Гъвкави слънчеви батерии: преглед на типични конструкции, техните характеристики и особености на свързване

Слънчевата енергия е един от най-перспективните и бързо развиващите се алтернативни източници на електричество. Това е безграничен ресурс, който може да се използва във всяка точка на планетата, без да замърсява околната среда. Съгласете се, не би било зле да се сдобиете със собствен алтернативен източник на електроенергия.

Оказва се, че сега слънчевата енергия може да се преобразува в електричество направо у дома. Вместо обемисти и крехки рамкови панели сега все по-често се прилагат гъвкави слънчеви батерии. Но как да се реализира това на практика?

Ще ви помогнем да се запознаете с устройството на гъвкавите слънчеви панели и принципа на тяхната работа. Полезни препоръки за избор и монтаж на конструкциите са изложени в нашата статия. А за по-лесно възприемане на информацията статията съдържа тематични снимки и видеоклипове.

Какво представляват слънчевите батерии?

За да разберете дали гъвкавите панели са подходящи за вас за получаване на електроенергия, трябва да се запознаете с теорията.

Какво представлява слънчевата батерия, с какво се различава устройството на гъвкавите модели от останалите? Също така е много важно още преди покупката да се изяснят предимствата и недостатъците конкретно на този тип слънчеви елементи.

Устройство и принципи на работа на гъвкавите панели

Принципът на работа на слънчевата батерия е изграден върху такова понятие като фотоволтаика. Светлината, както е известно, може да се разглежда и като вълна, и като поток от частици – фотони. Възможността да се преобразува енергията на фотоните в електричество е именно фотоволтаика.

Първите прототипи на съвременните слънчеви батерии бяха изобретени още през 50-те години. Оттогава те съществено се промениха както външно, така и по принцип на работа. Фотоелектрическият ефект стана възможен благодарение на използването на полупроводници.

Полупроводникът е материал, който има особено устройство на атома. Полупроводникът от n-тип има излишни електрони, а при атомите на полупроводника от p-тип те не достигат. За да се сглоби фотоелемент, се обединяват 2 типа материали, като образуват двуслойна контрукция.

Отделните фотоелементи се обединяват в панели. Панелите могат да бъдат твърди, в здрава метална рамка. В момента има тенденция към облекчаване на конструкцията на фотопанелите. Популярност набират гъвкавите и леки слънчеви елементи.

Принципът на действие на слънчевата батерия може да се опише така:

1. Слънчевата светлина попада върху повърхността на фотоелемента от страната на n-слоя.
2. Фотоните се сблъскват с атомите на полупроводника, „избивайки“ излишните електрони.
3. Свободните електрони се движат към р-слоя и попадат в атоми с недостиг на частици.
4. В резултат на това горният слой действа като катод, а долният – като анод.
5. Генерира се постоянен ток, с който лесно може да се зареди акумулатор.

Като полупроводник се използват силиций, селен и още много, по-скъпи материали.

Постоянният ток, получаван от слънчевия панел, трябва да бъде преобразуван в променлив, тъй като повечето електроуреди работят именно с него.

За гъвкавите фолийни слънчеви батерии се прилага и полимерно покритие с алуминиеви проводници. Такова изграждане прави панелите изключително тънки и леки.

Тази технология едва започва да се развива, но фактът, че има големи перспективи, не буди съмнение. Но ние ще разгледаме гъвкавите панели в широкия смисъл на това определение.

По-подробно за принципите на работа на слънчевите батерии можете да прочетете като последвате линка.

Предимства на гъвкавите слънчеви елементи

Предимствата на гъвкавите слънчеви панели правят този метод за производство на електричество един от най-перспективните:

• тегло;
• размер;
• еластичност;
• производителност;
• универсалност;
• икономичност;
• екологичност;
• простота на експлоатация.

Геометричните и физически параметри на панелите, като размер и тегло, са от голямо значение, тъй като за осигуряване на електроенергия за цяла жилищна къща ще са необходими голям брой панели, а при използване на тежки модели може да се наложи укрепване на конструкцията на сградата, което значително ще увеличи разходите за инсталация.

Леките и компактни гъвкави елементи не могат да повлияят съществено на разпределението на натоварването върху рамката на сградата. Те не представляват никаква опасност за покритието на покрива

Производителността на силициевите батерии е доста висока. Оценката на коефициента на полезно действие в този случай е сложна, панелите от полупроводници са способни да преобразуват светлина в електричество с 20% средно.

Тоест, ако мощността на слънчевото излъчване е 200 W, ще се получи около 40 W електроенергия.

Гъвкавите аморфни слънчеви панели са много по-толерантни към облачно време, отколкото обикновените твърди конструкции на основата на силиций.

За сравнение, стандартната слънчева батерия в облачно време може да работи само с 10% от мощността си, докато гъвкавият панел дава около 50% от номиналните стойности.

Гъвкавостта на слънчевата батерия позволява да се оборудват покриви с неравна повърхност, керемидени покриви, покрития със сложна форма. Същевременно те са достатъчно универсални и подходящи за монтаж на покрив или фасада на сграда

Слънчевата светлина е безплатен и неограничен ресурс. Това е неговото несъмнено предимство, в което се изразява безусловната икономичност на слънчевите панели.

Освен това, този метод за производство на енергия е напълно екологично чист, не се отразява по никакъв начин на състоянието на околната среда и не ѝ вреди. Нещо повече, отказвайки се от популярната алтернатива на слънчевата енергия – топлоелектрическите централи, човечеството намалява нивото на замърсяване на атмосферата.

Недостатъци на слънчевите батерии от гъвкав тип

Недостатъци на гъвкавите слънчеви панели също има доста. Първо, тази технология само се развива и все още не е достигнала пика на своите възможности. По производителност гъвкавите аморфни батерии отстъпват на твърдите поли- или монокристални.

Строежът и принципът на работа на гъвкавите панели са доста сложни, но всеки ще може да ги използва. Достатъчно е правилно да инсталирате и свържете оборудването

Второ, тънкото фолио и минималният слой на напрашване се повреждат относително бързо. Гаранционният срок на експлоатация на такива панели е около 3 години.

След това фотоелементите започват постепенно да се чупят и да изискват подмяна.

Радва фактът, че този отрасъл се развива стремително и вече се появяват по-издръжливи и мощни екземпляри от гъвкави слънчеви панели на основа на аморфен силиций

Други недостатъци са присъщи на всички видове слънчеви батерии:

• продължителност на изплащане;
• висока цена;
• голямо количество скъпо оборудване, освен самите батерии;
• зависимост от метеорологичните условия.

Гъвкав панел с мощност около 150 W струва приблизително 400 € или повече, в зависимост от производителя. 20 батерии, комплект акумулатори и допълнително оборудване ще струват кръгла сума. Предвид цената на 1 kWh електроенергия, ще трябва да изплащате системата не по-малко от една година.

Къде и как се прилага слънчевата енергия?

Гъвкавите панели се прилагат в различни сфери. Преди да съставите проект за енергийно осигуряване на къщата с помощта на тези слънчеви батерии, разберете къде се прилагат и какви са особеностите на тяхното използване в нашия климат.

Област на приложение на слънчевите батерии

Приложението на гъвкавите слънчеви батерии е много широко. Те се използват успешно в електрониката, електрификацията на сгради, автомобилостроенето и авиастроенето, на космически обекти.

В строителството такива панели се използват за осигуряване на жилищни и промишлени сгради с електричество.

Слънчевата енергия може да бъде единствен източник на електричество, а може да дублира традиционната схема на електроснабдяване, за да не остане къщата без ток в случай на недостатъчна ефективност в определен период.

Преносими зарядни устройства на основа на гъвкави слънчеви елементи са достъпни за всеки и се продават навсякъде. Големите гъвкави туристически панели за добиване на електроенергия във всеки ъгъл на земното кълбо са много популярни сред пътешествениците.

Много необичайна, но практична идея – да се използва като основа за гъвкави батерии пътното платно. Специалните елементи са защитени от удари и не се страхуват от големи натоварвания.

Гъвкавите батерии са добри още и с това, че могат да бъдат приложени практически във всякакви ситуации. Те могат без труд да бъдат разположени на покрива на автомобил или на корпуса на яхта.

Тази идея вече е реализирана. «Слънчевият» път осигурява енергия на околните села, като при това не заема нито един излишен метър земя.

Особености на приложението на гъвкавите аморфни панели

Тези, които планират да започнат използването на гъвкави слънчеви панели като източник на електроенергия за своя дом, трябва да знаят особеностите на тяхната експлоатация.

Слънчевите панели с гъвкава метална основа намират приложение там, където към износоустойчивостта на мини-електроцентралите се поставят повишени изисквания:

Преди всичко потребителите ги вълнува въпросът, какво да се прави през зимата, когато денят е къс и електричеството няма да стигне за функционирането на всички уреди?

Да, при условия на облачно време и кратък ден производителността на панелите намалява. Добре е, когато има алтернатива под формата на възможност за превключване към централизирано електроснабдяване. Ако няма такава, трябва да се запасете с акумулатори и да ги зареждате в дните, когато времето е благоприятно.

Интересна особеност на слънчевите батерии е, че при нагряване на фотоелемента неговата ефективност значително намалява.

В лятната жега панелите се нагряват, но работят по-зле. През зимата, в слънчев ден, фотоелементите са способни да улавят по-голямо количество светлина и да я преобразуват в енергия.

Броят на ясните дни в годината зависи от региона. Разбира се, на юг е по-рационално да се използват гъвкави батерии, тъй като слънцето там грее по-дълго и по-често.

Тъй като през деня Земята променя своето положение спрямо Слънцето, панелите е по-добре да се разполагат универсално – тоест от южната страна под ъгъл около 35-40 градуса. Такова положение ще бъде актуално както в сутрешните и вечерните часове, така и по обяд.

Инструкция за монтаж на слънчеви батерии на покрива

Ако сте решили, че гъвкавите слънчеви батерии на основата на аморфен силиций са това, от което се нуждаете за осигуряване на електричество за частен дом, пристъпете към планиране на работите.

Изберете подходящо оборудване и преценете приблизителния брой панели. След това се запознайте с правилата за монтаж и последващо обслужване на слънчеви елементи.

Но помнете, че използването на традиционните силициеви поли- и монокристални аналози все още е доста по-продуктивно.

Стъпка #1. Изчисляване на броя на панелите

Всякакви работи започват с проект. За проектиране трябва да се направят необходимите изчисления, а именно:

• дневно потребление на електроенергия;
• обща необходима мощност на фотоелементи;
• капацитет на акумулатори;
• брой панели.

Най-лесното е да се изчисли потреблението на електроенергия. За целта трябва да се вземат предвид абсолютно всички без изключение електроуреди, които използвате или теоретично можете да използвате.

Прост пример:

• хладилник – 200 W;
• компютър – 300 W;
• телевизор – 150 W;
• икономични крушки – 5 броя по 20 W.

Мощността на всеки уред задължително е посочена в неговата документация или на корпуса. След събиране на всички данни получаваме 750 W. Въз основа на тази стойност се подбира инвертор – уред, който преобразува постоянен ток в променлив с необходимата честота.

Задължително направете малък резерв и изберете инвертор с 0,5 kW по-мощен от изчислената стойност. Тоест за обща мощност 0,75 kW ще свърши работа уред с мощност не по-малка от 1,25 kW.

За правилно свързване слънчевите батерии се свързват с акумулаторите чрез контролер. Не обърквайте контактите – плюс към плюс, минус към минус. От акумулатора токът се насочва към инвертора, а след това – към електроуредите.

След това е необходимо да се подберат акумулаторни батерии. Капацитетът на акумулатора (например 200 A·h) показва, какъв ток ще бъде подаван при зададено напрежение в рамките на един час.

Необходимият капацитет може да се изчисли, като се раздели общата мощност на консуматорите на изходното напрежение на слънчевата батерия. В нашия пример използваме 12-волтови акумулатори. 750 /12 = 62,5 A·h.

Но подобна формула не е съвсем вярна, тъй като повечето батерии не могат да се разреждат до 0. Има определено ограничение, например 40%. Ако нивото на заряд спадне под това, това се отразява съществено на срока на експлоатация и качеството на работа на акумулатора.

Този показател също трябва да се добави към формулата:

750 W/(12V×0,4)=156,25 A·h.

За да се постигне такъв капацитет, може да се обедини в система група от 2 батерии по 100 A·h всяка.

Броят на панелите се изчислява въз основа на мощността на избрания модел и региона, в който те ще бъдат инсталирани. Значението на региона е трудно да се надценява. В идеален случай трябва да се намерят стойностите на дневното ниво на слънчева радиация за вашия район. За достоверност се взема минималната стойност за годината, ориентировъчно – в края на декември.

Схематично нивото на инсолация в различните региони може да се изобрази така. Числовите стойности могат да се намерят в специализирани справочници или в интернет.

Умножавайки този показател по броя на календарните дни в месеца, получаваме количеството киловати, което се пада на 1 м2 гъвкав слънчев панел за декември. За пример, в Москва това е 0,33х31=10,23 кВт/м2, а за Сочи – 1,25х31=38,75 кВт/м2. Този показател се нарича брой пикочасове.

След това от условните максимални 0,75 кВт, консумирани от всички уреди едновременно, изчисляваме средномесечното потребление – около 25 кВт. За месец нашите гъвкави батерии трябва да произведат не по-малко от 25 000 Вт, а по-добре да се направи малък резерв и да се закръгли до 30 кВт.

Следователно, на 1 пикочас в Москва трябва да се получава 30/10,23 = 2,93 кВт. Ако избраните панели притежават мощност 150 Вт, то изчисляването на техния брой не е трудно: 2,93/0,15= 20 броя.

След такива прости изчисления Вие ще можете да подберете подходящ инвертор, контролер, акумулатор и самите гъвкави фотоелектрически панели в необходимото количество.

Стъпка #2. Правила за монтаж

Инсталирането на гъвкави слънчеви елементи може да бъде извършено от Вас самостоятелно.

За това трябва да се определите къде точно ще разположите своите панели:

• на покрива на сградата;
• на фасадата на дома;
• на самостоятелно стояща конструкция;
• комбинирана схема.

Най-популярният вариант е на покрива. Ако формата или конфигурацията на покрива не позволява това да се направи, по-добре да се изгради допълнителна рамка, на която да се поставят батериите. Това е по-скъпо, но ако покривът е засенчен или труднодостъпен, този вариант става рационален.

Разположение на фасадата се използва, когато мястото на покрива не стига. Панелите могат да станат част от дизайнерската идея и да играят роля на украшение на дома.

Гъвкавите слънчеви фотоелектрически елементи от долната страна имат лепкав смолист слой.

Достатъчно е да свалите защитното фолио и да залепите панела на избраното място. Разбира се, преди монтажа повърхността трябва да се почисти и измие.

Не е необходим никакъв специализиран инструмент за монтажа. Главното е да се погрижите за своята безопасност по време на работа на покрива. Също така е много важно да се спазва схемата за свързване на оборудването и да не се нарушава последователността.

От едната страна модулът на слънчевата батерия има 2 изведени кабела. Всеки панел се разполага така, че тези проводници да могат впоследствие да се обединят с една шина за последователно свързване.

Също така препоръчваме да прочетете друг наш материал, където подробно са описани схемите за монтаж и начините на свързване на слънчеви батерии. Подробности – тук.

Стъпка #3. Грижа за системата след инсталиране

След инсталиране на гъвкавите слънчеви елементи, ще трябва постоянно да полагате грижи за тях и да ги наблюдавате, в противен случай ефективността им може рязко да спадне. Основното е да поддържате панелите чисти. Прах, мръсотия, птичи изпражнения – всички тези фактори намаляват производителността на системата, тъй като ограничават поглъщането на слънчева светлина от фотоволтаичните елементи.

Слънчевите батерии трябва да се почистват при замърсяване. Точно затова не се препоръчва да се поставят на труднодостъпни места върху сложен покрив.

Ако вашата система не може да се обслужва от вас самостоятелно, винаги можете да намерите изпълнител с подходяща техника и оборудване. Разбира се, това ще струва повече.

Измиването на слънчевите батерии на основата на аморфен силиций, както и на твърдите им аналози, може да става с обикновена влажна гъба или кърпа от микрофибър. Панелът не се страхува от вода (все пак това оборудване се инсталира на открито), ако ги миете редовно, те ще издържат по-дълго.

Още един проблем, актуален за нашите региони – снегът. През зимата батериите се покриват със сняг и спират да функционират. Валежите трябва постоянно да се почистват, но не прекалено грубо, в противен случай може да се повреди самото оборудване.

Изводи и полезно видео по темата

Видеоклипове и прегледи, в които се разглеждат гъвкавите панели на популярни производители, ще ви помогнат да направите правилния избор. Вие ще можете да видите как ще изглежда вашият дом след монтажа на оборудването, специалистите ще ви помогнат да изберете необходимото количество батерии и ще разгледат правилата за инсталиране.

Как са устроени гъвкавите слънчеви батерии и от какво се изработват:

Гъвкава батерия може да се инсталира и в апартамент на фасадата на многоетажна сграда, защо не:

Още малко за производството и предимствата на гъвкавите елементи:

Слънчевите батерии дават възможност да станете енергийно независими, да не следите цените на бензина и комуналните услуги. Ако инвестирате определена сума веднъж, ще можете неограничено да потребявате енергия за използване на домакински електроуреди, отопление на дома и зареждане на акумулатора на електрическо превозно средство. Все повече хора преминават към алтернативна енергия, защото в нея е бъдещето.

Ако имате необходимите знания или опит по темата на нашата статия, моля, споделете ги с нашите читатели. А може би ви се е случвало самостоятелно да инсталирате слънчеви батерии? Разкажете как сте го направили. Можете да допълвате коментарите си със снимки.