електрики має ряд переваг:
2. Звичайно, ідеальних систем не буває. Хоча сонячні панелі і є оптимальним вибором для автономних систем...
3. Головні вигоди сонячних систем

У наш час практично кожен може зібрати і отримати в своє розпорядження свій незалежний джерело електроенергії на сонячних батареях (в науковій літературі вони називаються фотоелектричними панелями). Дороге обладнання з часом компенсується можливістю отримувати безкоштовну електроенергію. Важливо, що сонячні батареї - це екологічно чисте джерело енергії. За останні роки ціни на фотоелектричні панелі впали в десятки разів і вони продовжують знижуватися, що свідчить про великі перспективи при їх використанні.

У класичному вигляді таке джерело електроенергії буде складатися з наступних частин: безпосередньо сонячної батареї (генератора постійного струму), акумулятора з пристроєм контролю заряду і інвертора, який перетворює постійний струм в змінний. Сонячні батареї складаються з набору сонячних елементів (фотоелектричних перетворювачів), які безпосередньо перетворюють сонячну енергію в електричну.

Якщо освітлена сонцем батарея замкнута на якусь навантаження з опором Rн, то в ланцюзі з'являється електричний струм I, величина якого визначається якістю фотоелектричного перетворювача, інтенсивністю освітлення і опором навантаження. Потужність Pн, яка виділяється в навантаженні визначається твором Pн = IнUн, де Uн напруга на затискачах батареї.

Найбільша потужність виділяється в навантаженні при деякому оптимальному її опорі Rопт, яке відповідає найбільшому коефіцієнту корисної дії (ККД) перетворення світлової енергії в електричну. Для кожного перетворювача є своє значення Rопт, яка залежить від якості, розміру робочої поверхні і ступеня освітленості.

Сонячна батарея складається з окремих сонячних елементів, які з'єднуються послідовно і паралельно для того, щоб збільшити вихідні параметри (струм, напруга і потужність). При послідовному з'єднанні елементів збільшується вихідна напруга, при паралельному - вихідний струм. Для того, щоб збільшити і струм і напруга комбінують два цих способу з'єднання. Крім того, при такому способі з'єднання вихід з ладу одного з сонячних елементів не призводить до виходу з ладу всього ланцюжка, тобто підвищує надійність роботи всієї батареї.

Таким чином, сонячна батарея складається з паралельно-послідовно з'єднаних сонячних елементів. Величина максимально можливого струму віддається батареєю прямо пропорційна числу паралельно включених, а е.р.с. - послідовно включених сонячних елементів. Так комбінуючи типи з'єднання збирають батарею з необхідними параметрами.

Сонячні елементи батареї шунтуються діодами. Зазвичай їх 4 - по одному, на кожну ¼ частина батареї. Діоди оберігають від виходу з ладу частини батареї, які з якоїсь причини виявилися затемненими, т. Е. Якщо в якийсь момент часу світло на них не потрапляє. Батарея при цьому тимчасово генерує на 25% меншу вихідну потужність, ніж при нормальному освітленні сонцем всій поверхні батареї.

При відсутності діодів ці сонячні елементи будуть перегріватися і виходити з ладу, так як вони на час затемнення перетворюються в споживачів струму (акумулятори розряджаються через сонячні елементи), а при використанні діодів, вони шунтуються і струм через них не йде. Діоди повинні бути низькоомними, щоб зменшити на них падіння напруги. Для цих цілей в останнім часом використовують діоди Шотткі.

Отримана електрична енергія накопичується в акумуляторах, а потім віддається в навантаження. Акумулятори - хімічні джерела струму. Заряд акумулятора відбувається тоді, коли до нього додається потенціал, який більше напруги акумулятора.

Число послідовно і паралельно з'єднаних сонячних елементів повинно бути таким, щоб робоча напруга підводиться до акумуляторів з урахуванням падіння напруги в зарядної ланцюга трохи перевищувала напругу акумуляторів, а навантажувальний струм батареї забезпечував необхідну величину зарядного струму.

Наприклад, для зарядки свинцевою акумуляторної батареї 12 В необхідно мати сонячну батарею складається з 36 елементів.

При слабкому сонячному світлі заряд акумуляторної батареї зменшується і батарея віддає електричну енергію електроприймачів, тобто акумуляторні батареї постійно працюють в режимі розряду і підзарядки.

Це процес контролюється спеціальним контролером. При циклічному заряді потрібне постійне напруження або постійний струм заряду.

При гарній освітленості акумуляторна батарея швидко заряджається до 90% своєї номінальної ємності, а потім з меншою швидкістю заряду до повної ємності. Перемикання на меншу швидкість заряду проводиться контролером зарядного пристрою.

Найбільш ефективним є використання спеціальних акумуляторів - гелевих (в батареї в якості електроліту застосовується сірчана кислота) і свінцовиех батарей, які зроблені по AGM-технології. Цим батареям не потрібні спеціальні умови для установки і не потрібно обслуговування. Паспортний термін служби таких батарей - 10 - 12 років при глибині розряду не більше 20%. Акумуляторні батареї ніколи не повинні розряджатися нижче за це значення, інакше їх термін служби різко скорочується!

Акумулятор під'єднується до сонячній батареї через контролер, який контролює її заряд. При заряді батареї на повну потужність до сонячної батареї підключається резистор, який поглинає надлишкову потужність.

Для того щоб перетворити постійна напруга від акумуляторної батареї в змінну напругу, якій можна використовувати для харчування більшості електроприймачів спільно з сонячної батарей можна використовувати спеціальні пристрої - інвертори.

Без використання інвертора від сонячної батареї можна живити електроприймачі, що працюють на постійній напрузі, в т.ч. різну портативну техніку, енергозберігаючі джерела світла, наприклад, ті ж світлодіодні лампи.

Використання сонячної енергії для отримання електрики має ряд переваг:

• Не потребує палива. Використання енергії сонця вимагає витрат практично тільки на установку. Надалі споживач отримує вже безкоштовну енергію. Ніяких спеціальних профілактичних робіт для сонячних панелей не потрібно. Їх можна хіба що протирати від пилу. Розташування панелей на узвишші і під кутом 70 градусів сприяє тому, що на панелях не накопичується сніг взимку.
• Працює постійно. Сонячна система регулюється автоматично. Її не потрібно постійно включати і вимикати як дизель. У системах автономного електропостачання на сонячних батареях електрику запасається на спеціальних акумуляторах. Тому енергія доступна для використання і вдень і вночі.
• Безшумність. Оскільки електрику проводиться шляхом прямого перетворення енергії світла, то немає абсолютно ніяких шумів. Якщо дизель своїм гулом може заважати вам і вашим сусідам, то з сонячною системою таких проблем немає.
• Тривалий термін безаварійної служби. Якісні сонячні панелі розраховані на роботу протягом не менше 25 років. За цей час відбувається поступове невелике зниження потужності. Наступні 20 років система буде виробляти приблизно 80% енергії від початкової потужності. Таким чином, загальний термін служби складає 45 років і вище. Для порівняння вітряна система зазвичай розрахована на 15-20 років, а дизель на 5-10 років. При цьому, оскільки в сонячних панелях немає рухомих частин, то практично виключені знос і поломка.
• Надійність. Сонячна система гарантовано виробляє електроенергію кожен день від сходу до заходу сонця. Продуктивність знижується в похмуру погоду, але все ж сонячні панелі дають електроенергію і в цьому випадку. У цьому сенсі сонячні панелі надійніше вітряних турбін, оскільки вітер значно менш постійний, ніж денне світло. У порівнянні ж з рідкопаливними системами можна припустити, що дизель більш прогнозований і надійний в плані забезпечення електроенергії. Однак, слід пам'ятати, що дизель може не завестися, поламатися, а також залежить від наявності палива. З урахуванням цих чинників сонячні панелі можуть виявитися і надійніше.
• Загальнодоступність. Сонячне світло є практично скрізь і це в деяких випадках критичне перевага сонячних панелей перед вітряними і дизельними системами. Особливості рельєфу, забудови, метеорологічних особливостей, розміру ділянки, можуть не дозволити розмістити вітряк, а ось для сонячних систем обмежень набагато менше. Для сонячних панелей потрібно тільки не затінена поверхню, бажано звернена на південну сторону. При цьому в порівнянні з вітрогенератором, не потрібна установка щогли, адже панелі можна просто розмістити на даху. Переваги у сонячних панелей за доступністю установки є і в порівнянні з дизелем. Адже далеко не скрізь є можливість стабільної доставки палива. А іноді така доставка пов'язана зі значними витратами і труднощами. Сонце ж є скрізь.
• Можливість довільного зміни потужності системи. У рідиннопаливних і вітряних систем потужність фіксована. А ось у сонячних систем це величина довільна. Можна встановити невелику панель і використовувати для малопотребляющіх приладів. Це обійдеться дешевше. А якщо з'ясується, що встановленої потужності не вистачає, то можна завжди наростити, доставивши більше панелей потрібного розміру.

Звичайно, ідеальних систем не буває. Хоча сонячні панелі і є оптимальним вибором для автономних систем електропостачання, у них є і обмеження:

• У зимовий час продуктивність сонячних батарей знижується в півтора-два рази. Велике число сонячних днів в зимовий період в районах з континентальним кліматом частково компенсує зниження продуктивності сонячних систем, але тим не менш потенціал вироблення енергії є мінімальним в листопаді і грудні. Чим далі на північ, тим цей ефект помітніший. На півдні Приморського краю такий ефект мінімальний і при достатній потужності встановлених сонячних батарей електрики цілком достатньо і взимку. Крім того, в Приморському краї в силу кліматичних особливостей січень, лютий і березень є найбільш сонячними місяцями. У цей період кількість сонячної енергії більше ніж влітку.
• Низька ефективність для використання в опалювальних системах. Сонячні фотовольтаїчні панелі небажано використовувати для заснованих на електронагрівальних елементах опалювальних системах. Для опалення та нагрівання води значно більший ефект дають сонячні колектори. Сонячна панель перетворює в електрику лише близько 15% сонячної енергії. Сонячний колектор аналогічної площі перетворює в тепло до 90% надходить сонячної енергії. При цьому сонячний колектор дешевше. Але тим не менше при бажанні можна використовувати сонячні панелі для нагріву води і в опаленні в малих системах.
• Необхідність високої енергоефффектівності. Порівняно висока вартість сонячних панелей робить їх рентабельними лише в разі, коли витрата електроенергії оптимально оптимізований. Це означає необхідність використання найсучаснішої енергозберігаючої техніки, світлодіодного освітлення, датчиків руху і ін. З іншого боку використання сучасних технологій робить життя комфортнішим.
• Необхідність достатньої інтенсивності світла. Хоча сонячні батареї можна встановлювати практично скрізь, зрозуміло, що ефективність буде вище там, де більше сонячного світла. Наприклад, якщо ділянка планованої установки знаходиться на північній стороні крутого пагорба або затінений ближніми будівлями, то установка в цьому місці може бути нерентабельною. Менша ефективність може бути в місцях з високою сезонної хмарністю або туманами на узбережжі. В цьому випадку слід провести дослідження інтенсивності сонячного світла, за результатами якого буде зрозуміло скільки енергії зможуть виробляти сонячні панелі в заданому місці і чи є установка доцільною.

Головні вигоди сонячних систем

У питанні встановлювати або не встановлювати сонячну систему вирішальними є кілька факторів. Є групи споживачів, для яких установка сонячних батарей для отримання електрики виявляється особливо вигідною:

• Об'єкти не підключені до загальної електромережі і де підключення є дорогим через віддаленість об'єкту або нестачі потужності найближчих мереж. У цьому випадку установка автономної системи на сонячних батареях є вигідною просто в силу того, що капітальні витрати на установку дорівнюватимуть або нижче вартості підключення до загальної мережі
• Об'єкти підключені до існуючих електромереж, але оплачують електроенергію за високими тарифами. Це можуть бути об'єкти юридичних осіб або фізичні особи з договорами приватної поставки електроенергії для котеджних селищ або віддалених об'єктів. При ціні за кіловат-годину понад 3 рублів установка сонячної системи виправдовує себе за термін служби 20 років. При більш високій ціні за кіловат-годину сонячна система окупиться швидше. Об'єкти з існуючим підключенням до електрики мають перевагу в тому, що є резервне джерело енергії. В цьому випадку можна скоротити витрати на установку сонячної системи, зменшивши її запас потужності, адже в разі потреби можна використовувати резервне живлення.
• Об'єкти підключені до існуючих електромереж, але де напруга в мережах низьке або є проблема частих відключень і стрибків напруги. У цьому випадку головною вигодою будуть не гроші, а якість електрики і його стабільність. Установка системи на сонячних батареях виявиться досить дорогим рішенням, але відсутність необхідності оплати зростаючих рахунків за електрику буде поступово компенсувати витрати на установку.
• Малі або мобільні споживачі електроенергії. Є багато випадків, коли електрику потрібно для мінімальних потреб - освітлення, зарядки телефону, роботи телевізора, ноутбука, радіо і т.п. Найчастіше це потрібно на дачі у вихідні, на відпочинку на природі, в морській поїздці або на віддаленому черговому посту. Придбання малої сонячної системи є ідеальним рішенням. Сонячні батареї не гудуть на відміну від генераторів і не вимагають палива, а накопичене на акумуляторі електрику доступно в будь-який момент і поповнюється від сходу до заходу сонця.