Его используют как компонент аккумуляторов солнечных батарей

Аккумуляторы для солнечных батарей типы, зачем нужны, как эксплуатировать

Необходимо учитывать, что батареи должны иметь определенный срок службы, и если он уже истек, то батареи уже не смогут работать эффективно, как в более молодые годы. Однако, если вы покупаете новые аккумуляторы, это может не оправдать ваши ожидания, так как они могут не соответствовать требованиям, которые вы предъявляете к ним.

Зачем нужны аккумуляторы в системах на солнечных батареях

Если у вас есть достаточное количество солнечных батарей и аккумуляторов, вы можете подключить их к общей электрической сети. С другой стороны, если у вас нет доступа к централизованной электросети, можно использовать аккумуляторы для накопления энергии на ночь, когда электричество в сети более стабильно. При использовании солнечных батарей с аккумуляторами, вам необходимо будет иметь схему подключения аккумуляторов к солнечным батареям.

Выбор аккумулятора для солнечной батареи является одним из самых важных этапов проектирования. Выбор аккумулятора должен основываться на его технических характеристиках, таких как: емкость, напряжение, ток, срок службы и цена. В этой статье мы рассмотрим несколько типов аккумуляторных батарей для солнечных панелей и дадим вам некоторые рекомендации по выбору.

Аккумуляторы в системе бытовой гелеоэнергетики

Рассмотрим, как рассчитать количество солнечных батарей для дома, чтобы обеспечить необходимый уровень энергопотребления и не переплатить. Что такое солнечная батарея и какие бывают виды Солнечные батареи (СБА) — устройства, преобразующие энергию солнечного излучения в постоянный электрический ток. Они бывают нескольких типов: Пассивные — такие СБА не требуют источника питания для работы, а заряжаются от солнечной энергии самостоятельно, без участия внешнего источника.

Блок батарей представляет собой совокупность из батарей, соединенных между собой определенным образом. Такие батареи имеют общую систему подачи или отвода газов. Эти батареи могут быть соединены между собой последовательно или параллельно. Количество батарей в блоке зависит от размеров блока и от количества необходимых потребителей электроэнергии. Например, когда требуется подзарядить автомобильный аккумулятор, то блок состоит из двух батарей.

Способ объединения устройств в единый массив

В случае малых или средних нагрузок (например, в домах или на небольших предприятиях) целесообразно использовать не один, а несколько аккумуляторов, соединенных последовательно.

При параллельном способе подключения аккумуляторов к нагрузке суммарная мощность нагрузки и общая мощность всех подключенных аккумуляторов равны. Параллельное соединение позволяет уменьшить потери мощности в сети, но при этом возрастает расход энергии на зарядку аккумуляторов. При последовательном соединении суммарная нагрузка на аккумуляторные батареи одинакова; при этом снижается ток в цепи, потребляемый нагрузкой, и увеличивается расход энергии батареи на зарядку.

В некоторых случаях используется только один аккумулятор, в других случаях в цепь может быть включено несколько аккумуляторов. При подключении нескольких аккумуляторов между ними должен быть установлен ограничивающий ток резистор. Это необходимо для того, чтобы предотвратить повреждения устройств, вызванных зарядом каждого аккумулятора. С помощью устройства защиты от короткого замыкания можно обеспечить безопасность всех подключенных к шине аккумуляторов.

В качестве аккумулятора используют свинцовую батарею, состоящую из трех или четырех десятков банок, с напряжением 12 В каждая. Поверхность банок покрыта специальным материалом, который защищает батарею от коррозии. Батареи могут иметь один ряд или несколько рядов банок. Банки могут быть соединены параллельно и последовательно. В случае возникновения короткого замыкания в одной банке, остальные банки не получают необходимого напряжения: батарея не функционирует.

Дело в том, что при эксплуатации аккумулятора в помещении с нормальной влажностью (а в жилище это практически всегда так) происходит постепенное разложение электролита, содержащегося в аккумуляторной батарее. В результате этого образуется серная кислота, которая оседает на клеммах аккумулятора и постепенно разрушает их. Чтобы этого не произошло, необходимо периодически проверять состояние аккумуляторной батареи и удалять из нее образующуюся серную кислоту.

Также необходимо позаботиться об устойчивости и прочности конструкции, чтобы не допустить опрокидывание прибора. Установку можно осуществить и в гараже. Но если гараж не оборудован должным образом, есть риск его затопления, что может привести к порче прибора и дорогостоящих комплектующих. Для установки в помещении нужно использовать прочный, устойчивый к влаге и коррозии металлический каркас. В качестве материала для каркаса могут использоваться металлические трубы.

Особенности функционирования системы

Если в одном массиве будут собраны аккумуляторы, заряжающиеся в разное время, то при сбоях в системе питания они будут заряжаться в режиме полного заряда и за один цикл. В этом случае устройство будет работать не на полную мощность.

Расчёт необходимой ёмкости батарей

• P1– паспортная мощность прибора;
• T1– время работы прибора;
• T2– общее расчетное время.

Максимально допустимые токи

Хотя это и не является обязательным условием, но при этом стоит учитывать, что чем больше будет емкость батареи, тем дольше она сможет давать ток. Стоит также обратить внимание на то, что батареи для солнечных панелей должны быть не хуже, чем те, которые использовались для их сборки. В противном случае срок службы последних может сократиться. Чтобы узнать, какой аккумулятор выбрать для солнечной панели, можно посмотреть характеристики каждой модели.

Принцип действия накопителей энергии

В качестве источника тока, в частности, могут выступать аккумуляторы (электрические батареи), аккумуляторы переменного тока, аккумуляторы постоянного тока, аккумуляторные батареи. Аккумулятор — это устройство для накопления энергии электрического тока. Для накопления энергии применяются аккумуляторы как переменного, так и постоянного тока.

Типы аккумуляторов

Аккумуляторы бывают разных типов, рассмотрим все из них.

Гелевые

Такая технология позволяет использовать свинцовые аккумуляторы в приборах, требующих высокого напряжения. К таким приборам относятся, например, зарядные устройства для мобильных телефонов и других гаджетов. Для изготовления пластин используются свинец и специальные добавки, которые улучшают свойства материала при отрицательных температурах. В настоящее время ведется разработка новых технологий, основанных на использовании гелевых материалов других химических соединений.

Щелочные

Аккумуляторы подобного типа обладают более высокой энергоемкостью по сравнению с другими типами аккумуляторов. Недостатком таких батарей является более низкое напряжение на выходе по сравнению с аккумуляторами на основе литиевых солей.

Заливные никель кадмиевые

В основном такие батареи применяются в качестве источников резервного питания для устройств с энергоемкими нагрузками. Заряжают аккумуляторы NiCd при помощи специального зарядного устройства, которое позволяет поддерживать напряжение на АКБ в пределах 14,4В.

Аккумуляторная батарея AGM может держать заряд до 12 лет, а не три-пять лет, как у обычных свинцово-кислых аккумуляторов. Не требует обслуживания, имеет высокую механическую прочность, высокую плотность энергии и минимальный саморазряд.

Свинцово кислотные

В герметичных свинцовых аккумуляторах электролит находится в специальном пластиковом корпусе, залитом доверху свинцовым расплавом. Из такого корпуса электролит не вытекает, и аккумулятор может храниться без подзарядки на протяжении нескольких лет. Такие аккумуляторы применяются в основном как источники резервного электропитания. Заливные свинцовые аккумуляторы представляют собой герметичные необслуживаемые батареи, в которых электролит подается с помощью насоса.

Аккумуляторы opzs

Они способны выдерживать до двух высоковольтных разрядных импульсов, что позволяет использовать их для аварийного питания ответственных систем и оборудования.

Литиевые

Литий-ионные аккумуляторы имеют ряд преимуществ по сравнению с никель-металлогидридными и никель-кадмиевыми аналогами. Для изготовления Li-ion аккумуляторов не требуется дорогостоящих материалов, таких как ртуть и кадмий. Срок службы литий-ионного аккумулятора в два раза больше, чем у NiCd или NiMH. Кроме того, в отличие от NiCd и NiMH, Li-Ion аккумуляторы не боятся глубокого разряда.

Сравнение свинцово кислотных и литиевых батарей

Свинцово-кислотные аккумуляторы При изготовлении аккумуляторных батарей используются свинцовые пластины, которые покрываются кислотой. В процессе хранения АКБ кислота постепенно выделяется из пластин и накапливается в корпусе батареи. Для предотвращения ее утечки корпус герметизируется и заполняется инертным газом. Аккумуляторные батареи на основе свинца имеют ряд недостатков Литий-ионные аккумуляторы Электролитом в аккумуляторных батареях на основе лития является не кислота, а щелочь.

Свинцово-кислотные аккумуляторы были изобретены в начале 1800-х годов. В качестве сырья для получения свинца и серы использовались материалы, которые были доступны в то время. Например, свинец добывали из руды, которая содержала свинец и серу. Из серной кислоты получали сернистый свинец, который затем обрабатывали кислотами, чтобы получить чистый свинец. В результате получались батареи, в которых свинец был основным компонентом и использовался в чистом виде.

Какой аккумулятор лучше для солнечной электростанции В настоящее время существует два основных варианта аккумуляторов для установки на солнечных электростанциях – гелевые и AGM. Рассмотрим их поподробнее. Гелевые аккумуляторы Гелевый аккумулятор – это своего рода гибрид литий-ионного аккумулятора и обычного свинцово-кислотного аккумулятора. Главным отличием гелевых аккумуляторов является то, что в них отсутствует жидкий электролит, который обычно используется в литий-ионных аккумуляторах.

Выделим основные превосходства литиевых LFP и LTO аккумуляторов над свинцово-кислотными:

1. Высокая надежность и долговечность.
2. Широкий диапазон рабочих температур: от -40 до +80°С.
3. Высокая плотность энергии.
4. Незначительные габариты и вес.
5. Отсутствие необходимости обслуживания.
6. Возможность длительной эксплуатации без потери емкости.
7. Минимальное значение саморазряда.
8. Возможность ремонта.
9. Возможность зарядки в любой режим заряда.
10. Низкое внутреннее сопротивление.

Литиевые АКБ обладают более высокой скоростью заряда, сроком службы и отсутствием необходимости обслуживания. Также такие аккумуляторы нельзя разряжать до нуля, поскольку это приведет к необратимым последствиям. При выборе батареи для автомобиля нужно учитывать, как долго вы планируете ею пользоваться и какой тип транспортного средства будете эксплуатировать. Если ваш автомобиль будет использоваться только в теплое время года, то вам подойдет и малогабаритная аккумуляторная батарея.

В зависимости от условий эксплуатации и требований к аккумуляторным батареям можно использовать один из трех вариантов. Если речь идет о стационарных установках, то лучше всего применять свинцово-кислотные аккумуляторы. Они имеют сравнительно небольшую емкость и массу, а также сравнительно невысокую стоимость. Их можно использовать в местах, где отсутствует электроэнергия или она нестабильна.

Если мы говорим о том, какой аккумулятор лучше купить, то здесь все зависит от того, что мы хотим получить от машины. Это могут быть как обычные аккумуляторы, так и LiFePo4 с возможностью зарядки от солнечной батареи. И то и другое встречается на современных автомобилях. Но если вы хотите приобрести что-то одно, то лучше остановиться на аккумуляторах LiFe.

Свинцово кислотные с жидким электролитом

Батареи с жидким электролитом могут не только выделять газ, но и самовозгораться, поэтому их нельзя устанавливать в помещениях, где есть опасность возгорания. В случае опасности необходимо провести анализ воздуха с помощью прибора для анализа паров. Если их концентрация значительно превышает норму, батарею необходимо немедленно заменить.

Герметичные свинцово кислотные

При покупке аккумулятора нужно обязательно уточнить, есть ли у него клапан и можно ли его открыть в случае необходимости. По степени безопасности аккумуляторы различаются на три класса: на первом – это самые безопасные аккумуляторы, которые не взрываются, на втором – аккумуляторы с допустимым уровнем воспламенения, но с повышенной концентрацией газа, и на третьем – аккумуляторы, у которых при работе выделяется газ, который может взорваться.

Панцирные opzs и opzv

Преимущества: высокая надежность и долговечность.

Недостатки: низкая плотность энергии, высокая цена.

Использование: для резервного энергоснабжения, в мобильных устройствах и приборах, для ИБП.

Литий железо фосфатные аккумуляторы

Литий-железо-фосфатные (LiFePO4) аккумуляторы. В отличие от LiPo и других литиевых аккумуляторов, литий-железофосфатный аккумулятор имеет больший потенциал и меньшую плотность энергии. Кроме того, он имеет линейные характеристики разряда при значительно более низкой температуре. Это означает, что при понижении температуры емкости аккумулятора возрастают. По этому показателю LiFePO4 аккумуляторы превосходят литий-ионные и свинцовые аккумуляторы.

Литиевые аккумуляторы могут работать в режиме постоянного напряжения и при этом не теряя емкости. Литиевые батареи хорошо подходят для энергоемких приложений, например, для электромобилей.

Литий титанатные они же lto

• высокая плотность энергии (440 Дж/кг)
• большая емкость (до 1000 mAh)

Минусы lto, которые не являются критическими:

• высокая цена
• большой вес в сравнении с Li-ion и LiFePO4-аккумуляторов

Вторым важным параметром является емкость. У lto аккумулятора она составляет около 1500-2500 мАч, а у LiFePO 4 — до 10000 мАч.

Литий ионные они же li ion

В России наиболее распространены литий-ионные аккумуляторы, так как их производство налажено на многих предприятиях Китая. По сравнению с другими типами аккумуляторов у литий-ионных есть следующие преимущества:

Литий-металлические аккумуляторы — это аккумуляторы с электролитом из жидкого металла.

Правила эксплуатации АКБ

Важно! Не устанавливать инструмент вблизи нагревательных приборов. Следить за исправностью аккумуляторной батареи.

Из чего делают солнечные батареи: особенности строения различных поколений панелей

До недавних пор на вопрос «из чего делают солнечные батареи» существовал всего один ответ – из кремниевых ячеек в жесткой раме с толстым защитным стеклом. Сегодня ситуация кардинально изменилась, хотя панели на основе кремния по-прежнему занимают большую часть мирового рынка. При изготовлении фотовольтаики дома, из подручных материалов, такие ячейки также применяются чаще других. Однако перспективные разработки последних лет создаются на совершенно иных технологиях и значительно отличаются от старых моделей конструктивно.

Краткая история модифицирования: три поколения солнечных батарей

Специалисты разделяют все фотоэлектрические устройства, способные поглощать световые фотоны и преобразовывать их в электрический ток, на три поколения.

1. Из чего состоят солнечные батареи первого поколения

Конструктивно такие модули состоят из следующих элементов:

• металлического листа-основы – базового контакта;
• нижнего присадочного слоя кремниевого полупроводника с преобладанием электронов n-типа – за счет добавления фосфора;
• верхнего кристаллического слоя, насыщенного электронами р-типа – обычно, путем легирования бором;
• антиотражающего покрытия – для максимизации поглощения излучения;
• тонкого металлизированного контакта сеточного типа с проводом для замыкания сети;
• толстого защитного стекла – как правило, сверхпрочного закаленного;
• обрамляющей рамы.

Толщина монокристаллических Mono-Si или поликристаллических Poli-Si кремниевых пластин в ячейках составляет около 200-300 мкм. Срок службы оценивается в 20-25 лет, с падением производительности в среднем на 0,5% ежегодно. КПД при идеальных условиях освещения достигает 22-24% и резко снижается при высоких температурах либо частичном падении освещенности.

2. Из чего сделаны солнечные батареи второго поколения

Следующее поколение батарей использует тот же физический принцип p/n перехода, однако создано на базе комбинаций редкоземельных элементов (реже – аморфного кремния). Вспомогательные конструкционные элементы панелей в большинстве случаев те же – металлическая основа, антиотражающая пленка и защитное стекло. Однако все чаще появляются и безрамные конструкции, а также тонкопленочные варианты, способные сворачиваться в рулоны и изгибаться под любыми углами.

Наиболее частыми полупроводниками для ячеек таких батарей служат:

• аморфный кремний a-Si;
• теллурид кадмия (CdTe);
• селенид индия/галлия/меди (CIGS).

Иногда на предложение привести примеры, из чего делают солнечные батареи тонкопленочного типа, профильные специалисты приводят и другие, более экзотические варианты. Однако их совокупная доля не превышает 0,1% и используется преимущественно в лабораторных исследованиях.

Название «тонкопленочные» происходит от значительно меньшей толщины рабочих слоев – от 1 до 3 мкм, что почти в 100 раз меньше, чем у кремниевой «классики». КПД при идеальных условиях тонких пленок составляет 16-20%. Однако при рассеянном свете и/или больших углах падения излучения панели CdTe / CIGS могут быть более эффективны.

3. Из чего состоит солнечная батарея третьего поколения

Принцип действия панелей 3-го поколения по-прежнему фотоэлектрический, но конструкция принципиально иная. Полупроводниковые материалы в них, за исключением квантовых точек, не используются вовсе, уступая место органике и полимерам.

Такие батареи часто не имеют ни рамы, ни защитного стекла, печатаются на 3D-принтерах либо изготавливаются методом травления, подобно компьютерным платам.

Главное их достоинство – фантастическая дешевизна производства, широчайшие возможности геометрии и прозрачность. Третье поколение – это панели ближайшего будущего, которые будут повсеместно встраиваться в дома, окна, одежду и даже мельчайшие бытовые предметы.

Основной недостаток на сегодня – низкий КПД, составляющий от 0,1 до 7%.

Полупроводниковые материалы – из чего делают солнечные батареи сегодня

Основными полупроводниковыми материалами, которые используются для производства 99% фотоэлектрических ячеек на современном мировом рынке, являются:

1. Монокристаллический кремний — Выращивается в виде крупных кристаллов по методу профессора Чохральского. Далее кремниевые цилиндрические «чушки» режутся на очень тонкие диски толщиной 0,2-0,4 мм и подвергаются специализированной химической обработке. Практически готовые ячейки обтачиваются, шлифуются, покрываются защитным покрытием и металлизируются. При желании сделать солнечную батарею своими руками такие фотоэлектрические элементы покупаются в магазине, а остальные детали моноблока изготавливаются самостоятельно из подручных материалов.
2. Поликристаллический кремний — Производится в металлургических тиглях более дешевым методом направленной кристаллизации (block-cast). После расплава кремниевого сырья его медленно остужают, что приводит к образованию «игольчатых» разнонаправленных кристаллов. В эксплуатации такая поверхность чуть хуже монокристалла при идеальной освещенности, но более эффективна в остальных случаях. По этой причине, устанавливая комплект батарей на крышах, на южные скаты часто монтируют Mono-Si, а на юго-западные и юго-восточные – Poli-Si.
3. Аморфный кремний – из чего делают солнечные батареи этого типа Основой батарей данного типа служит гидрогенезированный кремний с большим коэффициентом лучевого поглощения. Современные модели комбинируют из нескольких слоев, обогащенных германием и углеродом. Это позволяет устранить главный недостаток панелей a-Si – быструю деградацию ячеек.

Такая модификация носит название уже не аморфного, а микроморфного кремния и показывает КПД до 12%. Низкая эффективность компенсируется дешевизной производства, поскольку на такие ячейки элементов требуется в 200 раз меньше полупроводника чем для Mono-Si или Poli-Si.

4. Из чего сделаны тонкопленочные солнечные батареи CdTe

Теллурид кадмия считается лучшим однопереходным полупроводниковым материалом по совокупности трех показателей – поглощающая способность, надежность, стоимость. CdTe значительно производительнее кремния и намного дешевле более эффективных пленок на базе дорогостоящих германия и индия.

Подложка пленки может быть не металлической, а стеклянной, а сами ячейки – полужесткими или гибкими. CdTe отличается стабильностью, долговечностью, малой чувствительностью к изменению освещения и быстро растущим КПД новых поколений модулей.

5. Особенность строения солнечных панелей типа CIGS

Основой батарей на сульфидах редкоземельных элементов является композитное смешение галлия, индия и меди. Такие панели являются «чемпионами» по КПД и стойкости, но стоят очень дорого.

Коммерческое применение пока ограничено только космосом и авиационной отраслью, поскольку добыча индия и галлия на планете ограничена всего несколькими сотнями тонн в год. Даже если бы все они пошли на изготовление батарей, общая мощность панелей едва достигла бы 10 ГВт.

6. Из чего состоят солнечные батареи типов GaAs и InP

Базовыми редкоземельными элементами этой группы панелей служат арсенид галлия GaAs и фосфид индия InP. Отличительная черта обоих вариантов ячеек – практически полное сохранение КПД при температурах в несколько сотен градусов Цельсия.

Применение их на земле финансово нецелесообразно, но практически все солнечные панели космических спутников, зондов, МКС и телескопов сделаны именно на их основе. Теоретический КПД этой группы, при условии использовании в конструкции дополнительных концентраторов, может достигать 85%. Практические рекорды сегодня колеблются в зоне 35-45%.

7. Из чего делают органические солнечные батареи

Несмотря на низкий КПД (лабораторный рекорд на сегодня – 10,8%, коммерческие прототипы – до 7%) панели на органической основе 3-го поколения сегодня активно исследуются. Для полимеров органического происхождения характерны следующие важные черты:

• простота и дешевизна создания;
• отсутствие проблем с утилизацией;
• неограниченность сфер применения;
• возможность изготовления в прозрачном виде.

Подобные панели практически невесомы, а при использовании технологии «tandem solar batteries» (тандемное соединение) их можно встраивать в окна и регулировать прозрачность.

8. Из чего состоят солнечные батареи на красителях

Конструктивно в них присутствует тонкая стеклянная подложка и напыляемая токопроводящая «краска». Ее основой является нанокристаллические «катод» и «анод», а также неагрессивный электролит – например, диоксид титана. Удобство использования состоит в возможности получения любых цветовых оттенков и нанесения на любые поверхности сверхтонким слоем.

9. Особенности солнечных батарей с квантовыми точками

Последний перспективный вид батарей ближайшего будущего построен на свойствах физических квантовых точек – микроскопических включений полупроводников в тот или иной материал. Геометрически такие «точки» имеют размер в несколько нанометров и распределяются в материале так, чтобы охватить поглощение излучения всего солнечного спектра – ИК, видимого света и УФ.

Огромным преимуществом подобных панелей является возможность работать даже ночью, генерируя около 40% максимальной дневной мощности.

Физико-технические характеристики, сертификация и маркировка

Независимо от того, из чего сделаны солнечные батареи, каждая из них обладает рядом следующих важных характеристик:

• механические – геометрические параметры, общая масса, тип рамы, защитного стекла, количество ячеек, вид и ширина коннекторов;
• электрические или вольтамперные – мощность, напряжение холостого хода, сила тока при максимальной нагрузке, эффективность панели в целом и отдельных ячеек в частности;
• температурные – изменение КПД при повышении температуры на определенную единицу величины (обычно – 1 градус);
• качественные – срок службы, скорость деградации ячеек, присутствие в рейтинговых списках Bloomberg;
• функциональные – необходимость и удобство ухода, простота монтажа/демонтажа.

Промышленные солнечные панели, из каких бы материалов они не были сделаны, обязательно должны быть сертифицированы. Минимальными требованиями являются сертификаты качества ISO, СE, TUV (международные) и/или Таможенного союза (при продаже в его пределах).

Обязательной является и международные правила маркировки. Например, аббревиатура CHN-350M-72 содержит следующие сведения:

• CHN – идентификатор компании-изготовителя (в данном случае – китайской СhinaLand);
• 350 – мощность панели в ваттах;
• M – обозначение монокристаллического кремния;
• 72 – число фотоэлектрических ячеек в модуле.

Из чего можно сделать солнечные батареи своими руками дома

Для этого необходимо следующее:

1. Предварительно начерченная схема и проведенные расчеты.
2. Определенное количество солнечных ячеек заводского изготовления – купить их дешевле всего в сети, например, на сайте Aliexpress или в других сетевых магазинах. Обращайте внимание на то, чтобы все элементы имели одинаковые электрические характеристики.
3. Самодельный каркас из бруса и фанеры – правила его сборки можно посмотреть на многочисленных видео в сети.
4. Оргстекло или плексиглас для поверхностного защитного покрытия.
5. Краска и термостойкий клей для обработки деревянных поверхностей.
6. Контактные полосы и провода для соединения ячеек. Схемы различные способов соединения также можно изучить в интернете.
7. Паяльник и припой. Паяльные работы следует проводить очень внимательно, чтобы не испортить будущее изделие.
8. Силиконовый клей и саморезы для закрепления сборной батареи в каркасе.

Небольшая батарея потребует около 30-50 долларов вложений, в то время как заводской вариант аналогичной мощности обойдется всего на 10-20% дороже. Разумеется, подобная самодельная конструкция не прослужит 25 лет, не сможет похвастаться значительным КПД и не будет обладать мощностью полноценной солнечной электростанцией для частного дома. Однако стоимость ее будет минимальной настолько, насколько это возможно.

Его используют как компонент аккумуляторов солнечных батарей

FISHKINET

Основные этапы изготовления солнечных монокристаллических элементов:

Получение «солнечного» кремния.
В качестве сырья используется кварцевый песок с высоким массовым содержанием диоксида кремния (SiO2). Он проходит многоступенчатую очистку, чтобы избавиться от кислорода. Происходит путем высокотемпературного плавления и синтеза с добавлением химических веществ.

Очищенный кремний представляет собой просто разрозненные куски. Для упорядочивания структуры и выращиваются кристаллы по методу Чохральского.

Обработка.
Этот этап начинается с измерения, калибровки и обработки монокристалла для придания нужной формы. Дело в том, что при выходе из тигля в поперечном сечении он имеет круглую форму, что не очень удобно для дальнейшей работы. Поэтому ему придается псевдо квадратная форма. Далее обработанный монокристалл стальными нитями в карбид — кремниевой суспензии или алмазно — импрегнированной проволокой режется на пластинки толщиной 250-300 мкм. Они очищаются, проверяются на брак и количество вырабатываемой энергии.

Создание фотоэлектрического элемента.
Чтобы кремний мог вырабатывать энергию, в него добавляют бор (B) и фосфор (P). Благодаря этому слой фосфора получает свободные электроны (сторона n-типа), сторона бора – отсутствие электронов, т.е. дырки (сторона p-типа). По причине этого между фосфором и бором появляется p-n переход. Когда свет будет падать на ячейку, из атомной решетки будут выбиваться дырки и электроны, появившись на территории электрического поля, они разбегаются в сторону своего заряда. Если присоединить внешний проводник, они будут стараться компенсировать дырки на другой части пластинки, появится напряжение и ток. Именно для его выработки с обеих сторон пластины припаиваются проводники.

Сборка модулей.
Пластинки соединяются сначала в цепочки, потом в блоки. Обычно одна пластина имеет 2 Вт мощности и 0,6 В напряжения. Чем больше будет ячеек, тем мощнее получится батарея. Их последовательное подключение дает определенный уровень напряжения, параллельное увеличивает силу образующегося тока. Для достижения необходимых электрических параметров всего модуля последовательно и параллельно соединенные элементы объединяются. Далее ячейки покрывают защитной пленкой, переносят на стекло и помещают в прямоугольную рамку, крепят распределительную коробку. Готовый модуль проходит последнюю проверку – измерение вольт — амперных характеристик. Все, можно использовать.

Соединение самих солнечных батарей тоже может быть последовательным, параллельным или последовательно-параллельным для получения требуемых силы тока и напряжения.

Разновидность солнечных батарей

Условно виды солнечных батарей определяются по полупроводнику, используемому для их изготовления. Чаще всего им является кремний, но сегодня активно разрабатываются и другие элементы. Цель таких изысканий – удешевление производства, уменьшение размеров и повышение эффективности продукции.

Монокристаллические и поликристаллические. Создаются на базе кристаллического кремния. Представляют собой прямоугольный каркас из алюминия с объединенными ячейками (чаще всего их 36, 60 или 72) размерами 125 на 125 или 156 на 156 мм, защищенными специальным каленым стеклом. Оно отлично пропускает лучи света, в том числе рассеянные, обеспечивает герметизацию и защиту полупроводников от механических повреждений и воздействия окружающей среды. В настоящее время появились и гибкие модели, без жесткого каркаса и стекла, с использованием моно и поли ячеек.

Монокристалл. Производится на основе монокристаллического кремния, конечное изделие обладает квадратной формой, обычно со скошенными краями, однородного черного или темно-синего цвета. Отдача при прямом излучении: 17-22%. Мощность снижается постепенно: каждые 25 лет приблизительно на 20%. Минимальный срок службы – 30 лет.

Поликристалл. Изготавливаются из поликристаллического кремния. Это такие же прямоугольники, только вместо однородных ячеек синяя или ярко — синяя неоднородная поверхность. По эффективности немного проигрывают mono, эффективность составляет – 12-18%, среднегодовая выработка соответственно будет меньше, но зато выигрывают по стоимости – создание таких фотоэлементов обходится дешевле.

Редкоземельные материалы

Существует несколько типов солнечных панелей из редких металлов, и не все они имеют КПД выше, чем у монокристаллических кремниевых модулей. Однако способность работать в экстремальных условиях позволяет производителям таких солнечных панелей выпускать конкурентоспособную продукцию и проводить дальнейшие исследования.

Панели из теллурида кадмия активно используются при облицовке зданий в экваториальных и аравийских странах, где их поверхность нагревается днем до 70-80 градусов Основными сплавами, применяемыми для изготовления фотоэлектрических элементов, являются теллурид кадмия (CdTe), селенид индия- меди-галлия (CIGS) и селенид индия-меди (CIS).

Кадмий – токсический металл, а индий, галлий и теллур являются довольно редкими и дорогостоящими, поэтому массовое производство солнечных панелей на их основе даже теоретически невозможно. КПД таких панелей находится на уровне 25-35%, хотя в исключительных случаях может доходить до 40%.

Ранее их применяли в основном в космической отрасли, а сейчас появилось новое перспективное направление. Из-за стабильной работы фотоэлементов из редких металлов при температурах 130-150°C их используют в солнечных тепловых электростанциях. При этом лучи солнца от десятков или сотен зеркал концентрируются на небольшой панели, которая одновременно генерирует электроэнергию и обеспечивает передачу тепловой энергии водяному теплообменнику.

В результате нагрева воды образуется пар, который заставляет вращаться турбину и генерировать электроэнергию. Таким образом солнечная энергия преобразуется в электрическую одновременно двумя путями с максимальной эффективностью.

Полимерные и органические аналоги.
Фотоэлектрические модули на основе органических и полимерных соединений начали разрабатывать только в последнем десятилетии, но исследователи уже добились значительных успехов.

Наибольший прогресс демонстрирует европейская компания Heliatek, которая уже оснастила органическими солнечными панелями несколько высотных зданий. Толщина её рулонной пленочной конструкции типа HeliaFilm составляет всего 1 мм. При производстве полимерных панелей используются такие вещества, как углеродные фуллерены, фталоцианин меди, полифенилен и другие. КПД таких фотоэлементов уже достигает 14-15%, а стоимость производства в разы меньше, чем кристаллических солнечных панелей.

Остро стоит вопрос срока деградации органического рабочего слоя. Пока что достоверно подтвердить уровень его КПД через несколько лет эксплуатации не представляется возможным. Преимуществами органических солнечных панелей являются: возможность экологически безопасной утилизации; дешевизна производства; гибкая конструкция.

К недостаткам таких фотоэлементов можно отнести относительно низкий КПД и отсутствие достоверной информации о сроках стабильной работы панелей. Возможно, что через 5-10 лет все минусы органических солнечных фотоэлементов исчезнут, и они станут серьезными конкурентами для кремниевых пластин.

Сравнение моно, поли и аморфных солнечных батарей

При выборе модуля часто задается вопрос: какая солнечная батарея лучше – монокристаллическая или поликристаллическая, а может аморфная? Ведь они самые распространенные в наш век. Чтобы найти ответ, было проведено множество исследований. Рассмотрим, что же показали результаты.

***КПД и срок службы
Монокристаллические элементы имеют КПД около 17-22%, сроки их службы не менее 25 лет. Эффективность поликристаллических может достигать 12-18%, служат они тоже не менее 25 лет. КПД аморфных составляет 6-8% и снижается гораздо быстрее кристаллических, работают они не более 10 лет.

***Температурный коэффициент
В реальных условиях использования солнечные батареи нагревается, что приводит к снижению номинальной мощности на 15-25%. Средний температурный коэффициент для поли и моно составляет -0,45%, аморфного -0,19%. Это значит, что при повышении температуры на 1°C от стандартных условий кристаллические батареи будут менее производительными, чем аморфные.

***Потеря эффективности
Деградация солнечных монокристаллических и поликристаллических модулей зависит от качества исходных элементов – чем больше в них бора и кислорода, тем быстрее снижается КПД. В поликремниевых пластинах меньше кислорода, в монокремниевых – бора. Поэтому при равных качествах материала и условий использования особой разницы между степенью деградации тех и других модулей нет, в среднем она составляет около 1% в год. В производстве аморфных батарей используется гидрогенизированный кремний. Содержанием водорода обусловлена его более быстрая деградация. Так, кристаллические деградируют на 20% через 25 лет эксплуатации, аморфные быстрее в 2-3 раза. Однако некачественные модели могут потерять эффективность на 20% уже в первый год использования. Это стоит учесть при покупке.

***Стоимость
Тут превосходство полностью на стороне аморфных модулей – их цена ниже, чем кристаллических, из-за более дешевого производства. Второе место занимают поли, моно же самые дорогие.

***Размеры и площадь установки
Монокристаллические батареи более компактны. Для создания массива требуемой мощностью понадобится меньшее количество панелей по сравнению с другими видами. Так что при установке они займут немного меньше места. Но прогресс не стоит на месте, и по соотношению мощность/площадь поликристаллические модули уже догоняют моно. Аморфные же пока отстают от них – для их установки понадобится в 2,5 раза больше места.

***Светочувствительность
Здесь лидируют аморфно-кремниевые модули. У них лучший коэффициент преобразования солнечной энергии из-за водорода в составе элемента. Поэтому они, по сравнению с кристаллическими, в условиях слабой освещенности работают эффективнее. Моно и поли, при плохом освещении работают примерно одинаково – значительно реагируют на изменение интенсивности света.

***Годовая выработка
В результате тестирования модулей разных производителей было установлено, что монокристаллические за год вырабатывают больше электроэнергии, чем поликристаллические. А те в свою очередь производительнее, чем аморфные, несмотря на то, что последние вырабатывают энергию и при слабой освещенности.

Можно сделать вывод, что солнечные батареи моно и поли имеют небольшие, но важные различия. Хотя mono все-таки эффективнее и отдача от них больше, но poly все равно будут пользоваться большей популярностью. Правда, это зависит от качества продукции. Тем не менее, большинство крупных солнечных электростанций собраны на базе полимодулей. Связано это с тем, что инвесторы смотрят на общую стоимость проекта и сроки окупаемости, а не на максимальную эффективность и долговечность.

Теперь об аморфных батареях. Начнем с преимуществ: метод их изготовления самый простой и малобюджетный, потому что не требуется резка и обработка кремния. Это отражается в невысокой стоимости конечной продукции. Они неприхотливы – их можно установить куда угодно, и не привередливы – пыль и пасмурная погода им не страшны.

Однако у аморфных модулей есть и недостатки, перекрывающие их достоинства: по сравнению с вышеописанными видами, у них самый низкий КПД, они быстрее деградируют – эффективность снижается на 40% менее чем за 10 лет, и требуют много места для установки.

Аккумуляторы для солнечных батарей: обзор видов подходящих батарей и их особенностей

Системы альтернативной энергетики все чаще используют при обеспечении жилых домов электричеством. Так как режимы генерации и потребления электроэнергии различаются, то необходимо обеспечит ее накопление для последующей отдачи. Согласны?

Для того чтобы использовать энергию в требующийся хозяину отрезок времени, в схему включают аккумуляторы для солнечных батарей. Мы расскажем, как грамотно подобрать устройства, предназначенные для работы в циклах зарядки и разрядки. Наши рекомендации помогут выбрать оптимальную модель.

Аккумуляторы в системе бытовой гелеоэнергетики

Понимание способов и нюансов использования аккумуляторов при обеспечении объекта электроэнергией от солнечных батарей позволит осуществить правильный выбор устройств и обеспечит максимальный КПД системы.

Для совершения взвешенной покупки необходимо досконально разобраться в способах создания аккумуляторного массива (блока) и в правилах расчета основных характеристик.

Способ объединения устройств в единый массив

Жилые и промышленные объекты потребляют электрическую нагрузку, превышающую возможности одного аккумулятора. В том случае, если система солнечной энергетики рассчитана на большое количество электроприборов, необходимо создание массива аккумуляторных батарей по примеру подобного объединения солнечных панелей.

Подключение аккумуляторов в единый массив хранения электроэнергии можно выполнить параллельным, последовательным или смешанным способом. Выбор зависит от необходимых выходных показателей мощности и напряжения.

Аккумуляторные батареи размещают в доме или ином строении для обеспечения значения температуры окружающего воздуха в диапазоне от 10 до 25 градусов Цельсия выше нуля и предотвращения попадания на них воды. Это значительно продлевает срок службы устройств и уменьшает потери электроэнергии.

Современные технологии производства аккумуляторных батарей, предназначенных для размещения в жилых строениях, предусматривают повышенные меры экологической безопасности. Поэтому предпринимать каких либо специальных мер по интенсивной вентиляции помещения нет необходимости. Однако располагать их в жилых комнатах все же не следует.

Так как аккумуляторы имеют значительный вес (прибор на 12 Вольт и 200 Ач весит около 70 кг), то их надо размещать на полу или прочных и надежно закрепленных стеллажах.

Необходимо предотвратить вероятность падения аккумуляторов с высоты, так как в этом случае они выйдут из строя, а системы с жидким электролитом к тому же опасны для здоровья человека при их разгерметизации.

С увеличением длины силового кабеля возрастает электрическое сопротивление, что приводит к уменьшению КПД системы. Поэтому практикуют размещение аккумуляторов вплотную друг к другу, чтобы минимизировать общую протяженность проводов.

Особенности функционирования системы

При параллельном и комбинированном последовательно-параллельном соединении аккумуляторов в единый массив возможна разбалансировка устройств по уровню заряда. Это приводит к тому, что устройство будет функционировать не в полном цикле, а значит, его ресурс будет выработан быстрее.

Система получения электроэнергии от солнца всегда снабжена контролером, который управляет зарядом аккумулятора. В случае создания массива батарей дополнительно необходима установка выравнивающих заряд перемычек.

Во избежание проблем неравномерной зарядки и разрядки объединенных в единый массив аккумуляторов необходимо использовать устройства одной модели, а еще лучше – одной партии. Это правило актуально не только для систем солнечной энергетики.

Сейчас практически все жилье можно обеспечить приборами, работающими от сети в 12 или 24 Вольта, в том числе холодильниками, телевизорами и т.д. Однако разводка с таким напряжением по всему дому не имеет смысла, так как мощность тока будет очень велика.

Значит, при реализации такой задумки необходим дорогой кабель с большим сечением жил и будут велики потери от электрического сопротивления.

Поэтому в непосредственной близости от аккумуляторных батарей устанавливают инвертор – устройство для преобразования электрического напряжения.

Кроме того, реальное выходящее напряжение от аккумуляторного блока может несколько отличаться от заявленного. Так, полностью заряженные популярные для использования в схеме с солнечными батареями гелевые аккумуляторы выдают напряжение 13-13,5 Вольта, поэтому инвертор выполняет функции стабилизатора.

Расчет необходимой емкости батарей

Емкость аккумуляторных батарей рассчитывают, исходя из предполагаемого периода автономной работы без подзарядки и суммарной мощности потребления электроприборов.

Среднюю по временному интервалу мощность электроприбора можно рассчитать следующим образом:

• P₁ – паспортная мощность прибора;
• T₁ – время работы прибора;
• T₂ – общее расчетное время.

Практически на всей территории России существуют длительные периоды, когда солнечные батареи не будут работать по причине плохой погоды.

Устанавливать большие массивы аккумуляторов для их полной загруженности всего несколько раз в год нерентабельно. Поэтому к выбору интервала времени в течение которого устройства будут работать только на разряд необходимо подойти исходя из среднестатистического значения.

Если планируют использовать накопленную энергию в течение суток, например, в отоплении на солнечных батареях, то лучше принять за расчет чуть больший интервал, такой как 30 часов.

В случае длительного периода, когда нет возможности использовать солнечные батареи, необходимо применить другую систему получения электроэнергии, основанную, например, на дизель- или газогенераторе.

Заряженный на 100% аккумулятор может до своей полной разрядки выдать мощность, которую можно рассчитать по формуле:

P = U x I

• U – напряжение;
• I – сила тока.

Так, один аккумулятор с параметрами напряжения 12 вольт и силы тока 200 ампер, может сгенерировать 2400 ватт (2,4 кВт). Для расчета суммарной мощности нескольких аккумуляторов, необходимо сложить значения, полученные для каждого из них.

Полученный результат необходимо умножить на несколько понижающих коэффициентов:

• КПД инвертора. При правильном согласовании напряжения и мощности на входе в инвертор будет достигнуто максимальное значение от 0,92 до 0,96.
• КПД силовых кабелей. Минимизация длины проводов, соединяющих аккумуляторы и расстояния до инвертора необходима для снижения электрического сопротивления. На практике значение показателя составляет от 0,98 до 0,99.
• Минимально допустимое разряжение батарей. Для любого аккумулятора существует нижний предел зарядки, при преодолении которого срок службы устройства значительно снижается. Обычно, контроллеры выставляют на минимальное значение зарядки 15%, поэтому коэффициент равен около 0,85.
• Максимально допустимая потеря емкости до смены аккумуляторов. Со временем происходит старение устройств, повышение их внутреннего сопротивления, что приводит к безвозвратному уменьшению их емкости. Использовать устройства, остаточная емкость которых менее 70% нерентабельно, поэтому значение показателя нужно взять за 0,7.

Вопреки распространенному мнению, КПД аккумулятора – отношение полученной и отданной электроэнергии включать в расчет не следует. Указанный в технической документации показатель емкости аккумулятора учитывает возможный объем на отдачу.

В итоге значение интегрального коэффициента при расчете необходимой емкости для новых аккумуляторов будет приблизительно равно 0,8, а для старых, перед их списанием – 0,55.

Максимально допустимые токи

Для каждого аккумулятора в технической документации прописан максимально допустимый ток заряда. Превышение этого значение ведет к перегреву устройства, резкому и безвозвратному снижению его показателей.

Поэтому при выборе батарей для сборки систем с аккумулятором необходимо убедиться в том, что они могут обеспечить потребление вырабатываемого солнечными панелями электричества.

Еще один важный показатель – допустимый разрядный ток:

• Штатный разрядный ток, для работы на величине которого (или меньшем значении) предназначен аккумулятор. Работа всего подключенного в систему электрооборудования должна быть обеспечена этим показателем.
• Максимальный разрядный ток, который кратковременно может дать устройство при пиковых нагрузках. Такие нагрузки могут возникнуть при включении некоторого оборудования, например содержащего компрессоры холодильника или кондиционера.

Превышение длительное время первого показателя или кратковременного – второго ведет к преждевременному износу аккумулятора. При старении устройств эти показатели снижаются на 20-30%, что также необходимо учитывать.

Особенности устройства и основные параметры

Автомобильные аккумуляторы не предназначены для работ с большим количеством циклов зарядки и разрядки. Для альтернативной и резервной энергетики используют устройства другого типа. Так как их стоимость велика, то необходимо тщательно изучить все параметры перед приобретением.

Используемые типы для альтернативной энергетики

Практически все аккумуляторы, применяемые в альтернативной энергетике и устанавливаемые в строениях, относятся к типу необслуживаемых. Пользователю нет возможности проводить с ними физические операции, затрагивающие их структуру.

Это сделано для того, чтобы минимизировать риск физического или химического воздействия батарей на людей, воздух и окружающие их предметы. Поэтому нет необходимости подробного изучения структуры и физико-химических нюансов работы аккумуляторных батарей разных типов. Большее внимание надо уделить различиям в основных технических характеристиках устройств.

OPzS аккумуляторы выполнены подобно простейшим свинцово-кислотным устройствам. Изменение в форме положительной пластины позволяет обеспечить значительно большее число циклов зарядки и разрядки, чем у автомобильных аналогов.

Недостатком является наличие жидкого электролита, что может быть опасно при их разгерметизации. Средняя ценовая ниша.

Щелочные (никелевые) аккумуляторы применяют редко по причине их невосприимчивости к малым токам при зарядке и необходимости прохождения полного цикла от заряженного до разряженного состояния. В ином случае произойдет уменьшение емкости батареи.

Также эти устройства имеют больший вес и габариты по сравнению с конкурентами той же емкости. Опасны при разгерметизации. Низкая ценовая ниша.

В AGM аккумуляторах электролит находится в связанном состоянии в структуре из стекловолокна. Их можно заряжать малыми токами. Практически безопасны и занимают среднюю ценовую нишу среди конкурентов.

В GE (гелевых) аккумуляторах в электролит добавлен оксид кремния, в результате чего он находится в гелеобразном состоянии. Устройства обладают высокой степенью безопасности и хорошими характеристиками. Высокая ценовая ниша.

Аккумуляторные батареи на основе лития (например, литий-железо-фосфатные модели) обладают очень хорошими характеристиками, компактны, имеют значительно меньший вес, практически безопасны. Однако их стоимость значительно выше, чем у конкурирующих типов устройств, даже гелевых.

С позиции соотношения цены и технических характеристик гелевый и литиевый тип аккумуляторов наиболее привлекателен. Но единовременные стартовые вложения в них весьма велики, поэтому устройства других типов тоже широко распространены на рынке батарей для альтернативной энергетики.

На отечественном рынке активно востребованы аккумуляторы следующих марок:

Из чего делают солнечные батареи: особенности строения различных поколений панелей

До недавних пор на вопрос «из чего делают солнечные батареи» существовал всего один ответ – из кремниевых ячеек в жесткой раме с толстым защитным стеклом. Сегодня ситуация кардинально изменилась, хотя панели на основе кремния по-прежнему занимают большую часть мирового рынка. При изготовлении фотовольтаики дома, из подручных материалов, такие ячейки также применяются чаще других. Однако перспективные разработки последних лет создаются на совершенно иных технологиях и значительно отличаются от старых моделей конструктивно.

Краткая история модифицирования: три поколения солнечных батарей

Специалисты разделяют все фотоэлектрические устройства, способные поглощать световые фотоны и преобразовывать их в электрический ток, на три поколения.

1. Из чего состоят солнечные батареи первого поколения

Конструктивно такие модули состоят из следующих элементов:

• металлического листа-основы – базового контакта;
• нижнего присадочного слоя кремниевого полупроводника с преобладанием электронов n-типа – за счет добавления фосфора;
• верхнего кристаллического слоя, насыщенного электронами р-типа – обычно, путем легирования бором;
• антиотражающего покрытия – для максимизации поглощения излучения;
• тонкого металлизированного контакта сеточного типа с проводом для замыкания сети;
• толстого защитного стекла – как правило, сверхпрочного закаленного;
• обрамляющей рамы.

Толщина монокристаллических Mono-Si или поликристаллических Poli-Si кремниевых пластин в ячейках составляет около 200-300 мкм. Срок службы оценивается в 20-25 лет, с падением производительности в среднем на 0,5% ежегодно. КПД при идеальных условиях освещения достигает 22-24% и резко снижается при высоких температурах либо частичном падении освещенности.

2. Из чего сделаны солнечные батареи второго поколения

Следующее поколение батарей использует тот же физический принцип p/n перехода, однако создано на базе комбинаций редкоземельных элементов (реже – аморфного кремния). Вспомогательные конструкционные элементы панелей в большинстве случаев те же – металлическая основа, антиотражающая пленка и защитное стекло. Однако все чаще появляются и безрамные конструкции, а также тонкопленочные варианты, способные сворачиваться в рулоны и изгибаться под любыми углами.

Наиболее частыми полупроводниками для ячеек таких батарей служат:

• аморфный кремний a-Si;
• теллурид кадмия (CdTe);
• селенид индия/галлия/меди (CIGS).

Иногда на предложение привести примеры, из чего делают солнечные батареи тонкопленочного типа, профильные специалисты приводят и другие, более экзотические варианты. Однако их совокупная доля не превышает 0,1% и используется преимущественно в лабораторных исследованиях.

Название «тонкопленочные» происходит от значительно меньшей толщины рабочих слоев – от 1 до 3 мкм, что почти в 100 раз меньше, чем у кремниевой «классики». КПД при идеальных условиях тонких пленок составляет 16-20%. Однако при рассеянном свете и/или больших углах падения излучения панели CdTe / CIGS могут быть более эффективны.

3. Из чего состоит солнечная батарея третьего поколения

Принцип действия панелей 3-го поколения по-прежнему фотоэлектрический, но конструкция принципиально иная. Полупроводниковые материалы в них, за исключением квантовых точек, не используются вовсе, уступая место органике и полимерам.

Такие батареи часто не имеют ни рамы, ни защитного стекла, печатаются на 3D-принтерах либо изготавливаются методом травления, подобно компьютерным платам.

Главное их достоинство – фантастическая дешевизна производства, широчайшие возможности геометрии и прозрачность. Третье поколение – это панели ближайшего будущего, которые будут повсеместно встраиваться в дома, окна, одежду и даже мельчайшие бытовые предметы.

Основной недостаток на сегодня – низкий КПД, составляющий от 0,1 до 7%.

Полупроводниковые материалы – из чего делают солнечные батареи сегодня

Основными полупроводниковыми материалами, которые используются для производства 99% фотоэлектрических ячеек на современном мировом рынке, являются:

1. Монокристаллический кремний — Выращивается в виде крупных кристаллов по методу профессора Чохральского. Далее кремниевые цилиндрические «чушки» режутся на очень тонкие диски толщиной 0,2-0,4 мм и подвергаются специализированной химической обработке. Практически готовые ячейки обтачиваются, шлифуются, покрываются защитным покрытием и металлизируются. При желании сделать солнечную батарею своими руками такие фотоэлектрические элементы покупаются в магазине, а остальные детали моноблока изготавливаются самостоятельно из подручных материалов.
2. Поликристаллический кремний — Производится в металлургических тиглях более дешевым методом направленной кристаллизации (block-cast). После расплава кремниевого сырья его медленно остужают, что приводит к образованию «игольчатых» разнонаправленных кристаллов. В эксплуатации такая поверхность чуть хуже монокристалла при идеальной освещенности, но более эффективна в остальных случаях. По этой причине, устанавливая комплект батарей на крышах, на южные скаты часто монтируют Mono-Si, а на юго-западные и юго-восточные – Poli-Si.
3. Аморфный кремний – из чего делают солнечные батареи этого типа Основой батарей данного типа служит гидрогенезированный кремний с большим коэффициентом лучевого поглощения. Современные модели комбинируют из нескольких слоев, обогащенных германием и углеродом. Это позволяет устранить главный недостаток панелей a-Si – быструю деградацию ячеек.

Такая модификация носит название уже не аморфного, а микроморфного кремния и показывает КПД до 12%. Низкая эффективность компенсируется дешевизной производства, поскольку на такие ячейки элементов требуется в 200 раз меньше полупроводника чем для Mono-Si или Poli-Si.

4. Из чего сделаны тонкопленочные солнечные батареи CdTe

Теллурид кадмия считается лучшим однопереходным полупроводниковым материалом по совокупности трех показателей – поглощающая способность, надежность, стоимость. CdTe значительно производительнее кремния и намного дешевле более эффективных пленок на базе дорогостоящих германия и индия.

Подложка пленки может быть не металлической, а стеклянной, а сами ячейки – полужесткими или гибкими. CdTe отличается стабильностью, долговечностью, малой чувствительностью к изменению освещения и быстро растущим КПД новых поколений модулей.

5. Особенность строения солнечных панелей типа CIGS

Основой батарей на сульфидах редкоземельных элементов является композитное смешение галлия, индия и меди. Такие панели являются «чемпионами» по КПД и стойкости, но стоят очень дорого.

Коммерческое применение пока ограничено только космосом и авиационной отраслью, поскольку добыча индия и галлия на планете ограничена всего несколькими сотнями тонн в год. Даже если бы все они пошли на изготовление батарей, общая мощность панелей едва достигла бы 10 ГВт.

6. Из чего состоят солнечные батареи типов GaAs и InP

Базовыми редкоземельными элементами этой группы панелей служат арсенид галлия GaAs и фосфид индия InP. Отличительная черта обоих вариантов ячеек – практически полное сохранение КПД при температурах в несколько сотен градусов Цельсия.

Применение их на земле финансово нецелесообразно, но практически все солнечные панели космических спутников, зондов, МКС и телескопов сделаны именно на их основе. Теоретический КПД этой группы, при условии использовании в конструкции дополнительных концентраторов, может достигать 85%. Практические рекорды сегодня колеблются в зоне 35-45%.

7. Из чего делают органические солнечные батареи

Несмотря на низкий КПД (лабораторный рекорд на сегодня – 10,8%, коммерческие прототипы – до 7%) панели на органической основе 3-го поколения сегодня активно исследуются. Для полимеров органического происхождения характерны следующие важные черты:

• простота и дешевизна создания;
• отсутствие проблем с утилизацией;
• неограниченность сфер применения;
• возможность изготовления в прозрачном виде.

Подобные панели практически невесомы, а при использовании технологии «tandem solar batteries» (тандемное соединение) их можно встраивать в окна и регулировать прозрачность.

8. Из чего состоят солнечные батареи на красителях

Конструктивно в них присутствует тонкая стеклянная подложка и напыляемая токопроводящая «краска». Ее основой является нанокристаллические «катод» и «анод», а также неагрессивный электролит – например, диоксид титана. Удобство использования состоит в возможности получения любых цветовых оттенков и нанесения на любые поверхности сверхтонким слоем.

9. Особенности солнечных батарей с квантовыми точками

Последний перспективный вид батарей ближайшего будущего построен на свойствах физических квантовых точек – микроскопических включений полупроводников в тот или иной материал. Геометрически такие «точки» имеют размер в несколько нанометров и распределяются в материале так, чтобы охватить поглощение излучения всего солнечного спектра – ИК, видимого света и УФ.

Огромным преимуществом подобных панелей является возможность работать даже ночью, генерируя около 40% максимальной дневной мощности.

Физико-технические характеристики, сертификация и маркировка

Независимо от того, из чего сделаны солнечные батареи, каждая из них обладает рядом следующих важных характеристик:

• механические – геометрические параметры, общая масса, тип рамы, защитного стекла, количество ячеек, вид и ширина коннекторов;
• электрические или вольтамперные – мощность, напряжение холостого хода, сила тока при максимальной нагрузке, эффективность панели в целом и отдельных ячеек в частности;
• температурные – изменение КПД при повышении температуры на определенную единицу величины (обычно – 1 градус);
• качественные – срок службы, скорость деградации ячеек, присутствие в рейтинговых списках Bloomberg;
• функциональные – необходимость и удобство ухода, простота монтажа/демонтажа.

Промышленные солнечные панели, из каких бы материалов они не были сделаны, обязательно должны быть сертифицированы. Минимальными требованиями являются сертификаты качества ISO, СE, TUV (международные) и/или Таможенного союза (при продаже в его пределах).

Обязательной является и международные правила маркировки. Например, аббревиатура CHN-350M-72 содержит следующие сведения:

• CHN – идентификатор компании-изготовителя (в данном случае – китайской СhinaLand);
• 350 – мощность панели в ваттах;
• M – обозначение монокристаллического кремния;
• 72 – число фотоэлектрических ячеек в модуле.

Из чего можно сделать солнечные батареи своими руками дома

Для этого необходимо следующее:

1. Предварительно начерченная схема и проведенные расчеты.
2. Определенное количество солнечных ячеек заводского изготовления – купить их дешевле всего в сети, например, на сайте Aliexpress или в других сетевых магазинах. Обращайте внимание на то, чтобы все элементы имели одинаковые электрические характеристики.
3. Самодельный каркас из бруса и фанеры – правила его сборки можно посмотреть на многочисленных видео в сети.
4. Оргстекло или плексиглас для поверхностного защитного покрытия.
5. Краска и термостойкий клей для обработки деревянных поверхностей.
6. Контактные полосы и провода для соединения ячеек. Схемы различные способов соединения также можно изучить в интернете.
7. Паяльник и припой. Паяльные работы следует проводить очень внимательно, чтобы не испортить будущее изделие.
8. Силиконовый клей и саморезы для закрепления сборной батареи в каркасе.

Небольшая батарея потребует около 30-50 долларов вложений, в то время как заводской вариант аналогичной мощности обойдется всего на 10-20% дороже. Разумеется, подобная самодельная конструкция не прослужит 25 лет, не сможет похвастаться значительным КПД и не будет обладать мощностью полноценной солнечной электростанцией для частного дома. Однако стоимость ее будет минимальной настолько, насколько это возможно.

Солнечные элементы и их виды

Солнечные элементы – это части батарей, которые генерируют электрический ток. Появились они сравнительно недавно, в XIX веке, и только сейчас их начали использовать в качестве недорогого, но эффективного способа добычи энергоресурсов. Принцип работы солнечных батарей довольно прост. Ими можно оснастить жилое или нежилое помещения. Существуют различные виды данных элементов питания. Разберем их более подробно.

Элементы солнечных батарей

Зачастую энергия солнечной панели используется для дома и его нужд. Вырабатываемого электрического тока достаточно для двухэлементной бойлерной системы, холодильника, телевизора и прочих бытовых приборов.

Солнечные лучи – это экологически чистое «топливо». Ведь в процессе работы модуль солнечной батареи не выделяет обилие вредных выхлопов, углекислый газ и не расходует невосполнимые природные ископаемые.

Стоит понимать, что солнечные батареи складываются из множества модулей. И то, что мы видим на крыше зданий или на стенах, является только частью системы.

Из чего состоит солнечная система электроснабжения:

1. Солнечные ячейки, складывающиеся в панели. Это те видимые нам батареи, которые крепятся на крышу или стены. . Данный элемент в системе необходим для накапливания лишней энергии, например, в ясный день. В пасмурную погоду, когда батареи работают не на полную мощность, ток на бытовые нужды берется из АКБ. регулирует заряд аккумулятора, подсказывает владельцу системы, что заряда недостаточно или слишком много. Излишнее напряжение губительно для аккумулятора.
2. Преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор) необходим для работоспособности бытовых приборов. Ведь не все из них способны работать на постоянном потоке заряженных частиц.

Подключая солнечные модули, необходимо уже изначально определиться с местом их расположения, видом, количеством бытовой техники, необходимостью контролера АБК.

Стоит понимать, что такая системы является наборной, и вы с легкостью можете установить еще не один солнечный модуль.

Принцип работы солнечных батарей

Человечество научилось получать энергию из ископаемых, потоков воды и порывов ветра, дошли и до применения световых лучей. Существуют даже солнечные модули, которые поглощают невидимый инфракрасный спектр и работают ночью. Всепогодные батареи эффективны в пасмурную погоду, туман, дождь.

Принцип работы любой батареи – преобразование лучей солнца в электрический импульс.

Зачастую солнечные модули работают на кристаллах кремния, и этому есть объяснение. Данный металл чувствителен к воздействию лучей, он недорог в добыче, а КПД батарей составляет 17-25%. Кристалл кремния при попадании на него солнечных лучей образует направленное движение электронов. При средней площади батареи 1-1,5 м² можно достичь на выходе напряжение в 250 Вт.

В настоящее время применяется не только кремний, но и соединения селена, меди, иридия и полимеров. Но широкого распространения они не получили, даже несмотря на КПД в 30-50%. Все потому, что они очень дороги. Для электрификации обычного дачного или загородного дома отлично подойдет кремниевая фотоэлектрическая панель.

Виды солнечных батарей

Такие аккумуляторы постоянно видоизменяются. Эта область модифицируется и подвергается инновационным решениям.

Именно поэтому существует много видов солнечных панелей.

Монокристаллические

Данные батареи обладают хорошим КПД. Каждая ячейка являет собой отдельный кристалл кремния. Поверхность батареи слегка выпуклая, насыщенного синего цвета. Фотоэлектрические панели этого типа имеют самую высокую цену, которая обуславливается сложностью технологии. Ведь все кристаллы развернуты в одном направлении.

Необходимо будет дополнительное оборудование, которое будет разворачивать комплекс панелей в зависимости от положения Солнца на горизонте. Из-за необходимости прямых лучей такие элементы устанавливают на хорошо освещенных участках или возвышенностях.

Средний срок эксплуатации – 25 лет.

Поликристаллические (multi-Si)

Солнечные модули данного вида обладают неравномерно насыщенным синим цветом из-за разной направленности кристаллов кремния. Они дешевле монокристаллических аналогов, обладают хорошим КПД, их не нужно разворачивать к солнцу. В пасмурную погоду или облачность они показывают лучшие результаты, нежели вышеописанный вид.

Средний срок эксплуатации без потери качеств – 15-20 лет.

Аморфные (полимерные солнечные батареи)

В данном случае используются не цельные кристаллы, а гидрид кремния. Его наносят на твердую или гибкую подложку. Преимуществами является низкая стоимость. К тому же, полимерный солнечный элемент можно нанести на любую гибкую подложку. Значит, вы можете по максимуму использовать скат крыши, неровные поверхности.

Фотоэлектрическая структура полимерного кремния позволяет поглощать свет даже рассеянный. Аморфные солнечные батареи выгодно ставить в условиях севера, короткого светового дня, в областях с агрессивными атмосферными условиями.

Существуют и другие, более редкие разновидности.

Органические

Эти солнечные батареи только изучаются. Активные разработки появились в последнем десятилетии, поэтому достоверных данных насчет гарантированного срока эксплуатации у производителей нет. Солнечный элемент использует органическую основу – соединения углерода.

Некоторые виды солнечных панелей данного строения обладают хорошим КПД, они пластичны, экологичны, просты в утилизации и значительно дешевле кремниевых аналогов.

Безкремниевые

Изготовлены на основе редких металлов. Вместо кремния применяются соединения теллура, селена, меди, индия. Данные металлы редкие и дорогие, поэтому стоимость батарей очень высокая. Однако панели этого типа могут работать в широком температурном диапазоне.

Сравнение КПД батарей разного типа

Разновидность панели	Максимальное значение КПД
Монокристаллические	20-25%
Поликристаллические	15-20%
Аморфные	6-7% (в некоторых случаях до 15%)
Органические	12-15%
На основе редких металлов	10-20%, в зависимости от применяемого металла. Некоторые панели могут выдавать до 40%

Как подобрать солнечную панель?

Как видите, типы солнечных батарей различны.

Подбирать устройство необходимо, исходя из многих факторов:

• степени освещенности территории;
• климата;
• площади помещения;
• количества бытовых приборов;
• финансового бюджета;
• площади крыши;
• возможности пользования стационарными электросетями;
• отдаленности от населенного пункта.

Естественно, если вы собираетесь поставить солнечные панели на дачу, где проводите время только летом, стоит побеспокоиться о безопасности вашего имущества.

Если у вас длинный световой день, хорошо освещаемая территория, то отдайте предпочтение моно- и поликристаллическим моделям. В холодных широтах приобретайте поликристаллические или полимерные фотоэлементы.

Виды подключения

Вы уже купили фотоэлементы для солнечных батарей, АКБ и все остальные составляющие. Осталось определиться с типом электроснабжения вашего жилища. Они бывают:

1. Автономные. В данном случае ваш дом питается только от солнечных батарей и никак не связан с общей электрификацией.
2. Смежные. Панели подключаются в общую сеть. Если бытовые приборы потребляют небольшое количество энергии, то стационарная сети не используется, ток берется из аккумулятора. В случае превышения потребностей электричество расходуется и из общей сети. Стоит учитывать, что без сети сами по себе батареи работать не будут.
3. Комбинированные похожи на смежные. Но в данном случае излишек электроэнергии, получаемый панелями, идет не в аккумулятор, а в общую сеть.

Какую систему и панели выбрать, решать только вам. Перед покупкой проконсультируйтесь у нескольких специалистов, ведь такие системы приобретаются не на один год. При правильном подключении они будут радовать вас долгое время.

Принцип работы солнечной батареи и ее разновидности

Солнечная энергетика – перспективное направление в развитии альтернативных источников энергии. Технология продвинулась настолько, что современные батареи способны закрыть потребности в электричестве загородного дома даже в тех широтах, где количество ясных дней весьма ограничено (например, в Ленинградской области). Разбираемся, каков принцип работы солнечной батареи, какие виды оборудования существуют, какие параметры нужно учесть при выборе.

Как работает технология

Принцип действия солнечных батарей основан на возможности взаимодействия солнечного света (а это электромагнитное излучение) с веществом. При этом взаимодействии энергия фотонов (световых частиц) передается электронам вещества, то есть, энергия света преобразуется в постоянный электрический ток.

Явление было открыто еще в 19 веке, и получило название фотоэлектрического эффекта (фотоэффекта). Для его возникновения и поддержания необходимы фотоэлектрические преобразователи (фотоэлементы), полупроводники по способу функционирования.

Полупроводник – материал с избытком или недостатком электронов. В полупроводниковом элементе имеется два слоя с разной проводимостью. Слой с лишними электронами играет роль катода, слой с недостатком электронов – анода. В большинстве современных изделий роль полупроводников выполняют кремниевые пластины, обладающие необходимыми полупроводниковыми свойствами.

Отдельные фотоэлементы имеют слишком малую мощность, чтобы питать электроприбор. Поэтому их объединяют в электрическую цепь, которая формирует то, что называют солнечной батареей (или панелью). Устройство имеет следующее строение:

• Изделие выглядит как панель, в которой заламинированы кремниевые пластины, ответственные за преобразование энергии.
• Сверху панель защищает закаленное стекло. Чтобы повысить эффективность, выбирают марку стекла с низким содержанием оксидов железа. Благодаря такому решению достигается высокая прозрачность, что также играет на эффективность системы.
• Благодаря ламинации панель получается полностью герметичной, а используемые материалы делают ее стойкой к ветровым и снеговым нагрузкам.

Плюсы и минусы

Энергия солнца относится к альтернативным, возобновляемым источникам, ее использование считается прогрессивным способом энергопотребления. Ее преимущества описывают следующим образом:

• Ваши ежемесячные платежи за электроэнергию снижаются (а в идеале исчезают). Степень экономии зависит от размеров установленной системы и объема потребления.

• Если монтаж системы производится на собственном участке, вам не надо получать разрешение на установку оборудования.
• Существует возможность заработать, если вы будете производить электроэнергии столько, что сможете продавать ее государству.
• Затраты на обслуживание остаются весьма низкими.
• Небольшой вес, беспроблемная эксплуатация, отсутствие шума.
• Солнечная энергетика – динамическая отрасль, и эффективность солнечных панелей постоянно повышается. Современные модели могут работать даже при сплошной облачности (выработка при этом снижается).

Люди, скептически относящиеся к установке солнечных батарей, оперируют следующими фактами:

• Панели требуют вложения средств, им нужно пространство для установки, а КПД достаточно низкий даже у лучших моделей.
• Панели могут служить источником энергии лишь днем. Чтобы пользоваться дарами зеленой энергетики круглые сутки, необходим аккумулятор – буферное накопительное устройство, а также инвертор (прибор для преобразования постоянного тока в переменный). «Бесплатную энергию от природы» трудно назвать дешевой.

• Зеленая технология вредит природе не хуже традиционного сжигания любого топлива. Стоит вспомнить особенности производства и, особенно, утилизации панелей и аккумуляторов. Ее экологичность под большим вопросом.
• Такой источник энергии трудно назвать независимым. Вы не имеете точек пересечения с государственными сетями, но не сможете обойтись без компаний, занимающихся обслуживанием, ремонтом систем, продажей комплектующих.
• Не всегда можно выйти на окупаемость системы, чаще технология оказывается убыточной. Дело в невнимательном подборе панелей, низкой производительности, неподходящих климатических условиях.

Разновидности

По способу функционирования солнечные системы делятся на два типа:

• Автономные. Работают там, где нет возможности подключиться к центральной электросети. Минус проявляется в периоды длительного отсутствия солнца (например, зимой), когда есть риск остаться без электроэнергии. Нуждаются в подстраховке дизельным/бензиновым генератором.

• Комбинированные. Система работает автономно, на генерации от солнца, но при необходимости переключается на дублирующий источник (электросеть или тот же дизель). Источники связаны в сеть с помощью приборов, переключение происходит в автоматическом режиме.

Технологии производства и устройства солнечной батареи отличаются, главным образом, методом нанесения кремния. Большинство систем используют модули следующих типов:

• Поликристаллического типа. Бюджетный вариант солнечных батарей, подходит в качестве источника энергии для загородного дома. Существует версия мобильной модели, которую можно взять в путешествие или поход. Недостаток технологии – сравнительно низкая (до 18 %) эффективность.
• Монокристаллический кремний. Панели более надежны в эксплуатации. У них выше срок эксплуатации (до 40-50 лет), стабильнее работа: они сохраняют до 70-80 % мощности на протяжении работы. Панели из монокристаллических элементов демонстрируют эффективность до 22 % (в серии); те, что используются в космической отрасли – до 38 %.

Также возможна установка следующих устройств:

• Мультикристаллический кремний. Модули из мультикристаллического кремния просты в изготовлении, поэтому обладают более доступной стоимостью. КПД доходит до 15 %, служба рассчитана на 25 лет.
• Тонкопленочные батареи. Могут функционировать при рассеянном свете (без прямого солнечного света), что является плюсом в туманном климате или в запыленном воздухе. Это дает дополнительно 10-15 % мощности в год (если сравнивать с традиционными кристаллическими системами).
• Солнечные панели из аморфного кремния. КПД невысокий (6-8 %), зато вырабатываемая электроэнергия – одна из самых дешевых.
• Модели на основе CIGS (полупроводниковые). В состав полупроводника входит медь в смеси с индием, галлием и селеном. В основе изготовления батареи лежит пленочная технология, эффективность достигает 15 %.
• Батареи с использованием теллуида кадмия (CdTe). Изготавливаются по пленочной технологии, отличаются сверхтонким полупроводниковым слоем. КПД не превышает 11 %, зато генерируемая энергия обходится на 20-30 % дешевле, чем у кремниевых моделей.

Видео описание

О солнечных панелях для дома в следующем видео:

Тонкости, важные для выбора

Чтобы оборудование оказалось максимально эффективным, рекомендуют определиться со следующими вопросами:

• Формат использования. Он определяет финансовую сторону. Одно дело – портативная панель, которую можно повесить на окно или взять в поездку, совсем другое – полноценная система, для установки на крышу дома. Стоимость последней зависит от страны-производителя и мощности.
• Характеристики. Чтобы выбрать модель нужного типа и мощности, полезно обратиться к специалистам, но здесь все также упирается в способ использования. Для зарядки фонарика хватит панели мощностью в 3-4 Вт, для дачного холодильника понадобится система до 100 Вт.
• Расположение. Для монтажа солнечных панелей выбирают поверхность, ориентированную на юг, без затененных участков. Угол наклона выбирают равным широте местности и корректируют в зависимости от времени года: летом увеличивают на 6°, зимой на столько же уменьшают

Видео описание

Об установке батарей на частный дом в следующем видео:

Коротко о главном

Солнечные батареи – альтернативный источник энергии, имеющий вид панелей (стационарных или гибких, переносных). Составной частью панелей служат полупроводниковые элементы, способные преобразовывать энергию солнца в постоянный ток. Особенность солнечных батарей состоит в том, что они не могут работать круглосуточно, поэтому нуждаются в дополнительном оборудовании: аккумуляторе и инверторе (для преобразования постоянного тока в переменный).

По способу работы различают автономные и комбинированные системы. Наиболее популярный продукт на энергорынке – это моно- и поликристаллические системы. При выборе подходящей модели важно учесть мощность, подсчитать ценовые затраты. Если вы собираетесь продавать излишки энергии, для подключения к сети необходимо приглашать электрика.

Какой выбрать аккумулятор для солнечных панелей

Альтернативные источники энергии – ветро- и солнечные генераторы – успешно вытесняют централизованные электросети. Но чтобы такие станции были по-настоящему полезными, им необходим эффективный накопитель энергии. В этой статье мы поговорим об аккумуляторе для солнечных батарей, выясним, какой из них лучше и как его правильно выбрать.

Особенности эксплуатации и требования к АКБ для СЭС

Перечислим основные требования к аккумулятору для солнечных электростанций (СЭС). Их немного, но каждое важно.

Электрическая емкость.
От этой характеристики зависит, насколько непрерывным будет электроснабжение. В темное время суток АКБ – основной источник энергии, которого должно хватить до появления возможности подзарядки от солнца.

Срок службы.
Основной фактор – количество циклов заряда/разряда. Не все типы аккумуляторных батарей могут похвастаться большими цифрами, особенно при постоянном глубоком разряде. Кроме того, важен выбор оборудования – оно должно обеспечить правильный режим работы АКБ.

Обслуживание.
Обслуживание батареи должно быть максимально простым. В конце концов, мы хотим чувствовать себя комфортно при пользовании СЭС, а не превращать дом в аккумуляторный цех с горой оборудования и бутылями химических реактивов.

Безопасность.
Батарея должна быть безопасна при эксплуатации. Она не должна греться, выделять ядовитые вещества, что-то испарять, излучать, биться током и пр. Нам не нужны пожары и химические ожоги. Нам требуется свет – качественный и безопасный.

Безопасность зависит от правильной эксплуатации и обслуживания батареи. Потенциально все АКБ опасны, но при соблюдении элементарных, хотя и не всегда удобных правил практически все они безопасны.

Виды и типы аккумуляторов

Выбор АКБ для автономной электростанции начинают с ее типа. Их на сегодня с десяток. Какой выбрать? Кратко рассмотрим основные виды.

Свинцово-кислотные

Имеются в виду батареи с жидким электролитом. В этом виде АКБ пластины погружены в раствор серной кислоты, который плещется в корпусе АКБ в буквальном смысле слова. Это самый простой и доступный вариант. Основной его недостаток – необходимость в трудоемком обслуживании – доливка электролита, замеры плотности, контроль за газовыделением и постоянная вентиляция. Рабочее положение – только вертикальное. Количество циклов заряда/разряда невелико – 100-200.

В батареях этого типа тоже жидкий электролит, но им пропитаны специальные маты из стекловолокна. Такие АКБ называют герметичными, хотя это не совсем так – у них есть специальные предохранительные клапаны для отвода газов. Количество циклов заряда/глубокого разряда больше – до 300-400. Чувствительны к перезаряду, не нуждаются в обслуживании.

GEL (гелевые)

Это тоже свинцово-кислотные батареи, но электролит в них загущен силикагелем до консистенции пасты. Условно герметичные, необслуживаемые. Выдерживают до 450-500 циклов заряда/разряда. Легко переносят разряд до 80%. Работают в любом положении (предпочтительно в вертикальном). Чувствительны к перезаряду (может выпариться вода, долить которую, как и у AGM-конструкции, нельзя).

Панцирные

Свинцово-кислотные, имеют трубчатые электроды, обеспечивающие длительный срок службы – до 1 000 (герметичные) и до 1 500 (малообслуживаемые) циклов заряда/разряда. Отличаются повышенной емкостью при тех же габаритах и долговечностью. Дороже своих обычных собратьев. Стандартная маркировка: малообслуживаемые – PzS, герметизированные гелевые – PzV.

Аккумуляторы OPzS и OPzV

Это все те же панцирные батареи, но для объектов с требованиями повышенной надежности и долговечности. Обычно выпускаются большой емкости (до 1 200 А*ч, минимум 200 А*ч) в стационарном исполнении. Маркируются OPzS (малообслуживаемые в прозрачном корпусе), OPzV (герметизированные гелевые). У этого вида самая большая надежность и самый длительный срок службы из всех вышеперечисленных типов аккумуляторов.

Щелочные

В батареях этого типа используется щелочь. Отличительная особенность таких АКБ – способность выдерживать постоянный глубокий (до 90-98%) разряд без ухудшения характеристик. Количество циклов заряда/разряда – до 1 000. Бывают обслуживаемыми и малообслуживаемыми. Отличаются длительным сроком службы, составляющим для заливных никель-кадмиевых (NiCd) батарей порядка 20-25 лет.

Литиевые

Самые прогрессивные на сегодня батареи с высоким отношением габаритов/емкости. Имеют электроды из лития (отсюда название), электролит в виде пасты. Герметичные, не требуют обслуживания. Но литий-ионные аккумуляторы боятся глубокого разряда и перезарядки (могут загореться). Количество циклов заряда/разряда – до 2 000. Требуют специального контроллера заряда/разряда/балансировки (BMS-плата).

Как выбрать напряжение и емкость батареи

Еще один критерий, по которому выбирается аккумулятор для солнечной панели, – его номинальное напряжение и электрическая емкость. С напряжением все просто. Мы выбираем батарею, на работу с которой рассчитана конкретная солнечная панель. Точнее, ее контроллер. Обычно это 12 В для станций малой мощности и 24 или 48 В для электростанций помощнее.

Теперь о емкости. Теоретически энергии батареи должно хватить до следующего светового дня, когда она вновь начнет заряжаться. Но на практике все не так просто. Во-первых, световой день может оказаться не таким уж световым – пасмурно, снег, дождь. На такой форс-мажор, случающийся нередко, нужен запас.

Во-вторых, и это главное, – чем глубже разряжается аккумулятор, тем меньше он проживет. Для примера взглянем на зависимость количества циклов заряда/разряда и потери емкости от глубины разрядки кислотных АКБ.

Делая запас по емкости, мы существенно продлеваем срок эксплуатации батареи. Теоретически чем больше запас, тем лучше. При очень большой емкости батарея может не успеть зарядиться за световой день, но это другой вопрос – мощности солнечной батареи. Рассматривать его мы не будем – он не входит в тему статьи.

Чрезмерная емкость одновременно решает вопрос с длительной непогодой, когда зарядка АКБ затруднена или вообще не производится. Но лишние ампер*часы – это дополнительные расходы как финансов, так и места. Тут нужно знать меру, чтобы очередная замена блока АКБ не становилась финансовым апокалипсисом.

Выбирая АКБ для солнечной электростанции, обращайте внимание на тяговые, стационарные. Стартерный аккумулятор для этих целей подходит мало – у него небольшой срок службы и он не терпит постоянного глубокого разряда (40% – уже катастрофа).

Подведём итоги — что лучше и выгоднее выбрать

И, наконец, к вопросу, какие аккумуляторы лучше. Однозначного ответа нет. Одни долговечные, мощные, но дорогие. Другие бюджетные, но с посредственными характеристиками. Идеально установить литиевый вариант, но он дорогой и требует покупки специального контроллера. Щелочные, особенно никель-кадмиевые, тоже недешёвые и их непросто найти. А стандартный свинцово-кислотный контроллер, которым комплектуется подавляющее большинство солнечных панелей, придется заменить щелочным (номинальное напряжение ячейки – 1.37 В против 2 В у кислотных).

Оптимальным будет использование свинцово-кислотных батарей. Тем более большинство солнечных панелей комплектуются контроллерами для работы именно с такими типами АКБ. Ниже мы приведем таблицу расчета экономии, ориентируясь по которой, вы сможете выбрать подходящий для вас вариант как по цене, так и по долговечности и эффективности.

Таблица с расчетом стоимости покупки, стоимости цикла и срока службы АКБ (кликните для увеличения)

Мы выяснили, какие аккумуляторы могут стоять на солнечной батарее. Вариантов множество. Какой выбрать – решать вам исходя из желаний и возможностей.