Солнечные панели

С каждым годом уменьшается количество полезных ископаемых, используемых человечеством. И параллельно возрастает количество вредных выбросов в атмосферу. Ученые пугают глобальным потеплением изменениями климата. Скоро слово углеводороды уже станет ругательным. И у человечества остается один выход, чтобы сохранить нашу прекрасную планету в ее первозданной красоте и пригодном для жизни виде – перейти на возобновляемые источники электроэнергии.

Уже давно появились различные альтернативы заканчивающимся мировым запасам полезных ископаемых. Но только в последнее время бурный рост технологий и быстрое развитие научно-технической мысли позволяют надеяться на увеличение доступности для большинства людей энергии возобновляемых природных источников – ветра и солнца, и революционный прорыв в их использовании.

Сейчас существует множество названий для оборудования превращающего солнечную энергию в электрическую – солнечные панели, солнечные модули, фотомодули или фотопанели (исходя из принципа их работы). Ученые используют термин фотоэлектрические панели. Но для широкой публики по-прежнему самым популярным и известным является название «солнечная батарея». Возможно, при дальнейшем распространении и повседневном применении возникнет какая-то другая терминология.

Электростанция, вырабатывающая ток на основе солнечной энергии, состоит из следующих элементов:

1. Солнечная панель, генерирующая постоянный ток
2. Аккумулятор для накопления заряда
3. Контроллер для контроля заряда
4. Инвертор, преобразующий ток в переменный

Солнечные или фотопанели – это определенное количество фотоэлементов - преобразователей, в них непосредственно происходит преобразование энергии одного вида в другую.

Сейчас они изготавливаются из кремния, благодаря его полупроводниковым свойствам и повсеместному распространению. Но он довольно дорог в обработке, что обуславливает высокую стоимость оборудования, изготовленного с его применением. Используют два вида этого минерала – монокристаллический и поликристаллический. У первого выше коэффициент полезного действия – 17,5 и, соответственно, 15 процентов.

Основная характеристика фотоэлектрического оборудования - полезная мощность. Этот показатель вычисляется на основе напряжения и выходного тока. Чем ярче светит солнце, тем он выше.

Когда панель замыкается на устройство, потребляющее электроэнергию, то в цепи возникает электроток, величина которого определяется от свойств материала, солнечной яркостью, сопротивлением устройства. Полезная мощность панели – произведение силы тока на напряжение, измеряемое на выходах прибора.

Модуль монтируется из параллельно и последовательно соединенных элементов. Наибольшая сила тока, вырабатываемого батареей, прямо пропорциональна количеству элементов, подключенных параллельно, а электродвижущая сила – от включенных последовательно. Элементы располагают в зависимости от тех параметров, которые хотят получить в итоге.

Развитие возобновляемой энергетики в разных странах

Ряд самых развитых стран мира - США, Австралия, Китай, Япония, Франция, Германия, Италия, Испания, Бельгия, Чехия развивают альтернативную энергетику на государственном уровне. Уже годы они приоритетно финансируют получение электроэнергии из возобновляемых источников. И первая среди них – Германия.

В нашем полушарии такое оборудование активнее используется в странах, расположенных южнее, где большее количество ясных дней в году. К примеру, на Кипре уже давно горячее водоснабжение практически во всех домах осуществляется с помощью энергии нашего светила.

В Испании переход на возобновляемые источники законодательно закреплен с 20007 года для жилых и общественных зданий.

В Голандии разрабатывается оконное стекло, являющееся одновременно солнечной панелью «Smart Energy Glass».

До аварии атомной электростанции в Японии Германия была мировым лидером по производству атомной энергии. Но с 2011 года в Германии закрыли почти четверть АЭС и до 2022 года запланировано закрыть остальные. Страна переходит на возобновляющиеся энергетические ресурсы и становится мировым лидером в этой области.

Фотоэлектрическое оборудование, в основном, немцы устанавливают на крышах домов. И даже новостройки сейчас проектируются так, чтобы крыша была направлена на юг.

Эффективность фотомодулей

Количество энергии, падающей на единицу площади в единицу времени, зависит от таких факторов:

1. Географического местоположения
2. Климатической зоны
3. Времени года
4. Градуса наклона по отношению к горизонту

Количество энергии солнца, которое попадает на Землю, значительно изменяется в зависимости от длины светового дня и времени года по сравнению со среднегодовыми константами: зимой – меньше, чем на 0,8 киловатт в час на квадратный метр в день в северных областях и больше, чем на 4 киловатт в час на квадратный метр в день летом в той же самой местности. Ближе к экватору эта разница нивелируется.

Также при приближении к экватору увеличивается количество солнечной энергии.

Среднегодовое суммарное солнечное излучение, падающее на горизонтальную поверхность, составляет:

1. в наших широтах, Средней Азии и Канаде - 1000 кВт·ч/м2;
2. в Средиземноморье и Магрибе - 1700 кВт·ч /м2;
3. в африканских пустынях, на Аравийском полуострове и в Австралии - 2200 кВт·ч/м2.

Такие колебания обязательно нужно учитывать при проэктировании солнечных электростанций и производстве фотопанелей.

К основным преимуществам фотоэлектрических панелей относятся:

1. Экономичность
2. Экологичность
3. Мобильность
4. Перспективность

Современные фотопанели стоят дорого, но, во-первых, за определенный период времени их цена полностью окупается. А, во-вторых, как у всякого оборудования, пользующегося повышенным спросом и постоянно совершенствуемого быстро уменьшается. Это напоминает ситуацию, которая была, к примеру, с мобильными телефонами. Научный прогресс не стоит на месте, производство солнечных модулей, становится экономичнее с каждым годом. Появляются новые открытия и технические ноу хау. Уже сейчас ряд компаний выставили на рынке фотопанели с КПД до 44%.

Никто не может оспорить тот факт, что производство электроэнергии из солнечной – наиболее чистое и экологичное. И совсем не вредит окружающей среде, что в современных условиях глобального потепление является наиболее актуальным и важным преимуществом.

Это оборудование можно установить в любой точке земного шара, куда достигает солнечный свет. И даже в космосе солнечные батареи обещают стать незаменимым возобновляемым источником энергии для космических полетов.