Солнечные батареи для «умного дома»
Оглавление
Чтобы не зависеть от магистральных электрических сетей, многие владельцы загородных домов устанавливают миниэлектростанции, призванные обеспечивать их электроэнергией.
Для этого они используют ветросиловые установки, солнечные батареи, дизель-генераторы, паротурбинные установки.
Но, с точки зрения эффективности, надежности и экологичности, наиболее привлекательными являются установки, основу которых составляют солнечные батареи для «умного дома».
Разновидности солнечных батарей
Прежде всего – что такое солнечная батарея. Это – конструкция, состоящая из набора тончайших кристаллических пластин, изготавливаемых из кремния высокой очистки.
Кремний представляет собой полупроводник, который при освещении его поверхности мощным световым потоком генерирует электрический ток.
Благодаря световому потоку в кристалле кремния создается избыток свободных электронов, создающих значительную разность потенциалов на противоположных сторонах кристалла.
Из кристалла кремния нарезаются пластины, которые затем собираются в модуль, который и является собственно солнечной батареей.
Для съема электричества к обеим сторонам каждой пластины напаиваются ленточные проводники, подводящие ток на выходную шину модуля.
Одна такая ячейка в среднем вырабатывает до полутора ватт мощности. Суммарная мощность модуля зависит от его величины, количества пластин и эффективности каждой пластины в отдельности.
В зависимости от структуры полупроводника различают:
- солнечные батареи на базе монокристаллического кремния;
- солнечные батареи на базе поликристаллического кремния;
- солнечные батареи на базе аморфного кремния.
Кроме кремниевых элементов существуют другие материалы и соединения, преобразующие солнечный свет в электричество.
Монокристаллические элементы
Для изготовления монокристаллических пластин специально выращиваются кристаллы из кремния самой высокой очистки. Выращенные кристаллы имеют цилиндрическую форму.
Затем специальными инструментами этот кристалл нарезается на пластины размером 100×100 миллиметров, толщиной не более 300 микрометроыв. Углы пластин закругленные, так как исходная форма заготовки – цилиндр.
Цвет и структура пластин однородные, что свидетельствует о высокой чистоте материала. Современные серийные монокристаллические элементы долговечны – производители гарантируют до 25 лет.
Их эффективность достигает 22%. В пластины впаиваются ленточные гибкие проводники, подключаемые затем на общие выходные шины.
Количество ячеек в модуле зависит от того, на какую мощность рассчитана данная солнечная батарея. Закрепленные на подложке в раме ячейки либо ламинируются прочной пленкой повышенной прозрачности, либо рама закрывается антибликовым закаленным стеклом.
Поликристаллические элементы
Поликристаллические ячейки для своего изготовления не требуют столь жестких технологических условий, как монокристаллы. Для их изготовления в ванну с расплавленным кремнием опускают затравку и ждут, пока кремниевая масса не остынет.
Затем из полученного кристалла нарезают квадратные пластины толщиной от 300 до 500 микрометров. Поскольку в поликристаллических ячейках микрокристаллы ориентированы в разные стороны, эффективность таких пластин ниже, чем у монокристаллических.
От монокристаллических ячеек поликристаллические отличаются цветом (более светлые), строго квадратной формой и расположением токоведущих частей. У современных серийных поликристаллических элементов эффективность колеблется от 15% до 18%.
Поэтому для получения мощности, равной мощности монокристаллического модуля, необходима солнечная батарея большей площади. Сборка солнечных батарей и их поликристаллических пластин аналогична сборке монокристаллических.
Аморфные солнечные батареи
Что касается аморфного кремния, то это – некристаллическая форма химического элемента, используемая для фотоэлементов и тонкопленочных транзисторов жидкокристаллических экранов. Как материал для тонкопленочных гелиевых батарей, он осаждается на любые гибкие прозрачные подложки.
Кремниевые аморфные элементы имеют низкую эффективность, но технология их производства является экологически самой чистой, так как не использует никаких токсичных металлов. На базе аморфного кремния к настоящему времени создано три поколения гелиевых батарей.
Тонкие пленки, созданные на основе аморфного кремния, распространены не так широко, как кристаллические элементы (из-за своего низкого КПД). Максимальный КПД, полученный на пленках третьего поколения, равен 12%.
Но эти фотоэлектрические преобразователи значительно дешевле кристаллических и намного легче. Их можно установить практически на любую поверхность.
Перспективные разработки солнечной фотовольтаики
Перспективные разработки ученых всего мира в большей степени касаются развития «малой» солнечной фотовольтаики. Гигантские гелиевые электростанции мощностью в сотни мегаватт построены на традиционных кремниевых элементах.
А вот разработки для локальных целей уходят в совершенно другую область. Это и нанотехнологии, и натуральные красители, и моделирование процессов фотосинтеза, воспроизведение строения зрительных органов некоторых насекомых.
Компания Dyesol из Австралии создает систему фотовольтаики будущего. Базовым элементом этой системы являются многоцветные «Грэцель-ячейки».
Принцип их работы аналогичен принципу работы зеленых листьев растений. Материал, из которого состоят ячейки, реагирует на свет, создавая на пленке разность потенциалов.
В недавно построенном Конференц-Центре в швейцарской Лозанне фасадные и оконные покрытия выполнены из полимерных пленок на базе «Грэцель-ячеек», обеспечивая здание электроэнергией.
В Германии, в Кассельском университете в результате длительных изысканий был получен строительный материал DysCrete, в котором были объединены свойства бетона и солнечной фотоэлектрической ячейки.
В бетон подмешивались красители, в основе которых были фруктовые экстракты, причем, бетон выполнял роль электрода, а фотосинтез происходил в красителях. Стройматериалы из цветного бетона предполагается использовать в качестве электрогенерирующих компонентов зданий и сооружений.
Конструктивные особенности солнечных батарей
Наиболее простым решением при сборке домашней гелиевой электростанции является установка солнечных батарей на юго-западном склоне крыши. При таком размещении и неподвижности конструкции фотоэлементы будут принимать до 75% – 80% светового излучения.
Для получения максимальной отдачи панели устанавливают на подвижных конструкциях, позволяющих поворачивать батареи вокруг горизонтальной и вертикальной осей, обеспечивая слежение за солнцем. Это слежение должно обеспечиваться системой контроля и управления «умного дома».
Заключение
Безусловно, стоимость солнечных батарей, как и остального оборудования для домашней электростанции, немаленькая.
Но, коль скоро решились на создание «умного дома», то следует позаботиться о том, чтобы дом этот был действительно «умным», и создавал максимальный комфорт его обитателям.
Загрузка...
