Солнечная панель для квартиры
Прошёл месяц, как я приобрёл и установил комплект автономного енергоснабжения для своей квартиры. Делюсь впечатлениями:
Приоритетом установки было обеспечение стабильного энергоснабжения в условиях периодических отключений и скачков напряжения. Экономия не была основной целью - скорее приятный дополнительный бонус.
Был приобретён гибридный инвертор на 1,2 кВт, одна солнечная панель на 410 Вт (размер 1720х1120мм), аккумулятор автомобильный на 100 Ач., провода для подключений.
Рамку крепления для панели сварил сам из профильной трубы.
Аккумулятор установил на утеплённом балконе, на случай возможного испарения электролита.
Панель прикрепили на стену дома на юго-восточной стороне. Инвертор - в кухне под окном. От инвертора протянул отдельную электро проводку для подключения приборов, а именно: холодильник, вытяжка с подсветкой, wi-fi роутер, телевизор, колонка, робот-пылесос, компьютер и настольная лампа.
Новая проводка была спрятана под плинтус. Получилось не заметно.
Общие впечатления: проблема с отключениями электроэнергии и сглаживанием возможных скачков напряжения решена. Максимально на аккумуляторе продержался холодильник, часы и роутер -7 часов, потом запищал инвертор, сообщив о низком заряде. Это отключение света было ночью, поэтому от панели аккумулятор не подзаряжался.
Учитывая что ориентация панели на юго-восток, примерно с 6 утра до 13.30 питание подключенных приборов производится только от солнца. Потом, до заката, инвертор переключается то на сеть, то на панель. Средняя нагрузка 100-250 Вт/ч. Если включить все приборы - около 500 Вт.
Что касается экономии - она есть, но небольшая (около 25%), так как основной потребитель электричества: электро-водонагреватель и освещение- только от сети.
Ещё стоит сказать о большом, как оказалось, минусе. Это шумность вентиляторов охлаждения инвертора. Приходилось закрывать и днём и ночью дверь в кухню, что бы шум не мешал. Проблему решил заменив родные вентиляторы на "безшумные" на гидродинамических подшипниках. Гарантию конечно потерял, но теперь в квартире тихо (есть лёгкий аэродинамический шум, но это не сравнить с тем, что было). Кому интересны подробности, по возможности отвечу в коментариях.
В России улучшили солнечные панели за счет особых наночастиц
Сотрудники ЛЭТИ из Санкт-Петербурга в сотрудничестве с научными коллективами Физико-технического института имени Иоффе и Национального медицинского исследовательского центра имени Алмазова успешно осуществили создание уникальных наночастиц и их интеграцию в структуру солнечных батарей, что существенно увеличило их срок службы.
На данный момент производство фотоэлектрических элементов в основном осуществляется с использованием кремния, что является достаточно затратным и при этом панели обладают ограниченной эффективностью преобразования солнечного света в электроэнергию. В качестве альтернативы применяется перовскитная технология, которая показывает лучшие результаты по многим параметрам, однако такие панели склонны к быстрой деградации под воздействием кислорода.
Представитель ЛЭТИ Роман Крюков уточнил, что использование углеродных наночастиц в солнечных батареях на основе перовскита (титаната кальция) позволяет устранить ряд проблем, возникающих при коммерческом использовании таких панелей.
Кроме того, Крюков подчеркнул, что будущее использование сложных перовскитовых структур с углеродными квантовыми точками может оказаться решающим в производстве инновационных компонентов для солнечных панелей и фотодетекторов, что позволит России сократить технологическое отставание от мировых лидеров в этой области.
Научные сотрудники уже полностью исследовали и подтвердили высокие эксплуатационные характеристики перовскитовых ячеек с добавлением углеродных наночастиц, в частности их износостойкость и устойчивость. В настоящее время они разрабатывают технологии для нанесения перовскитных пленок, что откроет путь для масштабирования данной технологии.
Солнечная энергия или обычная? Ученые Пермского Политеха рассказали про эффективность солнечных батарей
Bill Mead. Unsplash
В День Солнца (3 мая) ученые Пермского Политеха рассказали, как можно из солнечных лучей получить электричество, что спрятано внутри солнечных батарей, почему они зимой эффективнее чем летом, как поможет сэкономить аккумулятор от электромобиля и кому выгоднее установить солнечные панели, а не тянуть провод от ТЭЦ.
Как солнце превращается в электричество?
В качестве основного строительного материала для солнечных батарей используется кремний — его запасы в виде песка довольно обширны. Для производства полупроводниковых фотоэлементов, из которых потом собираются солнечные батареи, этот природный металл проходит определенные стадии очистки и переработки, после чего превращается в тонкие кристаллические пластины.
— Фотоэлемент для солнечной панели представляет собой «слоеный пирог» из двух кремниевых пластин. Поверхность каждой из них пронизана медными проводниками, служащими для сбора заряженных частиц. В верхнюю пластину, обращенную к солнцу, добавляют атомы фосфора. Они замещают часть атомов кремния в кристаллической пластине и увеличивают количество отрицательных электронов в ней. Нижняя пластина содержит атомы бора, которые увеличивают количество положительных квазичастиц. При контакте полупроводников с положительными и отрицательными зарядами образуется тонкий слой, называемый p-n (positive-negative) переходом. В этом тонком слое появляется электрическое поле, благодаря которому образуется электрический ток, — рассказывает Анатолий Перминов, доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой общей физики ПНИПУ.
Верхний слой фотоэлемента обычно делают тоньше нижнего. Лучи света (необязательно солнечные) должны свободно и с минимальными потерями проходить через верхний слой и попадать на p-n переход. Некоторые электроны в кристалле поглощают солнечную энергию и отрываются от атомов, становясь свободными. На месте отделившегося электрона появляется область положительного заряда («дырка»), которую можно рассматривать как свободную квазичастицу. Процесс возникновения большого количества свободных электронов и дырок под действием света в фотоэлементе называют рекомбинацией. В условиях электрического поля в p-n переходе электроны и области положительного заряда начинают двигаться упорядоченно к верхней и нижней границе фотоэлемента, где они попадают на медные проводники. В итоге фотоэлемент превращается в источник электрического тока с отрицательным полюсом сверху и положительным полюсом снизу. Такой источник тока может быть подключен к внешней электрической цепи и питать различные электрические устройства и приборы.
Какие панели эффективнее и почему?
— Солнечные батареи собирают из фотоэлектрических ячеек, соединяя их так, чтобы они выдавали требуемое напряжение и мощность. Часто напряжение, выдаваемое солнечной панелью, кратно 12 Вольт, а мощность одной солнечной панели может варьироваться от 30 до 350 Ватт. Коэффициент полезного действия (КПД) находится в пределах от 17 до 24 %, то есть он достаточно небольшой. Эта величина во многом зависит от того, на какой основе сделаны солнечные панели. Если фотоэлектрические ячейки выполнены из монокристаллов кремния (одна ячейка – единый кристалл), то КПД таких панелей более 20%. Если в конструкции панелей используются фотоэлементы, сделанные из поликристаллов, то коэффициент полезного действия существенно снижается, — объясняет Анатолий Перминов.
Панели на монокристаллах значительно дороже поликристаллических аналогов. Срок нормальной эксплуатации современных солнечных панелей на основе кремния составляет более 30 лет, но надо учитывать, что кремниевые фотоэлектрические элементы со временем деградируют: выдаваемая такими устройствами электрическая мощность уменьшается примерно на 10% каждые 10 лет активной эксплуатации.
Как увеличить выработку энергии?
Размер солнечной панели, тип соединения фотоэлементов в ней определяются мощностью и напряжением, которые необходимо получить. Как правило, солнечные панели имеют относительно небольшие размеры, но их можно соединять между собой, повышая, таким образом, вырабатываемые напряжение и мощность. Чем больше общая площадь солнечной панели, тем большее количество электрической энергии можно получить.
— Несколько соединенных солнечных панелей представляет собой солнечную электростанцию. Нужно помнить, что солнечная панель производит постоянное напряжение, и ток, который мы напрямую подадим от нее потребителю, тоже будет постоянным. Для преобразования постоянного напряжения в переменное для питания большинства бытовых и промышленных приборов совместно с солнечными панелями необходимо использовать специальные устройства — инверторы, — рассказывает Анатолий Перминов.
Если нет солнца, то от солнечных батарей не будет толку?
Солнечные батареи работают при любом освещении и в любую погоду. Естественно, что в ясную солнечную погоду их эффективность существенно выше, чем тогда, когда облачно, идет дождь или снег. В ночное время выработка электроэнергии солнечными панелями практически прекращается. Поэтому в оборудование любой солнечной электростанции, кроме набора солнечных панелей и инверторов, должны входить еще и аккумуляторные батареи большой емкости. Они будут накапливать избыток электрической энергии, вырабатываемой солнечными панелями днем в ясную погоду или в отсутствии потребителей. Аккумуляторы отдают накопленную энергию в темное время суток и в те часы, когда потребление электроэнергии максимально и не может быть полностью обеспечено только солнечными панелями.
— Важно также отметить, что порядка 30-35% от стоимости солнечной энергетической установки занимают аккумуляторные батареи. К тому же если солнечная панель способна проработать 25-30 лет, то аккумуляторные батареи — всего 7-8 лет, потом их потребуется заменить и вновь потратить до 30% от всей стоимости солнечной энергетической установки, — добавляет Александр Сурков, кандидат технических наук, доцент кафедры охраны окружающей среды ПНИПУ.
В чем достоинства и недостатки солнечных панелей?
Прежде всего — в отсутствии выбросов в атмосферный воздух при производстве электрической энергии, что обусловлено технологией самих панелей. Они также обеспечивают автономность от сети. Это может быть полезно в случае, например, природных катаклизмов, когда сильный ветер обрывает линии передач. Владельцам собственной электростанции не придется ждать, когда ремонтные службы вернут электричество в дом.
— Еще одно достоинство солнечных панелей связано, как ни странно, с электромобилями. Дело в том, что энергетическую установку электромобиля (его батарею), например, когда она деградирует до 70-80%, можно использовать в системах генерации энергии от ветра или от солнца. Таким образом, получится продлить жизненный цикл солнечной электростанции и аккумулятора электромобиля. И сэкономить средства, конечно, — Александр Сурков.
Из недостатков стоит отметить, что ранее солнечные батареи были не очень экологичны с точки зрения производства и переработки. Лишь недавно ученые представили технологию их утилизации. Всего есть два способа переработки — «тонкая», когда из старых панелей извлекаются почти все элементы, и «грубая», в случае которой извлекаются только стекло, алюминий и пластик. По европейским стандартам, для повторного использования должно направляться 70% материалов солнечных панелей. В России таких нормативов пока нет.
Что следует учесть при выборе солнечных панелей?
— Эффективность солнечной электростанции определяется количеством солнечных дней и необходимой потребляемой мощностью. В паспорте любого бытового электроприбора (телевизора, холодильника, микроволновки и т.д.) указывается рабочее напряжение (220 В) и потребляемая мощность. По этим данным можно рассчитать количество необходимой энергии, которую должна выработать ваша частная электростанция. Из этого расчета определяется количество солнечных панелей, аккумуляторных батарей, характеристики инвертора, — отмечает Анатолий Перминов.
Прежде чем принимать решение о строительстве собственной солнечной электростанции, например, у себя на даче, лучше всего обратится к специалистам, которые сделают все инженерные расчеты и определят стоимость оборудования.
В каких регионах солнечные панели будут наиболее эффективны и дешевы?
— Полупроводниковые материалы теряют свои эксплуатационные свойства при очень высоких или очень низких температурах. Большая часть солнечной энергии, попадающей на панель, преобразуется не в электроэнергию, а в тепло. За счет этого солнечная панель нагревается. В ясный летний день ее поверхность может разогреваться до температуры выше 50°C — такой перегрев существенно снижает эксплуатационные характеристики. Поэтому в зимний солнечный день эффективность батарей существенно выше. Кроме того, нагрев поверхности панелей приводит к таянью снега и высыханию дождевых капель, что является несомненным плюсом при их эксплуатации в умеренных и северных широтах, — считает Анатолий Перминов.
В некоторых регионах солнечные батареи будут перспективны, например, из-за удаленности населенных пунктов. Европейская часть России охвачена, в основном, централизованными источниками энергии, то есть жилые дома находятся в непосредственной близости к ТЭЦ, ГЭС и другим предприятиям выработки электроэнергии. Но другая картина складывается на территории Сибири, крайнего Севера и других удаленных регионов. Во-первых, население там небольшое даже в городах, не говоря о деревнях и селах. Их также нужно обеспечивать электричеством, но тянуть провода ЛЭП и устанавливать трансформаторные подстанции достаточно затратно. Как раз в таких случаях имеет смысл использовать возобновляемые источники энергии — солнце и ветер.
— Так и поступили в одном из высокогорных районов Забайкальского края. Поскольку не было возможности протянуть в населенный пункт ЛЭП и сделать централизованное снабжение электроэнергией, поставили солнечную электростанцию. И все прекрасно работает, поскольку в регионе большое количество солнечных дней в году, — объясняет Александр Сурков.
Почему солнечные батареи не особенно распространены в России?
Лидером по использованию солнечной энергии является Германия: за 2023 год там произвели 62 млрд кВт/ч. В России, по данным за 2022 год, благодаря солнечным электростанциям было выработано 2109 млн кВт/ч. Почему отечественная солнечная энергетика развивается медленнее?
— Во-первых, у нас достаточно низкая стоимость электроэнергии, вырабатываемой традиционными источниками. Если сравнивать со странами Европейского Союза или США цены на электроэнергию в России ниже в несколько раз. Это, конечно, сдерживает широкое распространение солнечной электроэнергетики. Во-вторых, многих отпугивают высокие капиталовложения на этапе покупки солнечных панелей, их монтажа, пусконаладочных работ. Потребитель также не понимает сроков окупаемости таких солнечных установок. Кроме того, достаточно мало людей знает, как правильно эксплуатировать солнечные батареи и какие с ними могут возникнуть проблемы, — объясняет Александр Сурков.
Сдерживает широкое распространение солнечных панелей также отсутствие поддержки от государства. Например, в Евросоюзе до недавнего времени государство покрывало до 50% затрат на покупку и установку батарей. В России такой практики пока что нет. Еще один аспект: за излишки электроэнергии население стран Евросоюза может получить средства. То есть каждый дом, где есть своя электростанция, является как бы маленькой энергокомпанией. Ненужную электроэнергию можно продать в сеть и получить деньги, которые покроют расходы на солнечные панели.
Уличное освещение на солнечных батареях
Про солнечные панели на балконах в Германии
В прошлом году власти Германии начали процесс смягчения правил, облегчающих гражданам самостоятельную установку солнечных панелей на балконах. Но ещё до этого Германия стала европейской страной, где солнечные панели на балконах жилых домов встречаются наиболее часто. К этому привела практика поощрения энергетического перехода, а также создание простого и понятного оборудования как с позиций монтажа без квалификации, так и с точки зрения его подключения. Стоит упомянуть и о субсидиях. Например, желающим установить балконную фотоэлектрическую систему предлагается до 500€. Технология окупается примерно через три года, и если батарея прослужит положенные ей 20 лет, то она окупится многократно .
Рандомное фото из интернета
По данным SolarPower Europe, в Германии на балконах установлено солнечных панелей суммарной мощностью около 200 МВт. При этом на крышах жилых зданий размещено панелей на 16 ГВт. По подсчётам на балконах Германии уже больше 400 000 солнечных панелей.
Согласно планам властей Германии, к 2030 году солнечная энергетика будет обеспечивать не менее 80 % потребностей в электрической энергии в стране. Но пока вне компетенции властей остаются два кричащих вопроса — это производство солнечных панелей в Германии или в ЕС, а также утилизация отработанных панелей.
Опыт Германии по эксплуатации балконных солнечных панелей уже готовятся перенимать в Австрии, Франции, Италии, Польше и Люксембурге. В Испании также движутся к этому, но пока дело не вышло на финишную прямую. В Бельгии, напротив, запретили гражданам подключать солнечные панели в домашнюю сеть, опасаясь неконтролируемых скачков энергии. Эксплуатация солнечных электростанций максимальной мощностью до 600 Вт на балконах разрешена в 25 из 27 стран ЕС (кроме Бельгии и Венгрии). Но мировым лидером по установке солнечных батарей и ветрогенераторов всё равно является Китай.
P.S. живя под Москвой солнечные батареи вижу очень редко. Но они встречаются. И на балконах многоэтажек тоже.
Первоисточник: https://3dnews.ru/1103708
Отходы солнечных батарей достигнут кризисного уровня в ближайшие два года, предупреждают ученые из Австралии
Солнечная индустрия быстро приближается к переломному моменту, и беспрецедентные объемы отходов отправляются на свалку. Уровень отходов от солнечных батарей достигнет кризисной точки в ближайшие два-три года, а не к 2030 году, как прогнозировалось ранее.
В документе, подготовленном Ронгом Денгом, исследователем в области возобновляемой энергетики из Университета Нового Южного Уэльса, говорится, что если производство солнечных батарей увеличится в пять-десять раз, как предполагается, то мировые запасы серебра закончатся всего за два десятилетия.
Огромные масштабы отходов объясняются двумя факторами. Виктория - единственный штат, где запрещено выбрасывать солнечные панели на свалку, а стоимость переработки солнечных панелей - 10 или 20 долларов за панель - не стимулирует их утилизацию. Кроме того, для панелей, которые подвергаются переработке, не существует технологий, необходимых для извлечения ценных материалов.
По словам Пабло Рибейро Диаса, соучредителя Solarcycle, компании, занимающейся переработкой солнечных батарей и обеспечением устойчивого развития, большинство коммерческих предприятий по переработке солнечных панелей просто удаляют алюминиевый каркас и проводку, а стекло измельчают.
По словам Денга, конструкция солнечных панелей, напоминающая плавленый, водонепроницаемый, погодоустойчивый сэндвич, затрудняет извлечение ценных материалов, таких как кремний, серебро и медь, и превращение их в пригодные для использования компоненты.
Федеральное правительство Австралии объявило о выделении 1 миллиарда долларов на увеличение количества солнечных панелей австралийского производства, что может увеличить количество солнечных панелей, разработанных таким образом, чтобы облегчить их переработку. В настоящее время 90% солнечных панелей, используемых в Австралии, импортируются из Китая.
Ренате Иган, исполнительный директор Австралийского центра передовых фотоэлектрических технологий при Университете Нового Южного Уэльса, говорит, что предыдущие прогнозы не учитывали, что две трети австралийских солнечных панелей установлены на крышах жилых домов и часто заменяются. Каждый третий австралийский дом генерирует солнечную энергию, что является самым высоким показателем на душу населения среди всех стран.
По ее словам, некоторые австралийцы преждевременно меняют свои солнечные панели из-за изменения стандартов электробезопасности, в результате чего старые солнечные панели могут быть признаны небезопасными