Щодня на нашу планету надходять мільярди кіловат сонячної енергії. Люди вже давно почали використовувати цю енергію для своїх потреб. З плином прогресу для перетворення енергії сонячного світла стали використовувати сонячні батареї. Все нові й ще невідомі нам технології, викликають недовіру, і деколи складно повірити в їх ефективність. У більшості обивателів сонячні батареї досі стійко асоціюються як мінімум з елементом космічного корабля. Тому давайте коротко розберемо яка ефективність у сонячних батарей, чи можуть вони працювати в прохолодному і хмарному кліматі, чи вимагають вони обслуговування, чи необхідна для сонячних батарей система стеження за сонцем, за який час окупляться сонячні батареї.
Ефективність сонячних батарей.
На ефективність фотоелементів і сонячних панелей з них впливають цілий ряд факторів. У числі основних можна назвати наступні:
- погодні та кліматичні умови
- зміна дня і ночі
- нерівномірність освітлення
- зростання температури
- забруднення
- незворотні втрати.
Потужність сонячних енергетичних систем залежить від інтенсивності сонячного випромінювання. Зрозуміло, що якщо інтенсивність сонячного випромінювання мала або відсутня зовсім, то потужність сонячних панелей знижується. Для того, щоб зменшити вліяініе цього недоліку, геліосистеми постачають акумуляторами, які, накопичивши енергію днем, в нічний час віддають свою енергію споживачеві. Як правило, в нічний час доби до зменшення споживання енергії і, якщо мова йде про автономні геліосистемах забезпечення електроенергією, запасу енергії цілком вистачає для забезпечення потреб в електроенергії вночі.
Рівномірна освітленість сонячної батареї забезпечує високу її ефективність. Якщо якийсь фотоелемент, що входить до складу сонячної панелі освітлений менш інтенсивно, ніж сусідній, то він стає паразитного навантаженням і знижує загальну енерговіддачу сонячних панелей. Для того, щоб зменшити вплив цього фактора, іноді зручно відключити затінений фотоелемент. Для забезпечення максимальної ефективності сонячна панель повинна бути орієнтована точно на сонці. Щоб цього досягти іноді використовують поворотні системи з системою автоматичного стеження за положенням Сонця.
Зростання температури сонячного елменти негативно позначається на його здатності генерувати електричний струм. Сонячні панелі, особливо для великих геліоенергетичних систем необхідно охолоджувати. Пил і волога, осідаючи на поверхні сонячних панелей також негативно позначаються на їх ефективності. Тому необхідно час від часу проводити заходи з очищення поверхні сонячних батарей від пилу і бруду. Іноді поверхню сонячних панелей покривають спеціальним складом, що зменшує ступінь забруднення поверхні сонячної батареї.
Ключ до підвищення ефективності сонячних батарей лежить в зменшенні необоротних втрат сонячної енергії в процесі взаімодествія сонячного світла і речовини, з якого виготовлені фотоелементи. Зменшення необоротних втрат в фотоелементах призведе до збільшення їх ККД. В середньому, ККД сонячних експлуатованих зараз панелей не перевищує 15-20%. У лабораторіях ведуться роботи по збільшенню цього показника. Збільшення ККД всього на один або два відсотки вже вважаються хорошим результатотм. У засобах масової інформації можна знайти інформацію про те, що ККД окремих фотоелментов, виміряний в лабораторних умовах, наближається до 45%.
Чи можуть сонячні батареї працювати в прохолодному і хмарному кліматі.
Кількість сонячної радіації, що досягає поверхні Землі, залежить від різних атмосферних явищ і від положення Сонця як протягом дня, так і протягом року. Хмари - основне атмосферне явище, що визначає кількість сонячної радіації, що досягає поверхні Землі. У будь-якій точці Землі сонячна радіація, що досягає поверхні Землі, зменшується зі збільшенням хмарності. Отже, країни з переважною хмарної погодою отримують менше сонячної радіації, ніж пустелі, де погода в основному безхмарна. На формування хмар впливає наявність таких особливостей місцевого рельєфу, як гори, моря і океани, а також великі озера. Тому кількість сонячної радіації, отриманої в цих областях і прилеглих до них регіонах, може відрізнятися. Наприклад, гори можуть отримати менше сонячного випромінювання, ніж прилеглі передгір'я і рівнини. Вітри, що дмуть у бік гір, змушують частину повітря підніматися і, охолоджуючи вологу, що знаходиться в повітрі, формують хмари. Кількість сонячної радіації в прибережних районах також може відрізнятися від показників, зафіксованих в областях, розташованих усередині континенту.
Кількість сонячної енергії, що надходить протягом дня, в значній мірі залежить від місцевих атмосферних явищ. Опівдні при ясному небі сумарне сонячне випромінювання, що потрапляє на горизонтальну поверхню, може досягти (наприклад, в Центральній Європі) значення в 1000 Вт / м2 (при дуже сприятливих погодних умовах цей показник може бути вище), в той час, як при дуже хмарної погоді - нижче 100 Вт / м2 навіть опівдні.
Хмарність дійсно впливає на роботу сонячних батарей. Кількість енергії, виробленої Вашими сонячними батареями, безпосередньо залежить від кількості сонячних променів, які вони отримують.
У безхмарний день під прямими сонячними променями сонячні батареї отримують максимум світла. Саме в ці години пік вони будуть виробляти максимальну кількість енергії.
Коли сонце затягується хмарами, рівень світла знижується. Однак це не перекриває виробництво енергії. Якщо, незважаючи на хмарність, світла все ж досить, щоб предмети на землі відкидали тінь, Ваші батареї будуть працювати приблизно в половину своєї потужності. Більш щільна хмарність ще більше зменшить ефективність батареї. І нарешті, в дуже похмурий день сонячні батареї будуть виробляти мінімум корисної енергії.
Вплив хмарності на сонячну батарею може бути дивно сприятливим. Неймовірно, але в погану погоду Ваші сонячні батареї будуть відтворювати енергію, отриману в години пік!
Якщо сонце виявиться в просвіті між хмар, станеться щось дивовижне: Ваші сонячні батареї будуть отримувати прямі сонячні промені плюс відбите світло хмар! Таким чином, вони отримають навіть більше світла, ніж у ясний день!
Отже, хмарність може підвищити ефективність роботи сонячних батарей в ясну погоду аж до 50 і більше відсотків!
Сонячні батареї ефективніші при більш низьких температурах, ніж в жаркому кліматі. Взимку в мороз вироблення електрики може бути вище номінальної потужності, розрахованої при 25 градусів тепла. На сьогодні Німеччина є світовим лідером з вироблення електроенергії виробленої Сонячними електростанціями, хоча і не має сонячний клімат.
Кількість похмурих днів в Німеччині досить велике. Наведіть довідки про клімат Німеччини, і Ви переконаєтеся в цьому самі. Згідно сайту погоди, для неї характерні: "помірний морський клімат, прохолодне похмуре літо і зима з великою кількістю опадів, час від часу можливі теплі гірські вітри (фени)".
Незважаючи на свій клімат, на сьогоднішній день Німеччина є найбільшим споживачем сонячної енергії в світі.
У 2006 році в Німеччині відкрився найбільший в світі сонячний парк. Їй також належить найсучасніший проект житлового комплексу, що працює на сонячній енергії - селище з 50 таких будинків, який виробляє набагато більше енергії, ніж споживає!
Чи потребують сонячні батареї обслуговування.
Сонячні батареї не мають рухомих частин. Вони є частиною повної стаціонарної системи. Тому, як тільки вони встановлені, є не так вже й багато причин, що може піти не так. Практично єдине, що домовласник повинен робити, це зберегти чисті панелі. Це важливе завдання, адже - занадто багато снігу, пилу і пташиного посліду на панелях може зменшити кількість сонячного світла. Накопичення на екрані пилу може зменшити кількість електроенергії, виробленої системою на цілих 7 відсотків.
Цей вид обслуговування немає необхідності робити раз на тиждень. Досить поливати панелі зі шланга від одного до чотирьох разів на рік. Для цього не потрібно взбіратся на дах. Шланг з насадкою з землі працює відмінно. Якщо є будівництво в вашому регіоні, необхідно чистити панелі частіше, щоб уникнути додаткового накопичення пилу будівельного залишку.
Крім цього, час від часу потрібно перевіряти, що всі частини знаходяться в робочому стані.
Планове технічне обслуговування системи на сонячних батареях:
Раз на місяць:
1. Зовнішній огляд, перевірка кріплень, огорож і конструкцій обладнання;
2. Частка панелей сонячних батарей;
3. Перевірка електричних силових кабелів, що з'єднують блок з розподільним щитом, на відсутність порізів, тріщин, і ознак стирання ізоляції, в разі потреби проводити підтяжку різьбових з'єднань Обладнання;
4. Контроль і запис стану автоматики і показань КИПа, рівня заряду акумуляторних батарей;
5. Контроль стану конструктивних вузлів блоку на предмет корозії, міцність кріплень панелей кожуха;
Раз на квартал:
6. Коригування положення панелей в залежності від пори року; 7. Перевірка рівня електроліту при необхідності поповнення дистильованою водою.
Раз в півроку:
8. Підтягування різьбових з'єднань проводів генератора, при необхідності заміна запобіжників, наконечників, зачистка контактів;
Раз в рік:
9. Перевірка щільності електроліту, коригування з урахуванням заряду і температури батареї;
Чи необхідна для сонячних батарей система стеження за сонцем.
Після початку використання сонячних батарей для виробництва електроенергії в промислових масштабах інженери і проектувальники стали шукати способи щодо підвищення ефективності таких електростанцій. Загальна дисперсія світла Сонця, яка визначається зміною напрямку падіння сонячних променів на фотоелементи, не дозволяла ефективно використовувати сонячні батареї протягом усього світлового дня. Вихід з такої ситуації був знайдений досить швидко - сонячні панелі стали встановлювати на рухомому підставі, підключеному до системи стеження за Сонцем.
Орієнтування сонячних батарей відносно Сонця, дозволяє збільшити генерований ними струм, однак щоденна орієнтування батарей досить скрутна. Існуючі системи стеження за Сонцем (трекери) в якійсь мірі рятують становище і збільшують ефективність системи, проте вони дороги і вимагають технічного обслуговування. Тому їх застосування зазвичай обмежується великими енергосистемами.
За якийсь час окупляться сонячні батареї.
При оцінці окупності мережевих проектів необхідно враховувати вартість традиційної електроенергії, яка буде заміщатися за рахунок використання «сонячної». Наприклад, розрахунки для об'єктів, що працюють по трьох-тарифним лічильників і споживають електроенергію в денний бізнес-час за ціною 1,3 грн. за кВт * год показали, що окупність інвестицій становить від 13 до 8 років залежно від географічного розташування. При цьому в розрахунках окупності не було враховано постійне підвищення тарифів на традиційну електроенергію, яке відбувається останнім часом все частіше і частіше.
Що стосується немережевих сонячних електростанцій, то їх застосування у звичайних випадках виправдано в тих випадках, коли немає можливості підключитися до мережі, спостерігаються регулярні перебої з електропостачанням або ж виділеної потужності не вистачає для роботи в денний час. При цьому використання резервних або повністю автономних сонячних електростанцій стає актуальним, а іноді - навіть єдиним способом забезпечити гарантоване електроживлення об'єкта.
Найбільша ефективність таких станцій досягається за умови, що потужність, що генерується ФЕС в денний час, не перевищує потужності, споживаної навантаженням.
Розрахунок окупності в таких випадках повинен проводиться не в порівнянні з вартістю кВт * год традиційної електроенергії, а з урахуванням капітальних витрат на модернізацію ліній електропередач і збільшення потужності трансформаторних підстанцій. Необхідно також, провести порівняння з вартістю електроенергії, вироблюваної з застосуванням інших типів генераторів (наприклад, дизельних генераторів). Відповідно, термін окупності немережевих сонячних електростанцій сильно залежить від особливостей конкретного проекту і може змінюватися в дуже широких межах.
З наведених вище даних видно, що в Україні існує досить багато можливостей і передумов для будівництва сонячних електростанцій різного типу з окупністю інвестицій менше 10 років. З урахуванням цього факту і інших відомих переваг сонячних електростанцій можна сміливо стверджувати, що привабливість сонячної енергетики в Україні з кожним днем зростатиме.