Elastīgās saules baterijas: tipisko konstrukciju, to raksturlielumu un pieslēgšanas īpatnību pārskats

Saules enerģija ir viens no perspektīvākajiem un strauji attīstošajiem alternatīvajiem elektroenerģijas avotiem. Tas ir neierobežots resurss, ko var izmantot jebkurā planētas vietā, nepiesārņojot apkārtējo vidi. Piekrītiet, nebūtu slikti iegūt savu alternatīvo elektroenerģijas avotu.

Izrādās, tagad saules enerģiju var pārvērst elektroenerģijā tieši savās mājās. Smagnējo un trauslo karkasa paneļu vietā tagad arvien biežāk tiek izmantoti elastīgie saules paneļi. Bet kā to īstenot praksē?

Mēs palīdzēsim Jums izprast elastīgo saules paneļu uzbūvi un to darbības principu. Noderīgi ieteikumi konstrukciju izvēlei un montāžai ir sniegti mūsu rakstā. Savukārt informācijas uztveres vienkāršībai rakstā ir iekļauti tematiskie fotoattēli un videoklipi.

Kas ir saules paneļi?

Lai saprastu, vai Jums ir piemēroti elastīgie paneļi elektroenerģijas iegūšanai, ir jāizprot teorija.

Kas ir saules panelis, ar ko elastīgo modeļu uzbūve atšķiras no pārējiem? Un arī ļoti svarīgi jau pirms iegādes noskaidrot tieši šā tipa saules elementu priekšrocības un trūkumus.

Elastīgo paneļu uzbūve un darbības principi

Saules paneļa darbības princips balstās uz tādu jēdzienu kā fotovoltaika. Gaisma, kā zināms, var tikt aplūkota gan kā vilnis, gan kā daļiņu - fotonu - plūsma. Spēja pārvērst fotonu enerģiju elektroenerģijā arī ir fotovoltaika.

Pirmie mūsdienu saules paneļu prototipi tika izgudroti vēl 1950. gados. Kopš tā laika tie ir ievērojami mainījušies gan izskata, gan darbības principa ziņā. Fotoelementu efekts kļuva iespējams, pateicoties pusvadītāju izmantošanai.

Pusvadītājs ir materiāls, kam ir īpaša atoma uzbūve. n-tipa pusvadītājam ir lieki elektroni, savukārt p-tipa pusvadītāja atomiem to trūkst. Lai izveidotu fotoelementu, apvieno divu tipu materiālus, veidojot divslāņu konstrukciju.

Atsevišķi fotoelementi tiek apvienoti paneļos. Paneļi var būt stingri, izturīgā metāla rāmī. Pašlaik ir tendence atvieglot fotopaneļu konstrukciju. Popularitāti iegūst elastīgi un viegli saules elementi.

Saules baterijas darbības principu var aprakstīt šādi:

1. Saules gaisma nonāk uz fotoelementa virsmas no n-slāņa puses.
2. Fotoni saduras ar pusvadītāja atomiem, “izsitot” liekos elektronus.
3. Brīvie elektroni virzās uz p-slāņa pusi un nonāk atomos ar daļiņu trūkumu.
4. Rezultātā augšējais slānis darbojas kā katods, bet apakšējais – kā anods.
5. Tiek ražota līdzstrāva, ar kuru var viegli uzlādēt akumulatoru.

Kā pusvadītāju izmanto silīciju, selēnu un vēl daudzus, dārgākus materiālus.

Līdzstrāva, kas iegūta no saules paneļa, ir jāpārveido maiņstrāvā, jo lielākā daļa elektroierīču darbojas tieši ar to.

Elastīgajām plēves saules baterijām izmanto arī polimēra pārklājumu ar alumīnija vadītājiem. Šāda uzbūve padara paneļus pārsteidzoši plānus un vieglus.

Šī tehnoloģija tikai sāk attīstīties, bet tas, ka tai ir lielas perspektīvas, nerada šaubas. Taču mēs apskatīsim elastīgos paneļus plašākā šīs definīcijas nozīmē.

Sīkāk par saules bateriju darbības principiem var izlasīt, pārejot pa saiti.

Elastīgo saules elementu priekšrocības

Elastīgu saules paneļu priekšrocības padara šo elektroenerģijas ražošanas metodi par vienu no perspektīvākajām:

• svars;
• izmērs;
• elastīgums;
• ražīgums;
• universālums;
• ekonomiskums;
• ekoloģiskums;
• lietošanas vienkāršība.

Paneļu ģeometriskie un fiziskie parametri, piemēram, izmērs un svars, ir ļoti svarīgi, jo, lai nodrošinātu elektroenerģiju veselai dzīvojamai ēkai, būs nepieciešams liels panelu skaits. Izmantojot smagos modeļus, var rasties nepieciešamība pastiprināt ēkas konstrukciju, kas ievērojami palielinās uzstādīšanas izmaksas.

Vieglie un kompaktie elastīgie elementi nevarēs būtiski ietekmēt slodzes sadalījumu uz ēkas karkasa. Tie nerada nekādu bīstamību jumta segumam.

Silīcija bateriju ražīgums ir pietiekami augsts. Novērtēt lietderības koeficientu šajā gadījumā ir sarežģīti, paneļi no pusvadītājiem spēj pārvērst gaismu elektrībā vidēji par 20%.

Tas ir, ja saules starojuma jauda būs 200 W, elektroenerģijas tiks iegūti aptuveni 40 W.

Elastīgie amorfie saules paneļi ir daudz izturīgāki pret mākoņainu laiku nekā parastās stingās konstrukcijas uz silīcija bāzes.

Salīdzinājumam, standarta saules baterija mākoņainā laikā spēj darboties tikai uz 10% no savas jaudas, savukārt elastīgais panelis nodrošina aptuveni 50% no nominālajām vērtībām.

Saules baterijas elastīgums ļauj aprīkot ar to jumtus ar nelīdzenu virsmu, dakstiņu jumtus, sarežģītas formas segumus. Pie tam tie ir pietiekami universāli, piemēroti uzstādīšanai uz jumta vai ēkas fasādes.

Saules gaisma ir bezmaksas un neierobežots resurss. Tas ir tā neapšaubāms pluss, un tajā izpaužas saules paneļu beznosacījuma ekonomiskums.

Turklāt šāds enerģijas ražošanas veids ir pilnīgi ekoloģiski tīrs, nekādi neietekmē apkārtējo vidi un nekaitē tai. Vēl vairāk, atsakoties no populārās alternatīvas saules enerģijai – termoelektrostacijām, cilvēce samazina atmosfēras piesārņojuma līmeni.

Elastīgā tipa saules paneļu trūkumi

Arī elastīgajiem saules paneļiem ir pietiekami daudz trūkumu. Pirmkārt, šī tehnoloģija tikai attīstās un vēl nav sasniegusi savu iespēju virsotni. Pēc ražīguma elastīgie amorfie baterijas ir zemākas par stingajiem poli- vai monokristāliskajiem.

Elastīgo paneļu uzbūve un darbības princips ir diezgan sarežģīti, bet tos varēs izmantot ikviens. Pietiekami pareizi uzstādīt un pieslēgt iekārtu.

Otrkārt, plānā folija un minimālais pārklājuma slānis salīdzinoši ātri sabojājas. Garantijas darbības laiks šādiem paneļiem ir aptuveni 3 gadi.

Pēc tam fotoelementi sāk pakāpeniski lūzt un prasīt nomaiņu.

Iepriecina fakts, ka šī nozare strauji attīstās un jau parādās ilgmūžīgāki un jaudīgāki elastīgu saules paneļu eksemplāri uz amorfā silīcija bāzes.

Citi trūkumi ir raksturīgi visiem saules bateriju veidiem:

• atmaksāšanās ilgums;
• augstas izmaksas;
• liels dārga aprīkojuma daudzums papildus pašām baterijām;
• atkarība no laikapstākļiem.

Elastīgs panelis ar jaudu ap 150 W maksā aptuveni 400 € vai vairāk atkarībā no ražotāja. 20 baterijas, akumulatoru komplekts un papildu aprīkojums maksās apaļu summu. Ņemot vērā 1 kWh elektroenerģijas izmaksas, sistēmas atmaksāšanās jums prasīs ne vienu gadu.

Kur un kā tiek izmantota saules enerģija?

Elastīgie paneļi tiek izmantoti dažādās jomās. Pirms sastādāt mājas energoapgādes projektu, izmantojot šīs saules baterijas, noskaidrojiet, kur tās tiek izmantotas un kādas ir to izmantošanas īpatnības mūsu klimatā.

Saules paneļu izmantošanas jomas

Elastīgo saules bateriju pielietojums ir ļoti plašs. Tās veiksmīgi tiek izmantotas elektronikā, ēku elektrifikācijā, automobiļu un aviācijas būvniecībā, kosmosa objektos.

Būvniecībā šādus paneļus izmanto dzīvojamo un rūpniecisko ēku nodrošināšanai ar elektrību.

Saules enerģija var būt vienīgais elektroenerģijas avots, vai arī tā var dublēt tradicionālo elektroapgādes shēmu, lai gadījumā, ja noteiktā periodā efektivitāte ir nepietiekama, māja nepaliktu bez elektrības.

Pārnēsājamas uzlādes ierīces uz elastīgu saules elementu bāzes ir pieejamas ikvienam un tiek pārdotas visur. Lielie elastīgie tūrisma paneļi elektroenerģijas iegūšanai jebkurā pasaules malā ir ļoti populāri ceļotāju vidū.

Ļoti neparasta, bet praktiska ideja – izmantot ceļa segumu par pamatu elastīgām baterijām. Īpašie elementi ir aizsargāti pret triecieniem un nebaidās no lielām slodzēm.

Elastīgās baterijas ir labas arī tādēļ, ka tās var izmantot praktiski jebkurā situācijā. Tās var viegli novietot uz automašīnas jumta vai jahtas korpusa.

Šī ideja jau ir īstenota. «Saules» ceļš nodrošina enerģiju apkārtējiem ciemiem, vienlaikus neaizņemot nevienu lieku zemes metru.

Elastīgo amorfo paneļu izmantošanas īpatnības

Tiem, kas plāno sākt izmantot elastīgos saules paneļus kā elektroenerģijas avotu savai mājai, jāzina to ekspluatācijas īpatnības.

Saules paneļi ar elastīgu metāla pamatni atrod pielietojumu tur, kur mini-elektrostaciju nodilumizturībai tiek izvirzītas paaugstinātas prasības:

Pirmkārt, lietotājus uztrauc jautājums, ko darīt ziemā, kad dienasgaisma ir īsa un elektrības nepietiks visu ierīču darbināšanai?

Jā, mākoņaina laika un īsas dienasgaismas apstākļos paneļu veiktspēja samazinās. Labi, ja ir alternatīva iespēja pārslēgties uz centralizētu elektroapgādi. Ja tās nav, jāuzkrāj akumulatorus un jāuzlādē tos tajās dienās, kad laiks ir labvēlīgs.

Interesanta saules bateriju īpatnība ir tā, ka, sildot fotoelementu, tā efektivitāte ievērojami samazinās.

Vasaras karstumā paneļi uzkarst, bet darbojas sliktāk. Ziemā, saulainā dienā fotoelementi spēj uztvert lielāku gaismas daudzumu un pārveidot to enerģijā.

Skaidro dienu skaits gadā ir atkarīgs no reģiona. Protams, dienvidos elastīgās baterijas izmantot ir racionālāk, jo saule tur spīd ilgāk un biežāk.

Tā kā dienas laikā Zeme maina savu stāvokli attiecībā pret Sauli, paneļus labāk novietot universāli – proti, dienvidu pusē aptuveni 35-40 grādu leņķī. Šāds novietojums būs aktuāls gan rīta un vakara stundās, gan pusdienlaikā.

Norādījumi saules paneļu montāžai uz jumta

Ja esat izlēmis, ka elastīgie saules paneļi uz amorfā silīcija bāzes ir tas, kas jums nepieciešams, lai nodrošinātu privātmāju ar elektrību, sāciet plānošanas darbus.

Izvēlieties piemērotu aprīkojumu un aptuveni novērtējiet paneļu skaitu. Pēc tam iepazīstieties ar uzstādīšanas un saules elementu turpmākās apkalpošanas noteikumiem.

Bet atcerieties, ka tradicionālo silīcija poli- un monokristālisko analogu izmantošana pagaidām ir daudz produktīvāka.

Solis #1. Paneļu skaita aprēķins

Jebkuri darbi sākas ar projektu. Projektēšanai ir jāveic nepieciešamie aprēķini, proti:

• diennakts elektroenerģijas patēriņš;
• nepieciešamā fotoelementu kopējā jauda;
• akumulatoru ietilpība;
• paneļu skaits.

Vienkāršākais ir aprēķināt elektroenerģijas patēriņu. Lai to izdarītu, ir jāņem vērā pilnīgi visi bez izņēmuma elektroierīces, kuras jūs izmantojat vai teorētiski varat izmantot.

Vienkāršs piemērs:

• ledusskapis – 200 W;
• dators – 300 W;
• televizors – 150 W;
• ekonomiskās spuldzes – 5 gabali pa 20 W.

Katras ierīces jauda noteikti ir norādīta tās dokumentācijā vai uz korpusa. Saskaitot visus datus, iegūstam 750 W. Pamatojoties uz šo vērtību, tiek izvēlēts invertors – ierīce, kas pārveido līdzstrāvu maiņstrāvā ar nepieciešamo frekvenci.

Noteikti veiciet nelielu rezervi un izvēlieties invertoru, kas ir par 0,5 kW jaudīgāks par aprēķināto vērtību. Tas ir, kopējai jaudai 0,75 kW derēs ierīce, kas nav vājāka par 1,25 kW.

Lai pareizi pieslēgtu, saules baterijas savieno ar akumulatoriem caur kontrolieri. Nejauciet kontaktus – plusu ar plusu, mīnusu ar mīnusu. No akumulatora strāva tiek virzīta uz invertoru, un pēc tam – uz elektroierīcēm.

Pēc tam nepieciešams izvēlēties akumulatoru baterijas. Akumulatora ietilpība (piemēram, 200 Ah) parāda, kāda stipruma strāva tiks izvadīta pie noteikta sprieguma stundas laikā.

Nepieciešamo ietilpību var aprēķināt, dalot patērētāju kopējo jaudu ar saules baterijas izejas spriegumu. Mūsu piemērā izmantojam 12 voltu akumulatorus. 750 /12 = 62,5 Ah.

Bet šāda formula nav pilnīgi pareiza, jo vairumu bateriju nevar izlādēt līdz 0. Ir noteikts ierobežojums, piemēram, 40%. Ja uzlādes līmenis nokrītas zemāk, tas būtiski ietekmē akumulatora kalpošanas laiku un darba kvalitāti.

Šis rādītājs arī jāpievieno formulai:

750 W/(12Vx0,4)=156,25 Ah.

Lai sasniegtu šādu ietilpību, var apvienot sistēmā grupu no 2 baterijām, katru pa 100 Ah.

Paneļu skaits tiek aprēķināts, pamatojoties uz izvēlētā modeļa jaudu un reģionu, kurā tie tiks uzstādīti. Reģiona nozīmi ir grūti pārvērtēt. Ideālā gadījumā ir jāatrod dienas saules starojuma līmeņa vērtības jūsu apvidū. Ticamībai tiek ņemta minimālā vērtība gadā, aptuveni – decembra beigās.

Shēmatiski insolācijas līmeni dažādos reģionos var attēlot šādi. Skaitliskās vērtības var atrast specializētās uzziņu grāmatās vai internetā.

Reizinot šo rādītāju ar mēneša kalendāro dienu skaitu, iegūstam kilovatu skaitu, kas nāk uz 1 m2 elastīgās saules baterijas decembrī. Piemēram, Maskavā tas ir 0,33x31=10,23 kW/m2, bet Sočos – 1,25x31=38,75 kW/m2. Šo rādītāju sauc par pīķa stundu skaitu.

Pēc tam no nosacītiem maksimālajiem 0,75 kW, ko vienlaikus patērē visas ierīces, aprēķinām vidējo mēneša patēriņu – aptuveni 25 kW. Mēneša laikā mūsu elastīgajām baterijām jāizstrādā vismaz 25 000 W, bet labāk būtu izveidot nelielu rezervi un noapaļot līdz 30 kW.

Tātad uz 1 pīķa stundu Maskavā jāiegūst 30/10,23 = 2,93 kW. Ja izvēlētajiem paneļiem ir 150 W jauda, tad to skaitu nav grūti aprēķināt: 2,93/0,15 = 20 gabali.

Pēc šādiem vienkāršiem aprēķiniem Jūs varēsiet izvēlēties piemērotu invertoru, kontrolleri, akumulatoru un pašus elastīgos fotoelektriskos paneļus vajadzīgajā daudzumā.

Solis #2. Montāžas noteikumi

Elastīgo saules elementu uzstādīšanu Jūs varat veikt paši.

Lai to izdarītu, ir jānoskaidro, kur tieši Jūs novietosiet savus paneļus:

• uz ēkas jumta;
• uz mājas fasādes;
• uz atsevišķi stāvošas konstrukcijas;
• kombinēta shēma.

Populārākais variants ir uz jumta. Ja jumta forma vai konfigurācija to nepieļauj, labāk uzbūvēt papildu karkasu, uz kura novietot baterijas. Tas ir dārgāk, bet, ja jumts ir noēnots vai grūti pieejams, šis variants kļūst racionāls.

Izvietojumu uz fasādes izmanto tad, kad uz jumta nepietiek vietas. Paneļi var kļūt par dizaina ieceres daļu un pildīt mājas rotājuma lomu.

Elastīgajiem saules fotoelektriskajiem elementiem apakšpusē ir lipīgs sveķains slānis.

Pietiek noņemt aizsargplēvi un pielīmēt paneli izvēlētajā vietā. Protams, pirms montāžas virsma ir jānotīra un jānomazgā.

Nekāds specializēts instruments montāžai nav vajadzīgs. Galvenais ir parūpēties par savu drošību, strādājot uz jumta. Tāpat ir ļoti svarīgi ievērot iekārtas pieslēguma shēmu un nepārkāpt secību.

Saules baterijas modulim vienā pusē ir 2 izvadīti kabeļi. Katrs panelis tiek novietots tā, lai šos vadus pēc tam varētu apvienot ar vienu kopni secīgam pieslēgumam.

Tāpat iesakām izlasīt citu mūsu materiālu, kur sīki aprakstītas montāžas shēmas un saules bateriju pieslēguma veidi. Sīkāk – šeit.

Solis #3. Sistēmas kopšana pēc uzstādīšanas

Pēc elastīgo saules paneļu uzstādīšanas tie būs pastāvīgi jākopj un jāuzrauga, pretējā gadījumā to efektivitāte var ievērojami samazināties. Galvenais – uzturēt paneļus tīrus. Putekļi, netīrumi, putnu izkārnījumi – visi šie faktori samazina sistēmas veiktspēju, jo tie ierobežo saules gaismas absorbciju fotoelementos.

Saules baterijas ir jānotīra, kad tās kļūst netīras. Tieši tāpēc nav ieteicams tās novietot grūti pieejamās vietās uz sarežģīta jumta.

Ja jūsu sistēmu nevarat apkalpot pats, vienmēr varat atrast izpildītāju ar atbilstošu tehniku un aprīkojumu. Protams, tas būs dārgāk.

Saules baterijas, kas izgatavotas no amorfā silīcija, tāpat kā cietās, var mazgāt ar parastu mitru sūkli vai mikrošķiedras drānu. Panelis nebaidās no ūdens (galu galā šī iekārta tiek uzstādīta ārā), ja tos mazgā regulāri, tie kalpos ilgāk.

Vēl viena problēma, kas aktuāla mūsu reģionos – sniegs. Ziemā baterijas tiek aizbērtas ar sniegu un pārstāj darboties. Nokrišņi ir pastāvīgi jānotīra, bet ne pārāk rupji, pretējā gadījumā var sabojāt pašu iekārtu.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Video un apskati, kuros tiek aplūkoti populāru ražotāju elastīgie paneļi, palīdzēs izdarīt pareizo izvēli. Jūs varēsiet redzēt, kā izskatīsies jūsu māja pēc iekārtas uzstādīšanas, speciālisti palīdzēs izvēlēties nepieciešamo bateriju skaitu un apskatīs uzstādīšanas noteikumus.

Kā ir iekārtotas elastīgās saules baterijas un no kā tās izgatavo:

Elastīgo bateriju var uzstādīt arī dzīvoklī uz daudzstāvu mājas fasādes, kāpēc gan ne:

Vēl nedaudz par elastīgo elementu ražošanu un priekšrocībām:

Saules baterijas sniedz iespēju kļūt energoneatkarīgiem, neuzraudzīt benzīna un komunālo pakalpojumu cenas. Ja vienreiz ieguldīsiet noteiktu summu, jūs varēsiet neierobežoti patērēt enerģiju sadzīves elektroierīču lietošanai, mājas apkurei un elektromobiļa akumulatora uzlādēšanai. Arvien vairāk cilvēku pāriet uz alternatīvo enerģiju, jo tā ir nākotne.

Ja jums ir nepieciešamās zināšanas vai pieredze par mūsu raksta tēmu, lūdzu, dalieties tajā ar mūsu lasītājiem. Vai varbūt esat pats uzstādījis saules baterijas? Pastāstiet, kā jūs to darījāt. Savus komentārus varat papildināt ar fotogrāfijām.