Гибкие солнечные батареи: обзор типовых конструкций, их характеристик и особенностей подключения

Садово-парковые светильники на солнечных батареях: разновидности

В зависимости от размера и типа участка, ландшафтного дизайна и стиля общего оформления, светильники можно использовать различной формы, типа рассеивания света и прочих характеристик. Рассмотрим виды освещения для сада на солнечных батареях и их особенности.

Болларды

1. Светильники в виде столбов или болларды – это самый распространенный вид точечного освещения для садового участка.
2. Такой тип в основном предназначен для подсветки дорожек, тропинок, цветовых клумб, садовых фигурок и прочих элементов декора сада, где нет необходимости в ярком и сильном освещении.
3. По высоте светильники могут достигать от 50 до 150 см.
4. Дизайн источника света может быть самым разнообразным, все зависит от фантазии производителя, начиная от стандартной классики – шарообразной формы и конуса, заканчивая различными силуэтами статуэток, колокольчиков и пр.
5. Такие светильники легко перемещаются, их можно вынуть из земли и воткнуть плотнее на то место, где он будет в полной мере выполнять свои функции.
6. Чаще всего болларды применяют именно при оформлении участков в стиле хай тек и минимализм. Это выдвигающиеся из земли столбики со световым потоком, направленным вниз.

Встроенные светильники

Такие источники света в основном нужны для того чтобы обозначить контур объекта.
Обычно их устанавливают по периметру тропинки, в грунте, в ступеньках лестницы, а также используют в качестве подсветки различных объектов снизу, например, фасада здания, скульптур, арт-объектов, кустарников и т.д.
Такое освещение не должно быть слишком ярким и мощным, оно только выделяет и подсвечивает предмет или конструкцию, чтобы в темноте не сбиться с пути или обратить внимание на определенный предмет.
В основном встроенные светильники используют светодиодные, но если нужно подсветить фасад здания, там необходим определенный угол наклона и мощный пучок света, чтобы свет падал как можно выше и смог осветить все строение в длину.

Светильники для водяных сооружений

Если вы обладатель водоема, бассейна или фонтана, очень красиво буде смотреться подсветка такого объекта

Кроме того, использование подобного оформления домашнего водоема важно с точки зрения безопасности, ведь в темноте можно оступиться и оказаться в воде, даже если вы знаете свой участок очень хорошо. Ориентация на ощупь в полумраке все равно не застрахует вас и ваших детей от возможного падения.
Подсветку можно сделать как монохромную, так и разноцветную, а особо это актуально для фонтанов.
Светильники можно установить по периметру водяного сооружения или даже под водой. Однако не стоит их размещать так, чтобы свет попадал непосредственно на воду, так пучок света не будет проникать в глубину воды, и ожидаемого очарования от рассеивания освещения в водоеме вы не получите.

Однако не стоит их размещать так, чтобы свет попадал непосредственно на воду, так пучок света не будет проникать в глубину воды, и ожидаемого очарования от рассеивания освещения в водоеме вы не получите.

Декоративные светильники

1. Такие источники освещения для приусадебного участка зачастую служат просто его украшением.
2. Форма и цвет светильников такого типа могут быть самыми разными. Вы можете остановиться на форме сказочных героев, гирляндах из птиц, расположенных на деревьях или цветах с подсветкой.
3. Очень сдержанно и изысканно смотрятся светильники шары на солнечных батареях, когда сад может приобрести стиль галактики с помощью форм светильников различных диаметров, размещенных на разной высоте.

Большие светильники

1. Этот тип освещения в основном устанавливают на крепкой опоре, так как они достаточно высокие и могут выполнять функцию больших уличных фонарей на электричестве.
2. Их аккумуляторы хорошо защищены от пыли и влаги. Такие фонари – недешевое удовольствие, поскольку внутри располагаются мощные светодиоды, которые при полной зарядке могут работать от 3 до 4 суток без перерыва.
3. Высота такого столба может варьировать до нескольких метров. Работают они круглогодично, независимо от поры года.

Светильники настенные

1. Эти источники освещения выполняют ту же функцию, что и встраиваемые светильники, но в них есть и свои особенности. Их следует устанавливать таким образом, чтобы солнечные лучи попадали на поверхность как можно дольше в течение дня, в противном случае они не будут успевать заряжаться должным образом.
2. При полной зарядке настенный светильник может работать до 10 часов, а если выдался пасмурный денек, тогда свою функцию такой источник света не сможет выполнить в полной мере. Чем солнечней и ярче будет день, тем лучше зарядится батарея.
3. Применяют такие светильники для освещения стен домов, гаражей, заборов и прочих сооружений.

Портативная солнечная батарея – специально для туристов

У каждого в наше время есть электронные гаджеты. Не суть, что у кого-то их меньше, а кого-то больше. Все их необходимо заряжать, а для этого нужны зарядные устройства. Но, особенно остро этот  вопрос касается тех, кто попадает в места, где отсутствует электропитание. Единственным выходов являются солнечные батареи. Но, цены на них остаются высокими, а выбор — небольшим. Оптимальным вариантом, как принято считать, является продукция компании Goal Zero (хотя есть и российская продукция, и китайская – как всегда вызывающая сомнении).

Но, оказалось, что не все то плохо, что сделано в Китае или Корее. Особенно порадовала солнечная батарея компания YOLK из Чикаго, которая начала производство компактной солнечной батареи Solar Paper – самой тонкой и легкой. Ее вес всего 120 граммов. Но есть и другие преимущества – модульная конструкция, позволяющая наращивать мощность. Солнечная батарея похожа на  пластиковую коробку, по размерам напоминающую Ipad, только тоньше в два раза. На ее лицевой стороне размещена солнечная панель. Есть на корпусе выход для ноутбука и порты USB и для подключения других солнечных панелей, а также фонарик. Внутри этой чудо коробки – аккумуляторы и плата управления. Зарядить девайс  можно от розетки, причем, одновременно это могут быть телефон и два ноутбука. Конечно, заряжается устройство и от солнца. Как только на него попадает свет, загорается индикатор. В походных условиях солнечная панель просто незаменима: с успехом заряжает все нужные устройства – телефоны быстрее,  ноутбуки.

https://youtube.com/watch?v=EdR_ZGsnLLQ

Портативные солнечные батареи отличаются компактными размерами: они выпускаются даже в виде брелков, прикрепить которые можно к чему угодно. Разрабатывались они для того, чтобы можно было их взять на рыбалку, в поход и пр. Обязательно у них имеется фонарик, чтобы ночью можно было осветить дорогу, палатку и т.д., крепления, позволяющие легко их разместить на рюкзаках, байдарках, палатках

Очень важно, чтобы в таком устройстве был встроенный аккумулятор, позволяющий заряжать девайсы и в ночное время

Виды солнечных батарей

Все солнечные панели кажутся на первый взгляд одинаковыми – покрытые стеклом темные элементы с металлическими полосками, проводящими ток, помещенными в алюминиевую раму.

Но, солнечные батареи классифицируют по мощности вырабатываемого ею электричества, зависит которая от  конструкции и площади панели (они могут быть миниатюрными пластинками с мощностью до десяти ватт и широкими «листами» на двести и более ватт).

Кроме этого, различаются они  по типу образующих их фотоэлементов: фотохимические, аморфные, органические, а также созданные на основе кремниевых полупроводников, у которых коэффициент фотоэлектрического преобразования в несколько раз больший. Следовательно, больше и мощность (особенно во время солнечной погоды). Конкурентом последних может быть солнечная батарея на основе арсенида галлия. То есть, на рынке сегодня встретить можно пять типов солнечных батарей.

Они отличаются материалами, используемыми для их изготовления:

1. Панели из поликристаллических фотоэлектрических элементов, с характерным синим цветом солнечной панели, кристаллической структурой и КПД, равным 12-14%.

Поликристаллическая панель

2. Панели из монокристаллических элементов – более дорогие, но и более эффективные (КПД – до 16%).

Монокристаллическая панель

3. Панели солнечные из аморфного кремния, у которых КПД самый низкий – 6-8%, но вырабатывают они наиболее дешевую энергию.

Панель из аморфного кремния

4. Панели из теллурида кадмия, создаваемые по пленочным технологиям (КПД – 11%).

Панель, в основе которой лежит теллурид кадмия

5. Наконец, солнечные панели на основе полупроводника CIGS, состоящего из селена, индия, меди, галлия. Технологии их получения тоже пленочные, но КПД доходит до пятнадцати процентов.

Панель солнечная на основе CIGS

Кроме этого, панели солнечные могут быть гибкими и портативными.

Преимущества

Перед аналогами кристаллическими у тонкопленочных аморфных панелей немало преимуществ:

лучшая производительность при высоких температурах эксплуатации. Благодаря меньшей зависимости от нагрева, они более эффективны, чем кристаллические в теплое время. Понятно, что мощность при нагреве они теряют, но не столь сильно, как привычные солнечные панели, у которых она может сокращаться на 20%.

Способны они вырабатывать электроэнергию при недостаточной освещенности, поэтому более эффективны, в сравнении с кристаллическими аналогами, в дождливую погоду, в сумерки и снегопады.

Аморфные системы продолжают вырабатывать электричество в то время, когда ее генерировать прекращают классические кристаллические конструкции. Они вырабатываю его больше на 20%, чем аналоги.

• допускают скрытую установку;
• стоят меньше, поскольку невысоки затраты на производство. Выгодная стоимость каждого Ватта также объясняется вливанием значительных инвестиций, что позволяет наращивать их выпуск и снижать цену;
• высокая гибкость и малая толщина делают проще монтаж, ремонт и обслуживание;
• менее зависимы от затенения и попадание грязи на лицевую поверхность, в то время как производительность кремниевых от этого снижается на 25%;
• Минимум дефектов. Процесс создания рассматриваемых модулей очень простой. Благодаря отсутствию необходимости в пайке для соединения модулей между собой (они формируются сразу в единую конструкцию), в готовых изделиях меньше дефектов.

Недостатки, как видно, с лихвой перекрываются достоинствами панелей.

Где и как применяют солнечную энергию?

Гибкие панели применяются в разных сферах. Прежде чем составлять проект энергообеспечения дома при помощи этих солнечных батарей, выясните, где они применяются и каковы особенности их использования в нашем климате.

Область применения солнечных батарей

Применение гибких солнечных батарей очень широкое. Они с успехом используются в электронике, электрификации зданий, автомобиле- и авиастроении, на космических объектах.

В строительстве такие панели используют для обеспечения жилых и промышленных зданий электричеством.

Солнечная энергия может быть единственным источником электричества, а может дублировать традиционную схему электроснабжения, чтобы на случай недостаточной эффективности в определенный период дом не остался обесточенным

Портативные зарядные устройства на основе гибких солнечных элементов доступны каждому и продаются повсеместно. Большие гибкие туристические панели для добычи электроэнергии в любом уголке Земного шара очень популярны среди путешественников.

Гибкие батареи хороши еще тем, что могут быть применены практически в любых ситуациях. Их можно без труда разместить на крыше автомобиля или корпусе яхты

Очень необычная, но практичная идея – использовать в качестве основы для гибких батарей дорожное полотно. Специальные элементы защищены от ударов и не боятся больших нагрузок.

Эта идея уже реализована. «Солнечная» дорога обеспечивает энергией окрестные деревни, при этом не занимая ни одного лишнего метра земли.

Особенности применения гибких аморфных панелей

Те, кто планирует начинать использование гибких солнечных панелей в качестве источника электроэнергии для своего дома, должны знать особенности их эксплуатации.

Прежде всего пользователей волнует вопрос, а что делать зимой, когда световой день короткий и электричества не хватит на функционирование всех приборов?

Да, в условиях пасмурной погоды и короткого светового дня производительность панелей снижается. Хорошо, когда есть альтернатива в виде возможности переключения на централизованное электроснабжение. Если ее нет, нужно запасаться аккумуляторами и заряжать их в те дни, когда погода благоприятная.

Интересная особенность солнечных батарей заключается в том, что при нагревании фотоэлемента его эффективность существенно снижается.

В летний зной панели раскаляются, но работают хуже. Зимой, в солнечный день фотоэлементы способны улавливать большее количество света и преобразовывать его в энергию

Число ясных дней в году зависит от региона. Разумеется, на юге использовать гибкие батареи рациональнее, поскольку солнце там светит дольше и чаще.

Так как в течение дня Земля меняет свое положение относительно Солнца, панели лучше располагать универсально – то есть с южной стороны под углом около 35-40 градусов. Такое положение будет актуальным как в утренние и вечерние часы, так и в полдень.

Изготовление

Для изготовления полупроводникового преобразователя подходит только тщательно очищенный кремний. Форма его имеет, как правило, вид цилиндра с диаметром всего в десятки миллиметров.

В кремниевой пластине образуются области, насыщенные по-разному «дырками» и электронами. Другими словами, имеющие «дырочную» p-проводимость и n-проводимость электронную.

Под «дырками» понимают металл, из которого примесями частично удалены электроны, т.е. это «положительная» зона, или p-проводимость.

По этому принципу созданы были первые ФЭТ – преобразователи фотоэлектрические, КПД которых достигали почти 30% при нормальных условиях и порядка 22% — при высокой температуре.

Автомобиль на солнечных батареях как изобретение ХХ века

История создания автомобилей, работающих на солнечных батареях, начала свое начало в середине ХХ века в США, однако в связи с тем, что технологии того времени не позволяли изготовить мощную солнечную батарею не больших размеров, и выпускаемые аккумуляторы не были энергоемкими, то и развитие этой отрасли автомобилестроения было приостановлено. Лишь в 90-е годы, к этой теме вернулись и работы продолжились.

Увеличение КПД солнечных батарей позволило увеличить количество вырабатываемого ими электричества, а энергоемкие аккумуляторы нового поколения, позволили создавать необходимый запас энергии, при перемещении на дальние расстояния.

Применение новых материалов, при изготовлении кузова, новых систем трансмиссии и типов электродвигателей, также отразились на развитии данного типа автомобилей. Сейчас элементы кузова изготавливаются из прочного и легкого пластика, в трансмиссии используются детали с наименьшим уровнем сопротивления качению, а в качестве двигателей применяют устройства бесколлекторного типа использующие в своей конструкции полюса из редкоземельных магнитных материалов.

Еще одним из изобретений, которое стало использоваться на солнце автомобилях, стали мотор-колеса. В этом случае электрический двигатель расположен на каждом из ведущих колес автомобиля, что позволяет увеличить общий КПД передаточного механизма.

На увеличение мощности устанавливаемой на автомобиль солнечной батареи, повлияло и то, что подобные устройства теперь можно выпускать гибкими, следовательно, размещать на всех элементах кузова, что увеличивает площадь поглощающую солнечную энергию.

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.

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. Оснащение солнечными батареями обойдется семье около 10 тысяч долларов. Устанавливать панели следует на южную сторону крыши, куда попадает максимальное количество солнечных лучей.

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.

Обзор гибкой солнечной батареи смотрите в следующем видео.

Обзор

Сегодня батареи солнечные тонкопленочные помимо классической установки на крышах, можно использовать вместо остекления. Модули такие отличаются разнообразным цветовым решением, что позволяет зданиям придавать неповторимый внешний вид.

Стекло закаленное, покрывающее фотоэлементы, имеет большую механическую прочность, чем обычное, и более безопасно. Поэтому верхние этажи домов во многих странах, а также лоджии и балконы остекляются именно им.

Помимо этого, оно обеспечивает достаточно хорошую прозрачность, гарантирующую высокую эффективность даже при рассеянном свете, т.е. они не только выглядят эстетично, но и экономят бюджет.

За непрозрачную батарею заплатить придется порядка 9 тысяч рублей, за цветную прозрачную частично (20%) -16 тысяч.

Тем не менее, специалисты считают, что будущее гелиоэнергетики именно за ними.

Они ссылаются на такие достоинства тонкопленочных батарей:

• низкая себестоимость;
• небольшая разница в КПД;
• постоянное повышение стоимости кристаллических аналогов.

К тому же технология тонких пленок считается наиболее надежной. Уже сегодня разработано несколько видов батарей тонкопленочных, называемых также «гибкими», для создания которых применяют:

• кремний аморфный;
• кадмия теллурид/сульфид;
• диселениды медно-индиевые и медно-гелиевые.

Способы подключения АКБ

Одного аккумулятора для солнечной батареи будет недостаточно. Чтобы обеспечить полноценную работу электростанции, необходимо использовать несколько однотипных устройств. Желательно, чтобы они были даже из одной партии, тогда все характеристики будут совпадать.

Если нужно повысить общую емкость системы, то следует использовать один из трех способов соединения данных батарей. Речь идет о параллельном, последовательном или комбинированном соединении.

При параллельном складываются емкости имеющихся батарей и сравниваются с общим напряжением, которое используется.

При последовательном соединении суммируется последний показатель. К нему берется емкость только одной батареи, а не общая.

На данный момент чаще всего используются комбинированные соединения. При нем нужно суммировать емкость и напряжение. Однако этот способ имеет свои недостатки. При таком соединении аккумуляторы для солнечной батареи могут разбалансироваться. В итоге суммарное напряжение будет прежним, а емкости начнут меняться. Из-за этого одни устройства будут недозаряжаться, другие — перезаряжаться. Соответственно, их эксплуатационный срок будет понижаться. Именно поэтому в комплект к системе нужно приобретать специальный контроллер, а также перемычки, при помощи которых можно выровнять напряжение батарей.

Выводы и полезное видео по теме

Видеоролики и обзоры, в которых рассматриваются гибкие панели популярных производителей, помогут сделать правильный выбор. Вы сможете увидеть, как будет выглядеть ваш дом после монтажа оборудования, специалисты помогут подобрать нужное количество батарей и рассмотрят правила установки.

Как устроены гибкие солнечные батареи и из чего их изготавливают:

Устанавливать гибкую батарею можно и в квартире на фасаде многоэтажки, почему бы и нет:

Еще немного о производстве и преимуществах гибких элементов:

Солнечные батареи дают возможность стать энергонезависимым, не мониторить цены на бензин и коммунальные услуги. Если вложить определенную сумму один раз, вы сможете неограниченно потреблять энергию для пользования бытовыми электроприборами и подзарядки аккумулятора электромобиля. Все больше людей переходят на альтернативную энергию, потому что за ней – будущее.

Как вам статья?