Солнечные панели

Солнечные панели (солнечные батареи) — это наборы последовательно соединенных друг с другом и заключенных в алюминиевую раму солнечных фотоэлементов.

Фотоэлемент — это небольшое полупроводниковые устройство, преобразующее энергию света в энергию электрическую. Это явление было открыто в 1839 году французским физиком Эдмондом Беккерелем и было названо в последствии «фотовольтаическим эффектом». Исследованиями в этой области занимались многие ученые в разных странах.

В 1888 году русский физик Александр Столетов сформулировал основные законы преобразования света в электрический ток и создал первый фотоэлемент. В 1954 г. были созданы первые фотоэлементы на основе кристаллов кремния. В 1963 году компанией Sharp была реализована концепция солнечной панели. В 1967 солнечные панели впервые были использованы на пилотируемом космическом аппарате — «Союз-1». Фотовольтаические технологии активно исследовались в разных странах и особенно в космических державах США и СССР. Энергетичекий кризис 1970х годов подтолкнул работы в этой области, но производство солнечных панелей еще долгое время оставалось довольно дорогим.
С конца 1980х годов продолжался рост производства и продаж солнечных панелей. Из экзотической космической технологии солнечные элементы стали настолько обычными, что их стали использовать для бытовых приборов — калькуляторов, часов и т.п., а также начали строить малые и средние электростанции. В 1999 году общая мощность солнечных панелей установленных в мире достигла 1 гигаватта. За последующие десять лет последовал настоящий солнечный бум. В 2009 году общая мощность фотовольтаических электростанций мира достигла 23 гигаватт, в 2010 увеличилась всего за год почти двукратно — до 40 гигаватт. На начало 2015 года общая мощность солнечной фотовольтаической энергетики оценивается в 110 гигаватт и, как ожидается, продолжит расти.
Россия — северная страна, где возможности использования солнечной энергии естественным образом ограничены. Тем не менее стоит задуматься о том, что в соседнем Европейском Союзе в 2014 году солнечные панели обеспечили 32,5 тераватт-часов энергии, причем лидерами солнечной энергетики в ЕС являются не самые солнечные Германия, Бельгия и Чехия. Солнечные батареи можно и нужно использовать в России и особенно в южных регионах.
Особенности использования солнечных панелей (солнечных батарей)
Правильное использование солнечных панелей в Краснодарском крае позволяет обеспечить электроэнергией отдельные дома, производственные зоны, торговые площадки, группы зданий или целые поселки. Краснодарский край относится к регионам России, где целесообразно использовать солнце для получения энергии. Число солнечных дней в среднем по Краснодарскому краю составляет 300, при продолжительности солнечного сияния более 2200 часов.
Использование солнечной энергии для получения электричества имеет ряд преимуществ:
1. Не требует топлива. Использование энергии солнца требует затрат практически только на установку и в дальнейшем потребитель получает уже бесплатную энергию. Никаких специальных профилактических работ для солнечных панелей не требуется. Их можно разве что протирать от пыли. Расположение панелей на возвышении и под углом 60 градусов способствует тому, что на панелях не накапливается снег зимой.
2. Работает постоянно. Солнечная система регулируется автоматически.  Ее не нужно постоянно включать и выключать как электрогенератор. В системах автономного электроснабжения на солнечных панелях электричество запасается в специальных аккумуляторах. Поэтому энергия от солнечных панелей доступна для использования днем и ночью.
3. Бесшумность. Поскольку электричество производится путем прямого преобразования энергии света, то нет абсолютно никаких шумов. Если электрогенератор своим гулом может мешать вам и вашим соседям, то с солнечной системой таких проблем нет.
4. Длительный срок безаварийной службы. Качественные солнечные панели рассчитаны на работу в течение не менее 25 лет. За это время происходит постепенное небольшое снижение мощности. Следующие 20 лет система будет вырабатывать примерно 80% энергии от изначальной мощности. Таким образом, общий срок службы составляет 45 лет и выше. Для сравнения ветряная система обычно рассчитана на 15-20 лет, а дизель генератор на 5-10 лет. При этом, поскольку в солнечных панелях нет движущихся частей, то практически исключены износ и поломка.
5. Надежность. Солнечная система гарантированно вырабатывает электроэнергию каждый день от восхода до заката. Производительность снижается в пасмурную погоду, но все же солнечные панели дают электроэнергию и в этом случае. В этом смысле солнечные панели надежнее ветряных турбин, поскольку ветер значительно менее постоянен, чем дневной свет. В сравнении же с жидкотопливными системами можно предположить, что электрогенератор более прогнозируем и надежен в плане обеспечения электроэнергии. Однако, следует помнить, что дизель может не завестись, поломаться, а также зависит от наличия топлива. С учетом этих факторов солнечные панели могут оказаться и надежнее.
6. Общедоступность. Солнечный свет есть практически везде и это в некоторых случаях критическое преимущество солнечных панелей перед ветряными и другими системами. Особенности рельефа, застройки, метеорологических особенностей, размера участка, могут не позволить разместить ветряк, а вот для солнечных систем ограничений гораздо меньше. Для солнечных панелей требуется лишь не затененная поверхность, желательно обращенная на южную сторону. При этом по сравнению с ветрогенератором, не требуется установка мачты, ведь панели можно просто разместить на крыше и даже на стене. Преимущества у солнечных панелей по доступности установки есть и по сравнению с дизель генератором. Ведь далеко не везде есть возможность стабильной доставки топлива. А иногда такая доставка сопряжена со значительными затратами и трудностями. Солнце же есть везде.
7. Возможность произвольного изменения мощности системы. У жидкотопливных и ветряных систем мощность фиксированная. А вот у солнечных систем это величина произвольная. Можно установить минимальное необходимое количество панелей и использовать для малопотребляющих приборов. Это обойдется дешевле. А если выяснится, что установленной мощности не хватает, то можно количество панелей всегда можно нарастить. Также можно дополнительно установить необходимое количество аккумуляторных батарей и параллельно подключенных инверторов. Другими словами, солнечная электростанция это очень гибкая и надежная система электроснабжения.
Конечно, идеальных систем не бывает. Хотя солнечные панели и являются оптимальным выбором для автономных систем электроснабжения, у них есть и ограничения:
— В зимнее время производительность солнечных батарей снижается в полтора-два раза. Большое число солнечных дней в зимний период в районах с субтропическим климатом частично компенсирует снижение производительности солнечных систем, но тем не менее потенциал выработки энергии является минимальным в декабре, январе и феврале. На юге Краснодарского края такой эффект минимален и при достаточной мощности установленных солнечных панелей электричества вполне достаточно и зимой.

— Низкая эффективность для использования в отопительных системах. Солнечные фотовольтаические панели нежелательно использовать для основанных на электронагревательных элементах отопительных системах. Для отопления и нагрева воды значительно больший эффект дают солнечные коллекторы.

—  Солнечная панель преобразует в электричество лишь около 15% солнечной энергии. Солнечный коллектор аналогичной площади преобразует в тепло до 90% поступающей солнечной энергии. При этом солнечный коллектор дешевле.

— Необходимость высокой энергоэфффективности. Сравнительно высокая стоимость солнечных панелей делает их рентабельными лишь в случае, когда расход электроэнергии оптимально оптимизирован. Это означает необходимость использования наиболее современной энергосберегающей техники, светодиодного освещения, датчиков движения и пр. С другой стороны использование современных технологий делает жизнь комфортнее.

— Необходимость достаточной интенсивности света. Хотя солнечные батареи можно устанавливать практически везде, понятно, что эффективность будет выше там, где больше солнечного света. Например, если участок планируемой установки находится на северной стороне крутого холма или затенен близстоящими зданиями, то установка в этом месте может быть нерентабельной.

Главные выгоды солнечных систем

В вопросе устанавливать или не устанавливать солнечную систему решающими являются несколько факторов. Есть группы потребителей, для которых установка солнечных батарей для получения электричества оказывается особенно выгодной:

1. Объекты не подключенные к общей электросети и где подключение является очень дорогим из-за удаленности объекта или недостатка (ограничения) мощности ближайших сетей. В этом случае установка автономной системы на солнечных батареях является выгодной просто в силу того, что капитальные затраты на установку будут равны или ниже стоимости подключения к общей сети.

2. Объекты подключенные к существующим электросетям, но оплачивающие электроэнергию по высоким тарифам. Это могут быть объекты юридических лиц или физические лица с договорами частной поставки электроэнергии для коттеджных поселков или удаленных объектов. При цене за киловатт-час свыше 5 рублей установка солнечной системы оправдывает себя за срок службы 18 лет. При более высокой цене за киловатт-час солнечная система окупится быстрее. Объекты с существующим подключением к электричеству имеют преимущество в том, что есть резервный источник энергии. В этом случае можно сократить расходы на установку солнечной системы, уменьшив ее запас мощности, ведь в случае необходимости можно использовать резервное питание.

3. Объекты подключенные к существующим электросетям, но где напряжение в сетях низкое, недостаточная мощность или есть проблема частых отключений и скачков напряжения. В этом случае главной выгодой будут не деньги, а качество электричества и его стабильность. Установка системы на солнечных батареях может оказаться довольно дорогим решением, но отсутствие необходимости в установке резервных источников электроэнергии, стабилизаторов и оплаты растущих счетов за электричество будет постепенно компенсировать расходы на установку.

Любопытные факты о солнечных панелях
Солнечные панели приносят больше всего пользы в автономных системах где много различных бытовых электроприборов, которые не включены постоянно. Таким образом общее потребление небольшое, особенно если используется светодиодное освещение или энергоэффективные электрические приборы. Мощность генерации всего 10 -12 кВт в день обычно достаточно для обеспечения потребностей в электричестве средней семьи. Но с условием, что не длительно не используются мощные электронагревательные приборы: электроплита, водонагреватель, электрокотел. Для этого лучше пользоваться другими источниками энергии, например газом или  солнечными коллекторами.

Различные солнечные системы и цены на солнечные батареи
Существуют различные технологии изготовления солнечных панелей и большое число производителей. Лидером мирового производства солнечных панелей в мире сейчас является Китай, занимающий около 60% мирового рынка и развивший производственные мощности главным образом за счет американских инвестиций. В итоге сейчас наиболее эффективными, качественными и доступными по цене являются монокристаллические солнечные панели из крупных заводов Китая. Срок службы таких панелей составляет обычно 40-50 лет. Производительность за каждые 20-25 лет службы постепенно снижается примерно на 20%. КПД составляет 15-17%.
Качественные солнечные панели легко выдерживают любые погодные условия, даже крупный град. Единственный требуемый уход — время от времени очищать поверхность от птичьего помета, снега и пыли, что может незначительно увеличивать производительность. Солнечные батареи легче устанавливать по сравнению с ветрогенераторами. Ведь им не требуется мачта, а вес солнечной панели не более 10-20 кг. Значит не нужно использовать кран или привозить грузовиками строительные материалы. Надо лишь правильно расположить и закрепить панели на крыше. Идеальным местом расположения для частного потребителя является крыша здания, желательно обращенная на южную сторону. Размеры стандартной панели мощностью 230 Вт составляют 1,5×0,8 м. Таким образом, на участке крыши 5×5 м можно  уместить свыше 4 кВт солнечной мощности. Размещение на земле также возможно, но в этом случае нужна большая открытая площадка. На практике наземное размещение случается чаще в проектах промышленного получения энергии.
Каждая солнечная система автономного электроснабжения включает в себя: солнечные батареи, контроллер заряда, инвертер и аккумуляторы. Мощность каждого компонента рассчитывается в зависимости от нужд потребителя. Срок службы солнечных панелей 40-50 лет, контроллера и инвертера 15-20 лет, аккумуляторов в зависимости от типа и характера использования — 4-12 лет.

Системы и цены на поставку оборудования.

Цена может изменяться и уточняется заранее. Стоимость установки рассчитывается отдельно для каждого случая.

Виды солнечных панелей
Монокристаллический кремний
Наиболее эффективными и распространенными для широкого потребления являются монокристаллические кремниевые элементы. Для изготовления таких элементов кремний очищается, плавится и кристаллизуется в слитках, от которых отрезают тонкие слои. Внешне монокристаллические элементы выглядят как однотонная поверхность темно-синего или почти черного цвета. Сквозь кремний проходит сетка из металлических электродов. Эффективность такого элемента составляет от 15 до 17% в стандартных условиях тестирования (прямой солнечный свет, +25 °С).

Производительность таких солнечных панелей за каждые 20-25 лет службы постепенно снижается, по некоторым данным на пол-процента в год, а общий заявляемый срок службы таких панелей у хороших производителей составляет обычно 40-50 лет.
Действительно ли монокристаллические солнечные панели служат так долго? На самом деле большинство солнечных панелей, используемых сегодня не работали 50 лет. В распоряжении нашей компании есть солнечная панель, которая работает свыше 10 лет и еще не показала видимого снижения мощности. Исследования компании Brightstar Solar (2009) показали, что произведенные 40 лет назад монокристаллические солнечные панели до сих пор работают и их мощность составляет около 80% от изначальной.Так что на сегодня монокристаллические солнечные панели — это самый надежный источник получения электроэнергии от солнца.
Поликристаллический кремний
Технология принципиально не отличается от монокристаллических элментов, но разница состоит в том, что для изготовления используется менее чистый и более дешевый кремний. Внешне это уже не однотонная поверхность, а узор из границ множества кристаллов. Эффективность такого элемента составляет от 12 до 15%. Тем не менее эти панели пользуются примерно такой же популярностью на рынке, что и монокристаллические, поскольку пропорционально эффективности снижается цена производства.
В России перспективнее все же использовать монокристаллические панели, поскольку при неразвитости собственного производства и больших расстояниях целесообразнее ввозить и транспортировать более эффективные панели.

Ленточный кремний
Принципиально такой же как и предыдущие типы, отличается лишь тем, что кремний не нарезается от кристалла, а наращивается тонким слоем в виде ленты. Антибликовое покрытие дает радужную окраску таким панелям. Эта технология не смогла завоевать рынок, занимая на нем лишь около 2% и постепенно снижается. В России почти не встречается.
Аморфный кремний
В этом типе используются не кристаллы, а тончайшие слои кремния, напыленные в вакууме на пластик, стекло или металл. Этот тип является наиболее дешевым в производстве, но обладает серьезным недостатком. Слои кремния выгорают на свету значительно быстрее, чем у предыдущих типов. Снижение производительности на 20% может произойти уже через два месяца у худших производителей. Очень часто в России привлеченные низкой ценой люди приобретают такие панели и потом разочаровываются, поскольку уже через год-два такой элемент перестает давать энергию. Распознать такую панель на вид можно по более блеклому сероватому или темному цвету непонятных оттенков.
Бывают ли качественные солнечные панели из аморфного кремния? Бывают. При этом стоят дороже и продавцы описывают их в восторженных тонах. Тем не менее по эффективности и срокам службы самые качественные панели из аморфного кремния не могут сравниться с моно или поликристаллическими. Эффективность панелей из аморфного кремния — 6-9%, то есть для получения такого же количества энергии по сравнению с монокристаллическими панелями требуется в два-три раза больше площадь. Срок службы может составлять 10-15 и более лет, но за это время мощность значительно падает. Как правило производители заявляют для панелей из аморфного кремния заниженную мощность, которая ниже чем фактическая. Но за счет деградаци и падения мощности в первые несколько месяцев эти значения постепенно выравниваются.
Панели из аморфного кремния лучше всего использовать в пустынях, где много солнца и много места. Для частных проектов на ограниченной территории монокристаллические панели оказываются выгоднее, поскольку служат гораздо дольше и занимают гораздо меньше места.

Тонкопленочные технологии
Тонкопленочные солнечные фотоэлектрические элементы могут производиться из разных веществ. Чаще всего из аморфного кремния. Но также могут быть из медно-галлиевые, теллур-кадмиевые и другие. Тонкопленочные технологии солнечных элементов обладают следующими преимуществами:
— их можно использовать для создания гибких модулей, которые можно складывать или сворачивать, что удобно для поездок, хотя и повышает риск порчи элементов и сокращает срок их службы
— тонкие слои производящего электричество вещества можно наносить на стекло, которое будет прозрачным и в то же время производить энергию, правда количество этой энергии довольно мало и поэтому такое применение мало практично.
— изначально тонкопленочные технологии разрабатывались для удешевления производства солнечных элементов в то время как моно и поли кристаллические элементы были дорогими, но с ростом рынка стоимость производства тонкопленочных модулей оказалась незначительно ниже.
Стоит ли использовать тонкопленочные солнечные модули? Смотря для каких целей. Например, сворачиваемую панель для зарядки ноутбука в поездке вполне. Можно поставить и стекла, генерирующие электричество, будет круто, только не надо ожидать чудес, электричества может быть будет достаточно для лампочки.
Для стабильного обеспечения электричеством дома использовать тонкопленочные (тонкослойные) модули (из аморфного кремния) не стоит. У тонкопленочных срок службы штатной мощности — 10-15 лет от самых лучших производителей. В то время как моно и поликристаллические служат 25-40 лет. Обратите внимание, ни в одной рекламе аморфного кремния или тонкопленочных технологий не пишут о сроке службы, потому что это их основной недостаток — постепенное падение мощности уже после первых лет работы.

Теллурид кадмия
Этот тип тонкослойных солнечных элементов обладает потенциально большей эффективностью и в качестве проводящего компонента использует оксид олова. Эффективность составляет 8-11%. По себестоимости эти элементы не намного дешевле моно- и поли- кристаллических кремниевых и обладают проблемой использования токсичного кадмия. Сейчас этот тип элементов занимает менее 5% общего рынка. Допуск таких панелей в Россию нежелателен в первую очередь из-за отечественного неумения обращаться с потенциально токсичной продукцией.
Другие солнечные элементы
Помимо вышеперечисленных есть еще много различных солнечных элементов, не получивших большого распространения. Потенциально перспективными являются медно-галлиевые, концентрирующие, композитные и некоторые другие элементы.
Чем отличаются панели KINGSUN SOLAR от других?
На первый взгляд все солнечные панели выглядят одинаково. Темные с полосками проводящего ток металла, покрытые стеклом в алюминиевой раме. На самом деле кто отвечает за качество панелей? Приглядевшись внимательно к какой-то панели, можно увидеть, что где-то у рамы есть зазоры или отдельные элементы спаяны неаккуратно. Фактически, покупая солнечную панель мы часто играем в лотерею. Мы не знаем будет ли действительно солнечная панель давать заявленную мощность, будет ли она долго работать, заменят ли ее, если обнаружится дефект?
Чтобы избежать всего этого следует покупать солнечные панели у фирмы с высоким стандартом качества. Наша компания работала несколько лет с разными поставщиками и мы имели возможность сравнить продукцию разных производителей. Впервые использовав солнечные панели KINGSUN SOLAR мы сначала были удивлены внешним видом. Аккуратность сборки и внимательность к деталям бросается в глаза. Например, где обычная для солнечных панелей объединяющая ток элементов полоска металла внизу? Она аккуратно заклеена защитным материалом под цвет и поэтому ее не видно. Нет никаких зазоров и грубых стыков рамы. Выполнено качественно.
В эксплуатации солнечные панели KINGSUN SOLAR впечатлили еще больше. Неопытный пользователь не знает какое количество энергии должна давать солнечная панель и любой ток принимает как должное. Но мы были впечатлены тем, что по сравнению с другими производителями солнечные панели KINGSUN SOLAR выдают на 10-20% больше энергии. Возникло ощущение, что эти панели работают как надо и действительно соответствуют заявленным характеристикам, в то время как у других производителей просто зафиксированы на лейблах максимальные значения для партии.
Изначально мы скептически отнеслись к описанию панелей KINGSUN SOLAR: работоспособность в широком диапазоне температур, выдерживает град размером 2.5 см, устойчивость к давлению ветра и снега, защита от падения мощности при частичном затенении. Большой град у нас не выпадал, но все остальное оказалось верным. Эти панели действительно работают с высокой эффективностью и в ясный день и в пасмурную погоду. Если в системе 5 киловатт мощности панелей, то в ясный день они и дают 5 киловатт. Даже в дождливый день поступает почти 1 киловатт энергии. У сходных по характеристикам других солнечных панелей в дождь производительность падает в 10-15 раз, а здесь лишь в 5-6.
С 2014 года мы поставляем солнечные панели только компании KINGSUN SOLAR, поскольку мы знаем, что это самые надежные и качественные солнечные панели. И мы всем рекомендуем не играть в лотерею, а приобретать качественное оборудование, которое выдает именно столько энергии, сколько заявлено.