Lanksčios saulės baterijos: tipinių konstrukcijų, jų charakteristikų ir prijungimo ypatumų apžvalga

Saulės energija – vienas perspektyviausių ir sparčiausiai besivystančių alternatyviųjų elektros šaltinių. Tai beribis išteklius, kurį galima naudoti bet kuriame planetos taške, neteršiant aplinkos. Sutikite, būtų neblogai įsigyti nuosavą alternatyvųjį elektros energijos šaltinį.

Pasirodo, dabar saulės energiją galima paversti elektra tiesiog savo namuose. Vietoje masyvių ir trapių karkasinių modulių vis dažniau naudojamos lanksčiosios saulės baterijos. Tačiau kaip tai įgyvendinti praktiškai?

Padėsime suprasti lanksčiųjų saulės modulių sandarą ir jų veikimo principą. Naudingos rekomendacijos, kaip pasirinkti ir montuoti konstrukcijas, pateikiamos mūsų straipsnyje. O kad informaciją būtų lengviau suvokti, straipsnyje rasite teminių nuotraukų ir vaizdo įrašų.

Kas yra saulės baterijos?

Norėdami suprasti, ar jums tinka lanksčiosios elektros gamybos plokštės, turite išsiaiškinti teoriją.

Kas yra saulės baterija, kuo lanksčiųjų modelių sandara skiriasi nuo kitų? Taip pat labai svarbu dar prieš perkant išsiaiškinti būtent šio tipo saulės elementų pranašumus ir trūkumus.

Lanksčiųjų modulių sandara ir veikimo principai

Saulės baterijos veikimo principas pagrįstas fotoelektrine savybe. Šviesa, kaip žinoma, gali būti traktuojama ir kaip banga, ir kaip dalelių – fotonų – srautas. Galimybė paversti fotonų energiją elektra ir yra fotoelektra.

Pirmieji šiuolaikinių saulės baterijų prototipai buvo išrasti dar praėjusio amžiaus 6-ajame dešimtmetyje. Nuo tada jie labai pasikeitė tiek išvaizda, tiek veikimo principu. Fotoelektrinis efektas tapo įmanomas naudojant puslaidininkius

Puslaidininkis – tai medžiaga, turinti ypatingą atomo sandarą. n tipo puslaidininkis turi papildomų elektronų, o p tipo puslaidininkio atomuose jų trūksta. Norint pagaminti fotoelementą, sujungiami du medžiagų tipai, sudarant dvisluoksnę struktūrą.

Atskiri fotoelementai sujungiami į plokštes. Plokštės gali būti standžios, su tvirtais metaliniais rėmais. Dabar vyksta tendencija lengvinti foto plokščių konstrukcijas. Populiarėja lanksčios ir lengvos saulės baterijos.

Saulės baterijos veikimo principą galima apibūdinti taip:

1. Saulės šviesa patenka ant fotoelemento paviršiaus iš n-sluoksnio pusės.
2. Fotonai susiduria su puslaidininkio atomais, „išmušdami“ perteklinius elektronus.
3. Laisvieji elektronai juda p-sluoksnio link ir patenka į atomus, kuriems trūksta dalelių.
4. Dėl to viršutinis sluoksnis veikia kaip katodas, o apatinis – kaip anodas.
5. Gaminama nuolatinė srovė, kuria galima lengvai įkrauti akumuliatorių.

Kaip puslaidininkis naudojamas silicis, selenas ir daugelis kitų, brangesnių medžiagų.

Nuolatinė srovė, gaunama iš saulės panelės, turi būti paversta kintamąja, nes dauguma elektros prietaisų dirba būtent su ja.

Lanksčioms plėvelinėms saulės baterijoms taip pat naudojamas polimerinis purškimas su aliumininiais laidininkais. Tokia struktūra padaro plokštes stebėtinai plonas ir lengvas.

Ši technologija tik pradeda vystytis, tačiau tai, kad ji turi didelių perspektyvų, nekelia abejonių. Bet mes pažiūrėsime į lanksčias plokštes plačiąja šios sąvokos prasme.

Daugiau informacijos apie saulės baterijų veikimo principus galite perskaityti spustelėję nuorodą.

Lanksčiųjų saulės elementų pranašumai

Lanksčių saulės plokščių privalumai daro šį elektros gamybos metodą vienu iš perspektyviausių:

• svoris;
• dydis;
• elastingumas;
• našumas;
• universalumas;
• ekonomiškumas;
• ekologiškumas;
• eksploatacijos paprastumas.

Plokščių geometriniai ir fiziniai parametrai, tokie kaip dydis ir svoris, turi didelę reikšmę, nes norint aprūpinti elektrine energija visą gyvenamąjį namą, reikės didelio kiekio plokščių. Naudojant sunkiuosius modelius, gali tekti sustiprinti pastato konstrukciją, o tai žymiai padidins įrengimo išlaidas.

Lengvi ir kompaktiški lankstūs elementai negalės reikšmingai paveikti apkrovos paskirstymo pastato karkasui. Jie nekelia jokio pavojaus stogo dangai.

Silicio baterijų našumas yra pakankamai aukštas. Įvertinti naudingumo koeficientą šiuo atveju sunku, puslaidininkių plokštės vidutiniškai sugeba paversti šviesą į elektrą 20 %.

Tai yra, jei saulės spinduliuotės galia bus 200 W, elektros energijos bus gauta apie 40 W.

Lanksčios amorfinės saulės plokštės yra daug tolerantiškesnės debesuotam orui nei įprastos kietos konstrukcijos iš silicio.

Palyginimui, standartinė saulės baterija debesuotu oru gali dirbti tik 10 % savo galios, o lanksti plokštė išduoda apie 50 % vardinių verčių.

Saulės baterijos lankstumas leidžia ja įrengti stogus su nelygiu paviršiumi, čerpinius stogus, sudėtingos formos dangas. Be to, jos yra pakankamai universalios, tinka montuoti ant stogo arba pastato fasado.

Saulės šviesa – nemokamas ir neribotas išteklius. Tai yra neabejotinas jos pliusas, kuo ir išreiškiamas besąlyginis saulės plokščių ekonomiškumas.

Be to, toks energijos gamybos būdas yra visiškai ekologiškas, niekaip neveikia aplinkos būklės ir jai nekenkia. Be to, atsisakydama populiarios saulės energijos alternatyvos – šiluminių elektrinių, žmonija mažina atmosferos taršos lygį.

Lanksčiojo tipo saulės baterijų trūkumai

Lanksčių saulės plokščių trūkumų taip pat nestinga. Pirma, ši technologija tik vystosi ir dar nepasiekė savo galimybių piko. Našumu lanksčios amorfinės baterijos nusileidžia kietoms poli- ar monokristalinėms.

Lanksčių plokščių sandara ir veikimo principas yra gana sudėtingi, tačiau jomis naudotis galės kiekvienas. Užtenka tinkamai sumontuoti ir prijungti įrangą.

Antra, plona folija ir minimalus purškimo sluoksnis palyginti greitai sugenda. Tokių plokščių garantinis eksploatacijos laikotarpis – apie 3 metus.

Po to fotoelementai pamažu pradeda gesti ir reikalauja pakeitimo.

Džiugina tai, kad ši pramonė sparčiai vystosi ir jau atsiranda patvaresni bei galingesni lanksčių saulės baterijų, pagamintų iš amorfinio silicio, pavyzdžiai.

Kiti trūkumai būdingi visų tipų saulės baterijoms:

• atsipirkimo trukmė;
• aukšta kaina;
• didelis brangios įrangos kiekis, be pačių baterijų;
• priklausomybė nuo oro sąlygų.

Lanksti baterija, kurios galia apie 150 W, kainuoja maždaug 400 € arba daugiau, priklausomai nuo gamintojo. 20 baterijų, akumuliatorių rinkinys ir papildoma įranga kainuos nemažą sumą. Atsižvelgiant į 1 kWh elektros energijos kainą, sistemą teks atsipirkti ne vienerius metus.

Kur ir kaip naudojama saulės energija?

Lanksčios baterijos naudojamos įvairiose srityse. Prieš rengiant namo energijos tiekimo projektą naudojant šias saulės baterijas, išsiaiškinkite, kur jos naudojamos ir kokie jų naudojimo ypatumai mūsų klimate.

Saulės baterijų panaudojimo sritys

Lanksčių saulės baterijų taikymas yra labai platus. Jos sėkmingai naudojamos elektronikoje, pastatų elektrifikacijoje, automobilių ir aviacijos pramonėje, kosminiuose objektuose.

Statyboje tokios baterijos naudojamos gyvenamiesiems ir pramoniniams pastatams aprūpinti elektra.

Saulės energija gali būti vienintelis elektros šaltinis arba gali dubliuoti tradicinę elektros tiekimo schemą, kad tam tikru laikotarpiu, esant nepakankamam efektyvumui, namas neliktų be elektros.

Nešiojamieji įkrovikliai, pagrįsti lanksčiais saulės elementais, yra prieinami kiekvienam ir parduodami visur. Didelės lanksčios turistinės baterijos elektros energijai gauti bet kuriame pasaulio kampe yra labai populiarios tarp keliautojų.

Labai neįprasta, bet praktiška idėja – naudoti kelių dangą kaip pagrindą lanksčioms baterijoms. Specialist elementai yra apsaugoti nuo smūgių ir nebijo didelių apkrovų.

Lanksčios baterijos yra geros ir tuo, kad jas galima pritaikyti beveik bet kokioje situacijoje. Jas galima lengvai įmontuoti ant automobilio stogo ar jachtos korpuso.

Ši idėja jau įgyvendinta. „Saulės“ kelias aprūpina energija aplinkinius kaimus, nenaudodamas nė vieno papildomo žemės metro.

Lanksčiųjų amorfinių modulių taikymo ypatumai

Tie, kurie planuoja pradėti naudoti lanksčias saulės baterijas kaip elektros energijos šaltinį savo namams, turėtų žinoti jų eksploatavimo ypatumus.

Saulės panelės su lanksčiu metaliniu pagrindu naudojamos ten, kur mini elektrinių atsparumui dilimui keliami aukštesni reikalavimai:

Visų pirma vartotojus jaudina klausimas, ką daryti žiemą, kai diena trumpa ir elektros neužtenka visų prietaisų veikimui?

Taip, esant debesuotam orui ir trumpai dienai, plokščių našumas sumažėja. Gerai, kai yra alternatyva galimybė persijungti į centralizuotą elektros tiekimą. Jei jos nėra, reikia apsirūpinti akumuliatoriais ir juos įkrauti tomis dienomis, kai oras yra palankus.

Įdomi saulės baterijų savybė yra ta, kad kaitinant fotoelementą, jo efektyvumas žymiai sumažėja.

Vasaros karštyje plokštės įkaista, bet veikia prasčiau. Žiemą, saulėtą dieną, fotoelementai gali sugauti daugiau šviesos ir paversti ją energija.

Giedrų dienų skaičius per metus priklauso nuo regiono. Žinoma, pietuose naudoti lanksčias baterijas yra racionaliau, nes saulė ten šviečia ilgiau ir dažniau.

Kadangi per dieną Žemė keičia savo padėtį Saulės atžvilgiu, plokštes geriau išdėstyti universaliai – tai yra iš pietų pusės maždaug 35–40 laipsnių kampu. Tokia padėtis bus aktuali tiek ryto ir vakaro valandomis, tiek vidurdienį.

Saulės baterijų montavimo ant stogo instrukcija

Jei nusprendėte, kad lanksčios saulės baterijos, pagamintos iš amorfinio silicio, – tai, ko Jums reikia aprūpinant privatų namą elektra, pradėkite planuoti darbus.

Pasirinkite tinkamą įrangą ir įvertinkite apytikslį plokščių skaičių. Tada susipažinkite su montavimo ir vėlesnio saulės elementų aptarnavimo taisyklėmis.

Tačiau atminkite, kad tradicinių silicio poli- ir monokristalinių analogų naudojimas kol kas yra daug produktyvesnis.

1 žingsnis. Modulių skaičiaus apskaičiavimas

Bet koks darbas prasideda nuo projekto. Projektavimui reikia atlikti reikiamus skaičiavimus, būtent:

• paros elektros energijos suvartojimas;
• bendra reikalinga fotoelementų galia;
• akumuliatorių talpa;
• plokščių skaičius.

Paprasčiausia – apskaičiuoti elektros energijos suvartojimą. Tam reikia įvertinti absoliučiai visus be išimties elektros prietaisus, kuriuos naudojate arba teoriškai galite naudoti.

Paprastas pavyzdys:

• šaldytuvas – 200 W;
• kompiuteris – 300 W;
• televizorius – 150 W;
• ekonomiškos lemputės – 5 vienetai po 20 W.

Kiekvieno prietaiso galia būtinai nurodoma jo dokumentacijoje arba ant korpuso. Sudėjus visus duomenis gauname 750 W. Remiantis šia verte parenkamas inverteris – prietaisas, paverčiantis nuolatinę srovę į kintamąją reikiamu dažniu.

Būtinai padarykite nedidelę atsargą ir pasirinkite inverterį, kuris yra 0,5 kW galingesnis už apskaičiuotą vertę. Tai reiškia, kad bendrai 0,75 kW galiai tinka prietaisas, ne silpnesnis nei 1,25 kW.

Norint teisingai prijungti, saulės baterijos jungiamos prie akumuliatorių per valdiklį. Nepainiokite kontaktų – pliusą prie pliuso, minusą prie minuso. Iš akumuliatoriaus srovė nukreipiama į inverterį, o vėliau – į elektros prietaisus.

Po to reikia parinkti akumuliatoriaus baterijas. Akumuliatoriaus talpa (pavyzdžiui, 200 A·h) rodo, kokios stiprumo srovė bus tiekiama esant nustatytai įtampai per vieną valandą.

Reikiamą talpą galima apskaičiuoti padalijus bendrą vartotojų galią iš saulės baterijos išėjimo įtampos. Mūsų pavyzdyje naudojame 12 voltų akumuliatorius. 750 / 12 = 62,5 A·h.

Tačiau tokia formulė nėra visiškai teisinga, nes daugumos baterijų negalima iškrauti iki nulio. Yra tam tikras apribojimas, pavyzdžiui, 40%. Jei įkrovos lygis nukrenta žemiau, tai reikšmingai įtakoja akumuliatoriaus tarnavimo laiką ir darbo kokybę.

Šį rodiklį taip pat reikia pridėti prie formulės:

750 W / (12 V × 0,4) = 156,25 A·h.

Norint pasiekti tokią talpą, galima sujungti į sistemą grupę iš 2 baterijų po 100 A·h kiekviena.

Plokščių skaičius apskaičiuojamas atsižvelgiant į pasirinkto modelio galią ir regioną, kuriame jos bus sumontuotos. Regiono reikšmės negalima pervertinti. Idealiu atveju reikia rasti dienos saulės spinduliuotės lygį jūsų vietovėje. Patikimumui imama mažiausia vertė per metus, apytiksliai – gruodžio pabaigoje.

Schematiškai insoliacijos lygį skirtinguose regionuose galima pavaizduoti taip. Skaitines reikšmes galima rasti specializuotuose žinynuose arba internete.

Padauginę šį rodiklį iš kalendorinių mėnesio dienų skaičiaus, gauname kilovatų skaičių, tenkantį 1 m² lanksčios saulės baterijos gruodžio mėnesį. Pavyzdžiui, Maskvoje tai yra 0,33×31=10,23 kW/m², o Sočyje – 1,25×31=38,75 kW/m². Šis rodiklis vadinamas piko valandų skaičiumi.

Tada iš sąlyginių maksimalių 0,75 kW, kuriuos vienu metu suvartoja visi prietaisai, apskaičiuojame vidutinį mėnesinį suvartojimą – apie 25 kW. Per mėnesį mūsų lanksčios baterijos turėtų pagaminti ne mažiau kaip 25 000 W, o geriau padaryti nedidelę atsargą ir suapvalinti iki 30 kW.

Vadinasi, 1 piko valandai Maskvoje turėtų tekti 30/10,23 = 2,93 kW. Jei pasirinktos plokštės turi 150 W galią, apskaičiuoti jų kiekį nesunku: 2,93/0,15 = 20 vienetų.

Po tokių nesudėtingų skaičiavimų galėsite pasirinkti tinkamą keitiklį, valdiklį, akumuliatorių ir pačias lanksčias fotovoltines plokštes reikiamu kiekiu.

2 žingsnis. Montavimo taisyklės

Lanksčių saulės elementų montavimą galite atlikti patys.

Tam verta apsispręsti, kur tiksliai išdėstysite savo plokštes:

• ant pastato stogo;
• ant namo fasado;
• ant atskirai pastatytos konstrukcijos;
• kombinuota schema.

Populiariausias variantas – ant stogo. Jei stogo forma ar konfigūracija to neleidžia, geriau pastatyti papildomą karkasą, ant kurio išdėstyti baterijas. Tai yra brangiau, tačiau jei stogas yra šešėliuotas ar sunkiai pasiekiamas, šis variantas tampa racionalus.

Išdėstymas ant fasado naudojamas tada, kai vietos ant stogo nepakanka. Plokštės gali tapti dizaino sumanymo dalimi ir atlikti namo puošmenos vaidmenį.

Lanksčios saulės fotovoltiniai elementai apatinėje pusėje turi lipnų dervingą sluoksnį.

Pakanka nuimti apsauginę plėvelę ir priklijuoti plokštę pasirinktoje vietoje. Žinoma, prieš montavimą paviršių reikia nuvalyti ir išplauti.

Jokio specializuoto įrankio montavimui nereikia. Svarbiausia pasirūpinti savo saugumu dirbant ant stogo. Taip pat labai svarbu laikytis įrangos prijungimo schemos ir nepažeisti sekos.

Vienoje pusėje saulės baterijos modulis turi 2 išeinančius kabelius. Kiekviena plokštė išdėstoma taip, kad šiuos laidus vėliau būtų galima sujungti viena magistrale nuosekliajam prijungimui.

Taip pat rekomenduojame perskaityti kitą mūsų medžiagą, kurioje išsamiai aprašytos montavimo schemos ir saulės baterijų prijungimo būdai. Išsamiau – čia.

3 žingsnis. Sistemos priežiūra po įrengimo

Sumontavus lanksčius saulės elementus, juos reikės nuolat prižiūrėti ir stebėti, kitaip jų efektyvumas gali smarkiai sumažėti. Svarbiausia – laikyti plokštes švarias. Dulkės, purvas, paukščių išmatos – visi šie veiksniai mažina sistemos našumą, nes riboja saulės šviesos sugėrimą fotoelementais.

Saulės baterijas reikia valyti, kai jos užsiteršia. Būtent todėl jų nerekomenduojama montuoti sunkiai pasiekiamose vietose ant sudėtingo stogo.

Jei jūsų sistema negali būti prižiūrima jūsų pačių, visada galima rasti rangovą, turintį atitinkamą techniką ir įrangą. Žinoma, tai kainuos brangiau.

Saulės baterijas iš amorfinių silicio plokščių, kaip ir standžias analogines, galima plauti įprasta drėgna kempine arba mikropluošto šluoste. Plokštė nebijo vandens (vis dėlto tai įranga montuojama lauke), jei jas reguliariai plausite, jos tarnaus ilgiau.

Kita problema, aktuali mūsų regionuose – sniegas. Žiemą baterijos užklotos sniegu ir nustoja veikti. Kritulius reikia nuolat valyti, bet ne per šiurkščiai, antraip galima pažeisti pačią įrangą.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Vaizdo įrašai ir apžvalgos, kuriose nagrinėjamos lanksčios populiarių gamintojų plokštės, padės priimti teisingą sprendimą. Galėsite pamatyti, kaip atrodys jūsų namas po įrangos montavimo, specialistai padės pasirinkti reikiamą baterijų kiekį ir aptars montavimo taisykles.

Kaip veikia lanksčios saulės baterijos ir iš ko jos gaminamos:

Lanksčią bateriją galima sumontuoti netgi bute ant daugiaaukščio pastato fasado, kodėl gi ne:

Dar šiek tiek apie gamybą ir lanksčių elementų privalumus:

Saulės baterijos suteikia galimybę tapti energetiškai nepriklausomu, nestebėti benzino ir komunalinių paslaugų kainų. Jei vieną kartą investuosite tam tikrą sumą, galėsite neribotai vartoti energiją buitiniams elektros prietaisams, namų šildymui ir elektromobilio akumuliatoriaus įkrovimui. Vis daugiau žmonių pereina prie alternatyviosios energijos, nes už jos – ateitis.

Jei turite reikiamų žinių ar patirties mūsų straipsnio tema, prašome, pasidalinkite jomis su mūsų skaitytojais. O gal teko savarankiškai montuoti saulės baterijas? Papasakokite, kaip tai darėte. Savo komentarus galite papildyti nuotraukomis.