Фотогальваника: энергия солнца

Фотогальваника: энергия солнца

Надежная, не требующая обслуживания и безвредная для окружающей среды техника – несбыточная мечта? Нет, потому что фотогальванические солнечные энергетические системы очень близки к этому идеалу. Особенно устройства, подключаемые к существующей электросети. Эта статья представляет собой обзор фотогальванических технологий и методов их применения, прежде всего, в индивидуальных хозяйствах и коммерческих целях.



Приведенные советы и рекомендации помогут принять правильное решение при планировании собственной энергетической установки.

Как работает фотогальваническая система

Фотогальванический процесс преобразует солнечный свет в электрическую энергию. Для этого необходим полупроводник со структурой, подобной той, которая применяется в электронике при изготовлении интегральных схем («чипов»).Полупроводниковые кристаллы – в основном, из кремния – преобразуют попадающие на них кванты света (фотоны) в постоянный электрический ток. Ток собирается через металлические контакты. Множество фотоэлементов собирается в блоки. Такие блоки, или фотогальванические панели, защищенные от воздействий окружающей среды стеклом и полимерами, составляют основу солнечной (фотогальванической) установки.



Автономные и сетевые установки

Сетевые установки представляют оптимальное решение для преобразования солнечного света в электрический ток. Они состоят из нескольких связанных между собой солнечных панелей, одного или нескольких преобразователей постоянного тока в переменный 220 В/50 Гц и разъема для подключения к локальной электросети. Преобразователь выполняет также регулирующие и управляющие функции для оптимизации получения энергии.

Полученная таким образом энергия может использоваться для питания локальных потребителей. Ее избыток накапливается местным энергоснабжающим предприятием, которое также заботится о равновесии количества потребляемой и вырабатываемой энергии. Существуют сетевые распределительные установки мощностью от 1 до 1000 кВт и даже выше.

Сетевое решение, по сравнению с локальным, имеет следующие преимущества:
- получаемый ток 220 В/50 Гц пригоден для питания обычных потребителей (бытовых приборов, освещения);
- не нужна отдельная сеть для «фотогальванических» потребителей;
- обмен энергией при ее недостатке или избытке происходит автоматически через сетевой разъем;
- не нужны локальные аккумуляторы;
- накопление энергии происходит непосредственно в сети;
- установка автоматически отключается при аварии в сети.



АС-модули

Установки малой мощности (от 0,1 до 1,5 кВт) обычно снабжены стандартным штекером и могут быть подключены к любой бытовой розетке. Однако для их работы необходимо наличие напряжения в сети. В случае аварии в сети АС-модули, как и сетевые установки большей мощности, из соображений безопасности автоматически отключаются.



Автономные установки

Автономные солнечные установки являются идеальным вариантом там, где подключение к сети дорого или невозможно. Вместо преобразователя заряд и разряд аккумуляторов, служащих для накопления энергии, контролирует электронное устройство. Энергообеспечение удаленных от электрических сетей объектов, например горных селений или рекреационных объектов, может с успехом осуществляться с помощью автономных установок. Установки малой мощности питают придорожные колонки экстренного вызова, контролирующие видеокамеры, освещение дорожных знаков, а также калькуляторы и прочие приборы. Для подключения обычных приборов 220В/50Гц необходим специальный преобразователь.



Возможна комбинация автономной и сетевой установки. При этом избыточный ток после полной зарядки аккумуляторов через преобразователь подается в сеть. Преимущество такого решения состоит в следующем: при аварии в сети можно использовать установку, работающую в автономном режиме.



Какие объекты пригодны

Вообще солнечные элементы можно применять везде, где достаточно солнечного света. Лучшая ориентация: легкий наклон в южную сторону (от юго-востока до юго-запада). С целью уменьшения затрат солнечные батареи устанавливают на плоских поверхностях существующих или строящихся зданий. Пригодны следующие сооружения:
• существующие здания с освещенной солнцем поверхностью (плоские или наклонные крыши, фасады);
• новостройки, возможно со встроенными в оболочку здания солнечными элементами;
• сооружения инфраструктуры (ограждения, звукопоглощающие сооружения).

Следует избегать даже частичного затенения от дымоходов, антенн, соседних зданий, деревьев и пр. Затенение даже части панели значительно влияет на производительность всей установки.



Планирование мощности установки

Один квадратный метр панели с фотоэлементами вырабатывает 90–125 кВт-час переменного тока в год (1/3 в зимнее и 2/3 в летнее полугодие). Для планирования будущей установки следует учитывать, что:
• средняя семья из 4х человек потребляет около 3000 кВт-час электроэнергии в год (без горячей воды);
• на кВт установленной мощности необходимо 800–900 кВт-час электроэнергии.

Типичному хозяйству для 100% покрытия годовой потребности в электроэнергии необходима установка фотогальванических (солнечных) батарей площадью 25–35 м2.

Эксплуатация фотогальванических установок

Как правило, специальное ее обслуживание не требуется – достаточно регулярного осмотра установки. Для установок средней и большой мощности рекомендуется применение счетчиков продуцируемой энергии.



Фотогальваническая установка не содержит движущихся частей, поэтому срок ее эксплуатации очень большой. Фотоэлементы со временем мало изменяют производительность (80% номинальной мощности после 20ти лет эксплуатации). Срок эксплуатации определяется только механическими повреждениями и составляет 20–30 лет.



Преобразователи напряжения – это электронные приборы, и, как любая электроника, они могут выходить из строя. Хотя современные приборы и долговечны, рекомендуется регулярно контролировать их работу.