Андрей Кашкаров - Автономное электроснабжение частного дома своими руками

КПД обычного солнечного элемента на основе кремния колеблется в пределах 10…18 %. Существуют арсенид-галлиевые солнечные элементы, КПД которых в 2 раза выше; из-за очень высокой стоимости они применяются ограниченно, в основном в военной и космической сфере.

При нагревании солнечного элемента (модуля) излучением солнца происходит снижение его рабочего напряжения. Температурный коэффициент для кремния составляет около 0,4 % на 1º С (0,002 В/ºС на один элемент); таким образом, один элемент может нагреваться до температуры +60…70º С.

Для зарядки 12-ти вольтовой аккумуляторной батареи необходимо 36 элементов, что позволит иметь запас по напряжению в сравнении с напряжением полного заряда батареи, и компенсации потерь в контроллере заряда АКБ. При наличии воздушной прослойки между защитным стеклом и элементом потери на отражение и поглощение излучения солнца достигают 20–30 % по сравнению с 12 % без воздушной прослойки.

Учитывая вышесказанное фотогальванические солнечные батареи рекомендуется использовать на их максимальной мощности, только тогда они дают максимальное напряжение и ток.

Такой модуль не боится ни влаги (полностью герметичная клеммная коробка), и мелких царапин, поскольку выполнен на гибкой основе (пластик).

Может применяться для питания любой портативной техники, включая фотоаппараты и видеокамеры с соответствующим напряжением. Несколько аналогичных модулей можно соединять как последовательно (для увеличения напряжения), так и параллельно.

В качестве примера рассмотрим панель для зарядки портативных устройств PowerFilm WeatherPro Solar panel фирмы Sundance Solar (см. рис. 1.13).

Рис. 1.13. Вид солнечной панели PowerFilm WeatherPro Solar panel фирмы «Sundance Solar»

Технические характеристики солнечной батареи

Коэффициент превращения солнца 15–17%

Сила тока солнечной батареи (для зарядки аккумулятора устройства) при U вых=5,5 В, 80 мА

Емкость встроенного Li-ion АКБ 1350 мА/ч

Выходной ток до 1 А

Время заряда от естественного солнечного света 12–15 ч

Подходит для всех типов сотовых телефонов

Имеет разъем для подключения miniUSB

Производство КНР

За источниками альтернативной энергии, безусловно, будущее. Год от года солнечные элементы будут «дешеветь», а их полезная мощность, на радость потребителю, повышаться. Сегодня солнечные батареи (в быту) массово применяются в качестве зарядных устройств небольшой мощности – для сотовых телефонов и другой бытовой техники.

Главным же минусом применения солнечной батареи обычно называют зависимость от ее питания – Солнца; именно поэтому (см. рис. 1.9…1.10) в системе альтернативного источника питания предусмотрена мощная АКБ, которая «отдает» ток в нагрузку в то время, когда солнечная энергия ослабевает, к примеру, ночью.

Немаловажным фактором является и то, что максимальная польза или коэффициент полезного действия (КПД) солнечной батарей имеет место быть тогда, когда солнечные лучи падают на поверхность фотоэлектрических элементов (ФЭЭ) под углом 90º, то есть перпендикулярно. В иных случаях (земля, как известно, постоянно вращается вокруг солнца) при изменении угла падения солнечных лучей и их отражения, эффективность батареи несколько снижается даже в самую солнечную погоду.

В ясную погоду на 1 м² земной поверхности в среднем падает 1000 Вт световой энергии солнца. В зависимости от местности участка земли солнечная энергия поступает неравномерно из-за облачности в пасмурную погоду, есть места, где солнце светит 320…350 дней в году, а есть такие места, где наблюдение солнце вообще считают за праздник.

Исходя из этого, необходимо рассчитать эффективность применения системы обеспечения питания в каждом конкретном случае.

В помощь этому в табл. 1.9 приведены сведения о поступлении солнечной радиации для некоторых городов России. Таблица построена по данным спутников NАSА (актуальность 2015 год).

Таблица 1.9. Примерная таблица солнечной активности (солнечной радиации), для некоторых городов

* К – коэффициент суммарной солнечной радиации по отношению к г. Москва.

На широте Москвы в течение ясного солнечного дня поступает около 3 кВт/час солнечной энергии на 1 м².

В табл. 1.10 представлены сведения о суммарной солнечной радиации применительно к широтам (по ней можно приблизительно высчитать солнечную энергию в других городах).

Таблица 1.10. Суммарная солнечная радиация на разных широтах

Учитывая эти факторы необычным (нетрадиционным) вариантом применения солнечной батареи может быть даже принудительный подогрев почвы или воды на приусадебном участке (при обеспечении ряда условий по монтажу и мощности нагревательных устройств)

• При покупке элементы проверяются на целостность (визуально трещины на элементах видны далеко не всегда). Исправный элемент должен обеспечивать в яркий, солнечный день, заявленный в паспортных данных ток короткого замыкания. Не бойтесь кратковременно замыкать элементы для проверки его целостности; с ним ничего не случится;

• Если в батарее, составленной из нескольких солнечных элементов, окажется всего один испорченный элемент, характеристика всей батареи ухудшается. Максимальный ток, который может дать батарея, состоящая из множества элементов подключенных последовательно, равен максимальному току наихудшего элемента в ее цепи;

• Оптимальным является использование разъемов в виде гнезд для вывода питания батареи;

• Герметизация батареи не только защищает ее от влаги, но и от засорения элементов пылью. Сильное засорение элементов может значительно снизить КПД всей батареи.

Внимание, важно!

Солнечные элементы весьма хрупки! При самостоятельном изготовлении и монтаже батарей следует соблюдать особую осторожность. В промышленных условиях пайка элементов производится раскаленной струей инертного газа, монтаж элементов дома производится посредством низковольтного паяльника с тонким жалом, мощностью не более 25 Вт.

Выводы

Интересно, что в течение первого года эксплуатации солнечные батареи теряют до 1,5 % своей первоначальной мощности из-за старения кремния. Если при изготовлении солнечной батареи был допущен брак, то он может «внезапно» обнаружиться даже через несколько лет после ее первоначальной проверки. Именно поэтому не стоит покупать «дешевые» солнечные батареи, потому, что они в результате могут оказаться очень дорогостоящими (скупой платит дважды и трижды), а также нет смысла покупать впрок (и хранить в консервации до поры до времени).