RU UA

Некоторые вопросы о солнечных батареях

Ежедневно на нашу планету поступают миллиарды киловатт солнечной энергии. Люди уже давно начали использовать эту энергию для своих нужд. С течением прогресса для преобразования энергии солнечного света стали использовать солнечные батареи. Все новые и ещё неизвестные нам технологии, вызывают недоверие, и порой сложно поверить в их эффективность. У большинства обывателей солнечные батареи до сих пор устойчиво ассоциируются как минимум с элементом космического корабля. Поэтому давайте вкратце разберем какая эффективность у солнечных батарей, могут ли они работать в прохладном и облачном климате, требуют ли они обслуживания, необходима ли для солнечных батарей система слежения за солнцем, за какое время окупятся солнечные батареи.
 
Эффективность солнечных батарей.
 
На эффективность фотоэлементов и солнечных панелей из них влияют целый ряд факторов. В числе основных можно назвать следующие:
  • погодные и климатические условия
  • смена дня и ночи
  • неравномерность освещения
  • рост температуры
  • загрязнение
  • необратимые потери.
Мощность солнечных энергетических систем зависит от интенсивности солнечного излучения. Понятно, что если интенсивность солнечного излучения мала или отсутствует вовсе, то мощность солнечных панелей снижается. Для того, чтобы уменьшить влияиние этого недостатка, гелиосистемы снабжают аккумуляторами, которые, накопив энергию днем, в ночное время отдают свою энергию потребителю. Как правило, в ночное время суток потребление электроэнергии снижается и, если речь идет об автономных гелиосистемах обеспечения электроэнергией, запаса энергии вполне хватает для обеспечения потребностей в электроэнергии ночью.
Равномерная освещенность солнечной батареи обеспечивает высокую её эффективность. Если какой-то фотоэлемент, входящий в состав солнечной панели освещен менее интенсивно, чем соседний, то он становится паразитной нагрузкой и снижает общую энергоотдачу солнечных панелей. Для того, чтобы уменьшить влияние этого фактора, иногда удобно отключить затененный фотоэлемент. Для обеспечения максимальной эффективности солнечная панель должна быть ориентирована точно на солнце. Чтобы это достичь иногда используют поворотные системы с системой автоматического слежения за положениям Солнца.
Рост температуры солнечного элмента негативно сказывается на его способности генерировать электрический ток. Солнечные панели, особенно для больших гелиоэнергетических систем необходимо охлаждать. Пыль и влага, оседая на поверхности солнечных панелей также негативно сказываются на их эффективности. Поэтому необходимо время от времени проводить мероприятия по очистке поверхности солнечных батарей от пыли и грязи. Иногда поверхность солнечных панелей покрывают специальным составом, уменьшающим степень загрязнения поверхности солнечной батареи.
Ключ к повышению эффективности солнечных батарей лежит в уменьшении необратимых потерь солнечной энергии в процессе взаимодествия солнечного света и вещества, из которого изготовлены фотоэлементы. Уменьшение необратимых потерь в фотоэлементах приведет к увеличению их КПД. В среднем, КПД солнечных эксплуатируемых сейчас панелей не превышает 15-20%. В лабораториях ведутся работы по увеличению этого показателя. Увеличение КПД всего на один или два процента уже считаются хорошим результатотм. В средствах массовой информации можно найти информацию о том, что КПД отдельных фотоэлментов, измеренный в лабораторных условиях, приближается к 45%.
 
Могут ли солнечные батареи работать в прохладном и облачном климате .
 
Количество солнечной радиации, достигающее поверхности Земли, зависит от различных атмосферных явлений и от положения Солнца как в течение дня, так и в течение года. Облака - основное атмосферное явление, определяющее количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. В любой точке Земли солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, уменьшается с увеличением облачности. Следовательно, страны с преобладающей облачной погодой получают меньше солнечной радиации, чем пустыни, где погода в основном безоблачная. На формирование облаков оказывает влияние наличие таких особенностей местного рельефа, как горы, моря и океаны, а также большие озера. Поэтому количество солнечной радиации, полученной в этих областях и прилегающих к ним регионах, может отличаться. Например, горы могут получить меньше солнечного излучения, чем прилегающие предгорья и равнины. Ветры, дующие в сторону гор, вынуждают часть воздуха подниматься и, охлаждая влагу, находящуюся в воздухе, формируют облака. Количество солнечной радиации в прибрежных районах также может отличаться от показателей, зафиксированных в областях, расположенных внутри континента.
Количество солнечной энергии, поступающей в течение дня, в значительной степени зависит от местных атмосферных явлений. В полдень при ясном небе суммарное солнечное излучение, попадающее на горизонтальную поверхность, может достигнуть (например, в Центральной Европе) значения в 1000 Вт/м2 (при очень благоприятных погодных условиях этот показатель может быть выше), в то время, как при очень облачной погоде - ниже 100 Вт/м2 даже в полдень.
Облачность действительно влияет на работу солнечных батарей. Количество энергии, производимой Вашими солнечными батареями, напрямую зависит от количества солнечных лучей, которые они получают.
В безоблачный день под прямыми солнечными лучами солнечные батареи получают максимум света. Именно в эти часы пик они будут производить максимальное количество энергии.
Когда солнце затягивается облаками, уровень света понижается. Однако это не перекрывает производство энергии. Если, несмотря на облачность, света все же достаточно, чтобы предметы на земле отбрасывали тень, Ваши батареи будут работать примерно в половину своей мощности. Более плотная облачность еще больше уменьшит эффективность батареи. И наконец, в очень пасмурный день солнечные батареи будут производить минимум полезной энергии.
Влияние облачности на солнечную батарею может быть удивительно благоприятным. Невероятно, но в плохую погоду Ваши солнечные батареи будут воспроизводить энергию, полученную в часы пик!
Если солнце окажется в просвете между облаков, произойдет нечто удивительное: Ваши солнечные батареи будут получать прямые солнечные лучи плюс отраженный свет облаков! Таким образом, они получат даже больше света, чем в ясный день!
Следовательно, облачность может повысить эффективность работы солнечных батарей в ясную погоду вплоть до 50 и более процентов!
Солнечные батареи более эффективны при более низких температурах, чем в горячем климате. Зимой в мороз выработка электричества может быть выше номинальной мощности, рассчитанной при 25 градусов тепла. На сегодня Германия является мировым лидером по выработке электроэнергии производимой Солнечными электростанциями, хотя и не имеет солнечный климат.
Количество пасмурных дней в Германии достаточно велико. Наведите справки о климате Германии, и Вы убедитесь в этом сами. Согласно сайту погоды, для нее характерны: "умеренный морской климат, прохладное пасмурное лето и зима с большим количеством осадков, время от времени возможны теплые горные ветра (фены)".
Несмотря на свой климат, на сегодняшний день Германия является самым крупным потребителем солнечной энергии в мире. 
В 2006 году в Германии открылся самый большой в мире солнечный парк. Ей также принадлежит самый современный проект жилого комплекса, работающего на солнечной энергии - поселок из 50 таких домов, который производит гораздо больше энергии, чем потребляет!
 
Требуют ли солнечные батареи обслуживания.
 
Солнечные батареи не имеют движущихся частей. Они являются частью полной стационарной системы. Поэтому, как только они установлены, есть не так уж много причин, что может пойти не так. Практически единственное, что домовладелец должен делать, это сохранить чистые панели. Это важная задача, ведь — слишком много снега, пыли и птичьего помета на панелях может уменьшить количество солнечного света. Накопление на экране пыли может уменьшить количество электроэнергии, произведенной системой на целых 7 процентов.
Этот вид обслуживания нет необходимости делать раз в неделю. Достаточно поливать панели из шланга от одного до четырех раз в год. Для этого не нужно взбиратся на крышу. Шланг с насадкой с земли работает отлично. Если есть строительство в вашем регионе, необходимо чистить панели чаще, чтобы избежать дополнительного накопления пыли строительного остатка.
Кроме этого, время от времени нужно проверять, что все части находятся в рабочем состоянии. 
Плановое техническое обслуживание системы на солнечных батареях :
Раз в месяц:  
1. Внешний осмотр, проверка креплений, ограждений и конструкций оборудования; 
2. Чистка панелей солнечных батарей; 
3. Проверка электрических силовых кабелей, соединяющие блок с распределительным щитом, на отсутствие порезов, трещин, и признаков стирание изоляции, по необходимости производить подтяжку резьбовых соединений Оборудования; 
4. Контроль и запись состояния автоматики и показаний КИПа, уровня заряда аккумуляторных батарей;
 5. Контроль состояния конструктивных узлов блока на предмет коррозии, прочность креплений панелей кожуха; 
Раз в квартал: 
6. Корректировка положения панелей в зависимости от времени года; 7.  Проверка уровня электролита при необходимости пополнение дистиллированной водой. 
Раз в полгода: 
8. Подтягивание резьбовых соединений проводов генератора, при необходимости замена предохранителей, наконечников, зачистка контактов;
 Раз в год: 
9. Проверка плотности электролита, корректировка с учетом заряда и температуры батареи;  
 
Необходима ли для солнечных батарей система слежения за солнцем.
 
После начала использования солнечных батарей для производства электроэнергии в промышленных масштабах инженеры и проектировщики стали искать способы по повышению эффективности таких электростанций. Общая дисперсия света Солнца, которая определяется изменением направления падения солнечных лучей на фотоэлементы, не позволяла эффективно использовать солнечные батареи в течение всего светового дня. Выход из такой ситуации был найден достаточно быстро – солнечные панели стали устанавливать на подвижном основании, подключенном к системе слежения за Солнцем. 
Ориентировка солнечных батарей относительно Солнца, позволяет увеличить генерируемый ими ток, однако ежедневная ориентировка батарей довольно затруднительна. Существующие системы слежения за Солнцем (трекеры) в какой-то степени спасают положение и увеличивают эффективность системы, однако они дороги и требуют технического обслуживания. Поэтому их применение обычно ограничивается крупными энергосистемами. 
 
 За какое время окупятся солнечные батареи. 
 
При оценке окупаемости сетевых проектов необходимо учитывать стоимость традиционной электроэнергии, которая будет замещаться за счет использования «солнечной». Например, расчеты для объектов, работающих по трех-тарифным счетчикам и потребляющих электроэнергию в дневное бизнес-время по цене 1,3 грн. за кВт*ч показали, что окупаемость инвестиций составляет от 13 до 8 лет в зависимости от географического расположения. При этом в расчетах окупаемости не было учтено постоянное повышение тарифов на традиционную электроэнергию, которое происходит в последнее время все чаще и чаще.
   Что касается несетевых солнечных электростанций, то их применения обычно оправдано в тех случаях, когда нет возможности подключиться к сети, наблюдаются регулярные перебои с электроснабжением или же выделенной мощности не хватает для работы в дневное время. При этом использование резервных или полностью автономных солнечных электростанций становится актуальным, а иногда – даже единственным способом обеспечить гарантированное электропитание объекта.
   Наибольшая эффективность таких станций достигается при условии, что мощность, генерируемая ФЭС в дневное время, не превышает мощности, потребляемой нагрузкой.
   Расчет окупаемости в таких случаях должен проводится не в сравнении со стоимостью кВт*ч традиционной электроэнергии, а с учетом капитальных затрат на модернизацию линий электропередач и увеличение мощности трансформаторных подстанций. Необходимо также, провести сравнение со стоимостью электроэнергии, вырабатываемой с применением других типов генераторов (например, дизельных генераторов). Соответственно, срок окупаемости несетевых солнечных электростанций сильно зависит от особенностей конкретного проекта и может изменяться в очень широких пределах.
   Из приведенных выше данных видно, что в Украине существует достаточно много возможностей и предпосылок для строительства солнечных электростанций различного типа с окупаемостью инвестиций менее 10 лет. С учетом этого факта и других известных преимуществ солнечных электростанций можно смело утверждать, что привлекательность солнечной энергетики в Украине с каждым днем будет возрастать.