Солнечная батарея – это источник электрического тока, получаемого посредством фотоэлектрических преобразователей. Преимущества таких батарей в том, что они надежны, стабильны и не имеют подвижных частей. Кроме того, их срок службы ничем не ограничен.
Однако, есть и свои недостатки: низкий КПД и высокая стоимость. При этом тип конструкции солнечных батарей модульный и это позволяет создать установки, имеющие разные уровни напряжения и любую мощность. Отопление на солнечных батареях – перспективное направление, так как энергия Солнца практически безгранична.
Какие бывают солнечные батареи
Солнечная батарея, иначе ее можно назвать панелью или модулем – это фотоэлектрический генератор. Основан принцип его действия на физическом свойстве полупроводников. Заключается он в следующем: фотоны выбивают из внешней оболочки атомов электроны и когда цепь замыкается, то возникает ток. Чтобы получить необходимые параметры по току и напряжению, батареи соединяют в цепи как последовательно, так и параллельно. Срок службы такой батареи – двадцать пять лет, а типичный КПД – 14 %.
В настоящее время все солнечные батареи, имеющиеся на рынке, условно делятся на такие классы:
маломощные – они используются для зарядки разной электроники и сотовых телефонов. Их фотопластины имеют маленькую площадь, а цена очень высокая, поэтому, такие батареи можно назвать, скорее, игрушкой для любителей экзотики;
универсальные – они подходят для разного вида потребителей, находящихся в полевых условиях. В импортном исполнении такие батареи имеют достаточно приемлемую цену, хорошее качество, отличный дизайн и оснащены дополнительными переходниками. Наиболее приемлемы они для использования туристами;
панели солнечных элементов представляют собой фотопластины, закрепленные на подложке. Они являются своеобразной заготовкой для устройств, удобных для пользования. Отопление на солнечных батареях предполагает использование именно их.
Эксплуатация
Солнечные батареи следует размещать на максимально освещенном дневным светилом месте и нужно стремиться, чтобы они все были освещены одинаково. Обязательно необходимо принять соответствующие меры, которые исключали бы механическое повреждение батарей. Кроме того, нужно позаботиться о том, чтобы на них не попадала влага и пыль. При транспортировке таких батарей исключена тряска. В жаркую погоду солнечные батареи располагают на поверхности, которая мало подвержена нагреванию, то есть, на блестящей алюминиевой фольге или белой материи.
Отопление
Так как на солнечное излучение оказывает влияние погода, сезоны года и смена дня и ночи, то отопление на солнечных батареях для жителей Западной и Центральной Европы вряд ли приемлемо. При нынешнем уровне достижений в данной отопительной системе, капитальные вложения в нее пока намного превышают экономию, которой удается при этом достичь.
Поэтому в этих странах солнечные батареи, гораздо эффективнее, сейчас используют для подготовки горячей воды. Дело в том, что лучше всего такие батареи проявляют себя летом, когда отопление, в принципе, не нужно. Если же аккумулировать то тепло, которое могут накапливать солнечные батареи за летний период, чтобы потом его использовать зимой, то это было бы отличным решением проблемы. В этом направлении существуют интересные разработки.
Существует такая солнечная батарея, представляющая собой панельный солнечный коллектор. Он состоит из абсорбционной панели темного цвета, воспринимающей солнечные лучи и передающую тепло жидкому носителю, находящемуся в ней. Для ограничения потерь тепла коллектор закрывают стеклом и теплоизолируют. Так как стекло пропускает длинноволновые и коротковолновые лучи, то такая защита уменьшит потери тепла.
Солнечный коллектор, благодаря используемому в нем вогнутому зеркалу, фокусирует лучистую энергию, поэтому жидкий носитель может нагреться до весьма высокой температуры. Однако, диффузную радиацию он не воспринимает, поэтому на практике пока не используется.
Существуют вакуумные трубопроводные коллекторы, которые могут использовать солнечную энергию и при низкой температуре и слабом излучении.
Отопление на солнечных батареях, в этом случае, осуществляется таким образом: тело аккумулируется и транспортируется жидким носителем — смесью воды с антифризом. Он протекает по коллектору, нагревается, через обменник отдает его в аккумулятор и снова возвращается в коллектор для нагрева.
Циркуляция происходит за счет гравитации, то есть, горячий теплоноситель легче холодного, он поднимается вверх, а холодный, наоборот, спускается вниз. Поэтому аккумулятор располагают над коллектором, его устанавливают в подвале и применяют принудительную циркуляцию, используя насос. Последний включают в том случае, если температура коллектора выше, чем в нижней части аккумулятора. Нужно отметить, что данная гелиоустановка, в основном, используется для нагрева воды.
Эффективность
Экономическая эффективность бытового использования солнечных батарей для отопления и нагрева воды достаточно спорна. Конечно, энергия Солнца является даровой, но вот для ее успешного использования нужны очень высокие капиталовложения. Как показали исследования, лучшие гелиоустановки в самый жаркий период года показывают энергетическую рентабельность 5,3.
Это говорит о том, что полученная таким образом энергия на такую цифру превышает затраты на работу насосов и подогрев носителя. Плохо работают солнечные батареи зимой, в это время они производят слишком мало энергии, даже меньше той, что затрачивается на вспомогательную энергию.
Стоимость установки солнечных батарей зависит от того, как они будут монтироваться. Готовые агрегаты стоят дорого, поэтому гораздо рентабельнее монтажные работы осуществлять на месте. Окупаемость такой системы – не менее десяти лет, при этом, коллектор имеет самый маленький ресурс, а аккумулятор и трубы используются дольше.