Преимущества и недостатки гибких батарей
Что нового мы можем получить от гибких панелей? Какими преимуществами они наделены перед другими солнечными батареями?
Вес и размер. Такой вид батарей отличается легкостью и компактностью
Это особенно важно для тех, кто не располагает лишней площадью. К примеру, для размещения тяжелых стандартных панелей на крыше иногда приходится усиливать конструкцию здания, а с гибкими модулями в этом нет необходимости.
Экологичность
Для некоторых покупателей этот показатель является одним из главных, особенно если солнечные батареи используются на даче, в загородном доме, где важно сохранить чистоту окружающей среды. Работа гибких модулей не отражается на состоянии воздуха.
Производительность. Эффективность батарей несмотря на их нестандартное воплощение достаточно высокая. Конечно, они не смогут перебить по выработке монокристаллические, но гибкие кремниевые панели также не в отстающих. Показатель КПД при соблюдении всех правил эксплуатации может доходить до 18%.
Универсальность. Полупроводниковые гибкие батареи более устойчивы к температурным изменениям, и погодные условия меньше отражаются на их продуктивности.
Простота. Вы сможете самостоятельно подключить и использовать гибкие панели для личных или промышленных нужд. Они отличаются простотой эксплуатации.
Большинство потребителей делают выбор в пользу гибких солнечных панелей ввиду их экономичности и экологичности. Используя такой вид альтернативной энергии, вы не наносите ущерба атмосфере.
Но, как и у любого устройства, здесь не может не быть недостатков. Гибкие панели не пользуются такой популярностью, как кремниевые пластины, и это может быть связано со следующими причинами:
- Показатель КПД здесь существенно ниже, и чтобы обеспечить весь дом электроэнергией, придется закупить больше конструкцией с высокой мощностью.
- Минимальный слой напыления и тонкая фольга не смогут прослужить 20, 30, а то и 40 лет, как это удается кремниевым кристаллическим батареям.
- Гарантийный срок эксплуатации от производителя составляет всего 3 года.
- Уже после 5 лет некоторые фотоэлементы могут приходить в непригодность.
Гибкие панели – это новый вид технологий в мире солнечных электростанций. Они еще не достигли пика своих возможностей, и инженеры каждый день работают над их усовершенствованием. Как и любые другие панели, они отличаются высокой стоимостью и длительным сроком окупаемости. Поэтому в большинстве случаев их используют в качестве дополнительного источника питания.
Это интересно: Выбираем зеркало в ванную комнату с подсветкой — объясняем развернуто
II. Небольшие гибкие солнечные батареи – 20 ватт.
У этого же продавца в перечень самых продаваемых панелей вошла довольно компактная версия 420 на 330 мм, толщиной также всего 3 мм. В комплект входит:
- переходник на прикуриватель;
- адаптер с парой USB-коннекторов;
- один провод с зажимом-«крокодилом».
Предназначение и параметры
Такая панель также подразумевает установку на крыше автомобиля или катера, а может использоваться для подзарядки аккумулятора автомобиля, с подключением через коннектор.
Заявленная пиковая мощность, согласно сертификату – 20 ватт. Проверил.
1. На солнце она действительно выдала этот показатель – 20 вольт и 1 ампер.
2. Через USB в помещении, даже через чистое стекло, у меня получилось выжать при зарядке смартфона только 0,3 — 0,5 ампера.
3. Подключил светодиодную ленту – на это раз длинную, на 55 метров сразу. Обнаружил, что даже если совсем отвернуть панель от окна на 180 градусов, диоды все равно горят! Пусть и не слишком ярко.
4. После разворота и установки гибкой панели у окна полноценную яркую подсветку удается обеспечить без проблем.
Мой вариант применения
Лично я такие панели использую и планирую использовать в дальнейшем для подзарядки уличных светильников. Точнее, их аккумуляторов через контроллер. Хотя большинство людей покупают данную версию в авто и на природу. Если вас интересует больше информации – в магазине о ней очень много отзывов.
Кстати, мои уличные светильники работают уже 3 года только от энергии солнца и встроенных в них аккумуляторов, рассчитанных на 18 часов непрерывной. Так что плюс от такого альтернативного источника энергии серьезный.
И последнее. Существует вариант подключать такие панели к портативным камерам видеонаблюдения. Это тоже очень интересная идея. Одну из таких камер я уже сделал полностью автономной, за счет использования именно такой солнечной панели. И сейчас тестирую этот гибрид. В будущем постараюсь сделать обзор – не пропустите.
Устройство гибких солнечных панелей
Преобразование энергии солнца в электрическую люди изучили достаточно давно, но коммерческие образцы солнечных панелей появились на рынке только в последние годы. Ещё несколько десятилетий назад они использовались только в космонавтике или военной сфере. Сейчас выпущено множество устройств, которые функционируют от солнечной энергии. В качестве примера можно привести калькуляторы, аккумулятор для телефона с солнечной панелью, солнечная батарея для зарядки автомобильной АКБ, всевозможные водонагреватели и системы обогрева частных домов.
Самые первые солнечные батареи были тяжёлыми и крупногабаритными. Кроме того, у них был небольшой КПД. Но постепенно конструкция совершенствовалась, размеры уменьшались, а эффективность росла. Сейчас им уже не требуется максимальный солнечный свет для выработки электричества. Затем появились гибкие солнечные батареи, что стало существенным прорывом в области альтернативных источников энергии.
Гибкая панель – это полупроводниковый слой, который напылён на тонкую подложку. Современные образцы имеют толщину около 1 микрометра. При этом по производительности они примерно соответствуют обычным кристаллическим моделям. Первоначально такие батареи производились на базе аморфного кремния. Затем стали использовать:
- диселениды медь-индий, медь-галлий;
- теллуриды и сульфиды кадмия;
- полимерные соединения.
Чтобы увеличить эффективность гибких панелей производители используют многослойную конструкцию. В таких полупроводниковых модулях происходит отражение света и его преобразование происходит несколько раз. Современные технологии позволяют выпускать достаточно износостойкие и прочные панели, которые имеют малую толщину и все. Такие солнечные батареи можно складывать, сгибать, сворачивать. Естественно, что это нужно делать «без фанатизма». На грубую силу они не рассчитаны, но поход или туристическую поездку переносят без проблем.
Какие характерные особенности имеют гибкие солнечные модули? Можно назвать следующие:
- Есть возможность использования на криволинейной поверхности;
- Вырабатывают электричество даже в облачную погоду. То есть, имеют высокую общую выработку энергии;
- Эффективны в южных широтах;
- Высокий уровень оптического поглощения лучей солнца. То есть, более полное усвоение и переработка солнечной энергии;
- Хорошо работают в составе мощных гелиоустановок. По этой причине первоначально гибкие панели использовали на крупных гелиостанциях.
Стоит отметить и ещё один важный плюс гибких модулей. Они дешевле, чем кристаллические панели. Это положительно сказывается на конечной цене изделий из них. Не обходится и без недостатков. Гибкие батареи при одинаковой площади с кристаллическими моделями имеют в два большую площадь поверхности. А значит, занимают больше места при размещении.
Гибридная солнечная панель
Стоит отдельно сказать про такую разновидность солнечных панелей, как гибридные. Это название они получили за то, что умеют вырабатывать сразу два типа энергии, тепло и электричество.
Гибридные солнечные панели, ещё называемые PVT, являются соединением фотоэлектрической батареи и коллектора тепла. Этот симбиоз даёт возможность в 2 раза уменьшить площадь развёртывания системы из теплового коллектора и фотоэлектрических батарей на каком-нибудь здании.
Существенный плюс заключается в том, что гибридная панель имеет возможность отбирать избыточное тепло от фотоэлементов. Это обеспечивает теплоноситель в коллекторе. Именно нагрев фотоэлемента уменьшает эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую. В случае гибридной батареи эта проблема частично решается.
На практике гибридные панели пока не получили широкого распространения. В настоящий момент они успешно используются в роли тепловых насосов, нагрева воды в бассейне, аккумулирования тепла скважины и т. п.
https://youtube.com/watch?v=t5Os8yisXI0
Это интересно: Как правильно паять светодиодную ленту — разбираемся детально
Устройство
Гибкие солнечные панели устроены особым образом. Их изготавливают из пленки различных полупроводников.
Материалы обычно применяют в качестве портативного зарядного устройства для гаджетов и небольшой переносной аппаратуры.
Если требуется большое количество энергии, используют рулонные панели с большой площадью модулей.
Главные отличия
Тонкие солнечные батареи и полугибкие пластины имеют ряд отличий от кристаллических устройств:
- маленькая толщина;
- гибкость;
- легкий вес.
Немного о технологии
Гибкие солнечные батареи изготавливают по такому принципу – на гибкую пластину, чаще всего полимерную, напыляют полупроводниковое соединение.
Некоторое время назад в качестве материала для покрытия основания использовали аморфный кремний. В результате получались аморфные солнечные батареи.
Однако такие элементы отличались низкой производительностью фотоэлементов. В результате они сменились материалами из селенидов и теллуридов. Это позволило существенно повысить производительность фотоэлементов.
Наибольшей популярностью пользуются гибкие солнечные батареи из меди-галлия-индия селенида. Вещества распыляются на основании один за другим или все вместе. Это позволяет получить тонкопленочные солнечные батареи с равномерными фотоэлементами.
Метод суспензии
Тонкие солнечные батареи производят еще одним способом – суспензии. Суть – использование суспензированных частиц оксидов металлов. Вещество для нанесения на поверхность доводят до нужных параметров, после чего используют по назначению.
Процесс изготовления солнечных элементов в этом случае походит на трафаретную печать, где суспензия – это чернила, а пленка – лист.
В качестве основания могут быть использованы такие материалы:
- пластик;
- стекло;
- фольга и другие.
Преимущества методики – фотоэлементы ложатся ровно и распределяются равномерно. Еще одно достоинство – низкие затраты. Недостаток – небольшой процент КПД.
Устройство прожекторов с солнечными батареями
Прежде всего, следует отметить, что в прожекторах с солнечными батареями (гелиопрожекторах), в отличие от подключаемых к проводной сети переменного тока в качестве источника света, используются только светодиоды. Это может быть всего один LED либо панель, на которой их несколько штук или десятков. Уличные прожекторы, работающие от солнечных батарей, производят различного назначения, конструкций и моделей. Независимо от этого все они работают по одному принципу и состоят из следующих одинаковых основных модулей и узлов.
Светодиодный источник света. Конструктивно он мало чем отличается от аналогичного модуля прожекторов с другими типами ламп и представляет собой прочный корпус со стеклом или линзой, внутри которого имеется рефлектор (зеркальная отражающая поверхность, собирающая лучи света и концентрирующая их в определенном направлении) и непосредственно сам источник света (LED). Корпус, как и в устройствах с лампами, тоже выполнен с соответствующим классом защиты от влаги и пыли, зависящим от назначения и места установки прожектора.
Солнечная батарея или еще ее называют фотомодуль. Представляет собой несколько конструктивно объединенных фотоэлементов, которые преобразуют солнечную энергию, воспринимаемую ими, в постоянный электрический ток. Последний расходуется на работу светодиодов и зарядку аккумуляторных батарей.
Аккумулятор. Служит для накопления электрической энергии, поступающей от фотомодуля в течение светового дня, и обеспечения ею светодиодов в темное время суток и при недостаточном естественном освещении, когда солнечная батарея неспособна производить ток в нужном для работы LED количестве. В зависимости от модели и мощности гелиопрожектора аккумуляторов в нем может быть от 1-го до нескольких, включая дополнительные, предназначенные для обеспечения работы светодиодов на протяжении 5 ночей в случаях, когда погодные условия в светлое время суток не позволяют произвести полную зарядку 1-й батареи.
Прожектор с солнечной батареей
Контроллер. Управляет работой прожектора. Простейший его вариант – фотореле (датчик освещенности). Оно выполняет только 1 функцию – отслеживает уровень естественного освещения и, в зависимости от него, включает/выключает светодиоды. Чувствительность фотореле (уровень освещения, при котором оно срабатывает) регулируется.
Более сложные котроллеры, помимо этого, обеспечивают выполнение одной или нескольких функций, привиденных ниже. Позволяют задать нужное время работы светодиодов в темное время суток, оптимизируют процессы зарядки и разрядки аккумуляторных батарей, автоматически переключают гелиопрожектор на питание от подведенной электросети переменного тока, если это предусмотрено конструкцией осветительного устройства. В прожекторном оборудовании, обеспечивающем архитектурное, фасадное либо рекламное освещение, устанавливается программируемый контроллер. Он управляет работой светодиодов по заложенной в него программе и не только включает/выключает их, когда это требуется, но также регулирует интенсивность и изменение цвета излучения.
Гелиопрожекторы могут быть дополнительно оснащены ветрогенератором и датчиком движения. Первое устройство служит дополнительным источником электроэнергии, что особенно актуально в регионах с коротким световым днем и в случаях недостаточного естественного освещения из-за погодных условий. Датчиком движения оснащают прожекторы, предназначенные для установки в местах, где нет необходимости в постоянном непрерывном освещении. Он позволяет сократить расход электроэнергии аккумуляторов до минимума, включая светодиоды только в момент и на время появления в зоне своей «видимости» объектов, на которые настроен. Для этого надо правильно отрегулировать датчик движения прожектора.
Корпус гелиопрожектора. В зависимости от мощности и назначения осветительного устройства он может объединять все вышеперечисленные модули в себе либо источник света устанавливается в одном месте, а солнечная батарея с остальными комплектующими в другом. В любом случае, его исполнение у уличных прожекторов по уровню защиты от пыли и влаги имеет класс не ниже IP 65, для устанавливаемых на грунт – IP 67, подводного применения – IP 68, а для условий высокой взрывоопасности – в специальном взрывозащищенном корпусе.
https://youtube.com/watch?v=Z6oQiQ3027g
Применение
Устройства, преобразующие свет в электрический ток, давно нашли свое применение. Гибкие солнечные панели облегчают жизнь людей во многих сферах деятельности, от бытового уровня до космических разработок.
При архитектурной отделке домов гибкие панели монтируют на крышах и в окнах зданий. Стекло «триплекс» с функционалом солнечной генерации собирает энергию света, не нарушая прозрачность окон и создает приятный микроклимат в помещении. В комнатах, где установлены окна с триплексом, можно обходиться без кондиционера.
Небольшой вес панелей делает их востребованными в самолетостроении, ими оснащают электрические автомобили, лодки, аэростаты. Нашли свое применение гибкие конструкции в военном деле, судостроении, кинематографе, их применяют работники полиции и МЧС.
Пленочную батарею можно встретить на часах, калькуляторах, в качестве нашивок на одежде, на чехлах. Некоторые модули созданы для ношения на сумках и рюкзаках. Power bank с солнечными фотоэлементами позволяет в экспедициях и походах заряжать телефоны, планшеты, фонарики, фотоаппараты.
Фотопанели на основе аморфного кремния нашли свое применение на космических станциях, с учетом малого веса, их легко доставить на околоземную орбиту, а энергоемкость подобных конструкций в пять раз превышает кристаллические варианты. Удобно использовать солнечные панели на объемных гелиостанциях, где достаточно места для их размещения.
Эффективность батарей гелиосистемы
Один фотоэлемент даже в полдень при ясной погоде выдает совсем немного электроэнергии, достаточной разве что для работы светодиодного фонарика.
Чтобы повысить выходную мощность, несколько ФЭП объединяют по параллельной схеме для увеличения постоянного напряжения и по последовательной для повышения силы тока.
Эффективность солнечных панелей зависит от:
- температуры воздуха и самой батареи;
- правильности подбора сопротивления нагрузки;
- угла падения солнечных лучей;
- наличия/отсутствия антибликового покрытия;
- мощности светового потока.
Чем ниже температура на улице, тем эффективней работают фотоэлементы и гелиобатарея в целом. Здесь все просто. А вот с расчетом нагрузки ситуация сложнее. Ее следует подбирать исходя из выдаваемого панелью тока. Но его величина меняется в зависимости от погодных факторов.
Гелиопанели выпускаются с расчетом на выходное напряжение, кратное 12 В – если на аккумулятор надо подать 24 В, то две панели к нему придется подсоединить параллельно
Постоянно отслеживать параметры солнечной батареи и вручную корректировать ее работу проблематично. Для этого лучше воспользоваться контроллером управления, который в автоматическом режиме сам подстраивает настройки гелиопанели, чтобы добиться от нее максимальной производительности и оптимальных режимов работы.
Идеальный угол падения лучей солнца на гелиобатарею – прямой. Однако при отклонении в пределах 30-ти градусов от перпендикуляра эффективность панели падает всего в районе 5%. Но при дальнейшем увеличении этого угла все большая доля солнечного излучения будет отражаться, уменьшая тем самым КПД ФЭП.
Если от батареи требуется, чтобы она максимум энергии выдавала летом, то ее следует сориентировать перпендикулярно к среднему положению Солнца, которое оно занимает в дни равноденствия по весне и осени.
Для московского региона – это приблизительно 40–45 градусов к горизонту. Если максимум нужен зимой, то панель надо ставить в более вертикальном положении.
И еще один момент – пыль и грязь сильно снижают производительность фотоэлементов. Фотоны сквозь такую “грязную” преграду просто не доходят до них, а значит и преобразовывать в электроэнергию нечего. Панели необходимо регулярно мыть либо ставить так, чтобы пыль смывалась дождем самостоятельно.
Некоторые солнечные батареи имеют встроенные линзы для концентрирования излучения на ФЭП. При ясной погоде это приводит к повышению КПД. Однако при сильной облачности эти линзы приносят только вред.
Если обычная панель в такой ситуации будет продолжать генерировать ток пусть и в меньших объемах, то линзовая модель работать прекратит практически полностью.
Панели устанавливать надо так, чтобы на пути солнечных лучей не оказалось деревьев, зданий и иных преград.
Немного из истории технологии
Несмотря на то, что сейчас такие панели стоят недешево, себестоимость при их производстве невысока. Поэтому в ближайшее время есть шансы как снижения цены, так и выхода их в лидеры по сравнению с жесткими вариантами.
Тонкопленочные солнечные батареи легки, эластичны, их можно разместить везде, даже на одежде, если есть такая необходимость. Что касается полупроводников, входящих в состав их конструкции, они уже давно используются при производстве современных тонких и легких гаджетов — смартфонов, планшетов, ноутбуков. Чем больше энергии нужно, тем больше должна быть и площадь панели. Однако солнечная батарея, гибкая основа которой имеет очевидные преимущества перед жесткой, не займет много места.
Что касается коэффициента полезного действия, невзирая на его скромные показатели, он постоянно улучшается при производстве. Так, самые первые гибкие солнечные батареи имели в своей основе аморфный кремний, который наносился на подложку. КПД их был невысок, от 4 до 5%, а работали они минимальное количество времени. Далее производителям удалось повысить КПД солнечных батарей в два раза, до 8%, а срок работы панелей постепенно стал таким же, как и у жестких предшественниц. Последнее поколение разработок имеет КПД уже 12%. По сравнению с первым опытом, это уже очевидный прогресс.
Известно, что гибкая солнечная панель является самой перспективной, если для ее изготовления применяется теллурид кадмия. Он прекрасно поглощает свет и был подробно исследован еще в 70-х годах прошлого столетия, когда речь шла об освоении космического пространства. Долгое время исследователи сомневались в том, токсичен он или нет. Сейчас уже выяснено, что в быту он не является опасным. КПД таких гибких панелей составляет около 11%, а цена за 1 ватт электроэнергии оказалась на одну треть меньше, чем у аналогов на кремниевой основе.
Схема электропитания
В цепь солнечного электроснабжения дома входит несколько элементов. Каждый из них выполняет свою функцию и должен присутствовать в системе. Электропитание от гелиобатареи включает такие устройства:
- панели;
- инвертор;
- контроллер;
- аккумуляторы.
Контроллер выполняет защитную функцию как для панелей, так и для аккумуляторов. Он не даёт проходить обратным токам ночью и в облачную погоду, а также защищает АКБ от полной разрядки или чрезмерной зарядки.
Инвертор трансформирует постоянный ток в переменный. Из 12 Вт или 24 Вт получается 220 Вт. Не стоит включать в систему автомобильные аккумуляторы, так как они не способны переносить постоянные заряды и разряды. Лучше всего для этой цели использовать специализированные аккумуляторы.
Плюсы и минусы
Мягкое исполнение выигрывает у аналогов по следующим пунктам:
- небольшой собственный вес;
- эластичность;
- универсальность;
- экологичность;
- компактные размеры;
- высокая производительность;
- экономичность;
- комфортность эксплуатации.
Важность физических параметров и габаритов обуславливается тем, что при доставке электроэнергии в полноценный жилой или производственный объект используется много панелей. Если каждая из них будет толстой, тяжелой, крупной, возникнут сложности при установке, придется дополнительно усилить каркас сооружения
В итоге это повлечет дополнительные расходы. Компактные, легкие гибкие солнечные батареи не представляют собой опасность для кровельного настила, они не оказывают влияния на распределение несущей нагрузки.
Кремниевые вариации характеризуются высокой производительностью, они перерабатывают в электричество, в среднем, 20% солнечного излучения. Аморфные экземпляры не так остро реагируют на пасмурную погоду, по сравнению с жесткими конструкциями: последние в не солнечные дни выдают только 10% потенциальной мощности, эластичные модули работают на 50% от номинальной производительности.
Гнущиеся изделия позволяют полноценно использовать площадь кровли, имеющей неровный рельеф, например, черепичной. Универсальную продукцию с одинаковым удобством можно монтировать на фасад или крышу объекта. При этом она сохраняет достоинства жестких каркасных панелей – возможность использования неограниченного ресурса солнечного света, экологическую чистоту решения.
Нельзя забывать о недостатках технологии, в частности, о необходимости ее дальнейшего совершенствования. Моно- и поликристаллические жесткие решения все еще опережают ее по производительности.
Считаются уязвимостью следующие факторы:
- долгий срок окупаемости;
- при монтаже приходится докупать дорогостоящее вспомогательное оборудование;
- высокая стоимость продукции;
- беззащитность перед атмосферными проявлениями.
Существенным минусом является небольшой эксплуатационный ресурс мягкого решения: быстро изнашиваются тонкое напыление и фольга, гарантийный срок, в среднем, составляет 3 года.
Сколько стоит солнечная батарея
Продажа солнечных батарей – дело выгодное и перспективное. Объем продаж увеличивается ежегодно. На первом месте по продажам – китайские производители, продукция которым отличается низкой стоимостью. Такая ситуация привела к банкротству крупных немецких брендов, стоят которые вдвое дороже китайских солнечных батарей.
Стоимость солнечных батарей зависит от производителя и мощности, и имеет огромный разброс – от 1800 грн. до 9000 грн. (для Украины), от 5 тыс. рублей до 30 тысяч (для России). Стоимость этих батарей SunCharger SC- 9/14 и SunCharger SC-34/18 тоже высокая (надо же платить за отличные характеристики). Она составляет соответственно 6100 и 20700 рублей. Но, в сравнении с гибкой батареей фирмы AcmePower 32 Вт, цена за которую равна 27 тысяч рублей, эта батарея гораздо дешевле.
Солнечная батарея SunCharger SC- 9/14
Солнечная батарея SunCharger SC-34/18
