Сонячні батареї, як джерело електроенергії, сьогодні вже важко віднести до самих передових технологій. Вперше застосовані для енергозабезпечення космічних станцій більше 40 років тому, сьогодні сонячні батареї міцно увійшли до побуту як джерела екологічно чистій та безкоштовній енергії. Сонце завжди посилало та посилає на землю мільярди кіловат променистої енергії та це джерело не вичерпається ще багато мільйонів років. Здавалося б, навіщо будувати атомні, теплові та гідроелектростанції? Бери і користуйся сонячною енергією. Проте сонячні батареї, про які піде мова, поки застосовуються в Україні дуже обмежено. У чому ж причина?
 |
Принцип роботи сонячних батарей
За принципом роботи сонячна батарея є фотоелектричним генератором постійного струму, який використовує ефект перетворення променистої енергії в електричну. Точніше, в сонячних батареях використана властивість напівпровідників на основі кристалів кремнію. Кванти світла, потрапляючи на пластину напівпровідника, вибивають електрон із зовнішньої орбіти атома цього хімічного елементу, що створює достатню кількість вільних електронів для виникнення електричного струму. Проте для того, щоб напруги і потужності такого джерела вистачало для застосування в господарських цілях, одного або два кремнієві елементи недостатньо. Тому їх збирають в цілі панелі, де з’єднують паралельно або послідовно. При цьому площа таких панелей може складати він декількох квадратних сантиметрів до декількох квадратних метрів. Збільшуючи кількість панелей можна добитися більшої вироблюваної потужності сонячною батареєю. Проте продуктивність сонячної батареї залежить не лише від площі, але також від інтенсивності сонячного світла і кута падіння променів. Отже, продуктивність сонячної батареї залежить від місцевості та географічної широти, де розташований дім, від погоди і пори року, від часу доби.
Крім того, щоб система з сонячних батарей працювала і подавала енергію в мережу, треба встановити ряд додаткових електроприладів, зокрема:
– інвертор, що перетворює постійний струм в змінний;
– акумуляторну батарею, роль якої накопичувати енергію і згладжувати перепади напруги через зміни освітленості;
– контролер заряду акумулятора, який не дозволяє акумулятору перезарядитися або розрядитися завчасно. Усе це в комплексі називається автономною системою енергопостачання на підставі сонячних батарей.
 |
Технічні характеристики сонячних батарей
Як і будь-який технічний пристрій, сонячна батарея має свої експлуатаційні та технічні характеристики, які відрізняються для різних моделей, різних виробників, але з досить невеликою розбіжністю.
При площі сонячної батареї приблизно 0,2м2 потужність модуля складає приблизно 10Вт. Напруга при максимальному навантаженні – біля 25В. Струм короткого замикання складає біля 500мкА. Вага такого модуля біля 2кг. Типовий ККД сонячної батареї – від 14 до 18%. Термін служби такої пластини не менше 25 років.
Переваги та ефективність батарей
Незважаючи на порівняно низький ККД сонячна батарея є найбільш ефективним джерелом електрики серед альтернативних і автономних джерел живлення. Проте через досить високу вартість сонячної батареї, а головне залежності від погодних умов, їх в більшості випадків позиціонують не як основне, а як додаткове джерело живлення. Викликано це двома причинами, досить високою вартістю самих сонячних батарей, і порівняно невеликим виходом енергії з одиниці площі.
У ясний сонячний день з одного квадратного метра площі сонячної батареї можна зняти максимум 120Вт потужності. Цього недостатньо навіть для роботи комп'ютера.
Тому для отримання вагомішої потужності сонячні панелі об'єднують в цілих міні електростанції. З сонячної батареї площею 10м2, пише iBud.ua, можна отримувати вже більш за 1кВт енергію, що може забезпечити роботу комп'ютера, телевізора, декількох лампочок. Загалом, для будинку, де живе 3-4 людини (це споживана потужність 200-300кВт в місяць), площа сонячних батарей, скажімо, в 20м2 у світлу частину дня і світлу пору року може виявитися достатньою. Як правило, орієнтованої на південь ділянки даху для установки такої площі сонячної батареї досить. Якщо ж площа даху орієнтованою на південь складе 40м2, то це може при 18-20 сонячних днях дати до 500кВт в місяць. Проте установка батарей такої площі складе не менше 10тис. у.о.
 |
Сонячна батарея взимку буде неефективна. В той же час не можна не зауважити і очевидні переваги:
– тривалий термін служби;
– незалежність від технічних неполадок енергопоставляючої організації;
– низька ймовірність виходу сонячної батареї з ладу;
– відсутність необхідності в постійному обслуговуванні
– безкоштовність самої енергії (правда після того, як в систему були вкладені чималі кошти).
Недоліки сонячних батарей
Недоліків у сонячних батарей як джерела енергії не так вже багато, але вони, на жаль, дуже переконливі та конкретні:
– висока вартість і як наслідок тривалий термін окупності;
– залежність від погодних умов;
– низький ККД в порівнянні з традиційними джерелами енергії;
– неможливість використання для приладів, споживаючих велику потужність.
 |
Панелі сонячних батарей бувають самого різного розміру і потужності. Вартість найбільш потужних коливається в діапазоні від 5000 до 6000 грн. У перерахунку з площі на потужність виходить, що сума вкладень складає до 40 гривен за 1Вт отримуваної потужності, правда, ця сума розкладається не на один десяток років. Так, щоб одержувати дармову сонячну енергію необхідно інвестувати в установку сонячної електростанції відразу дуже значну суму – стосовно приватного будинку для 3-4 чоловік це від 10 до 20 тис. у.о. Це завжди складніше, ніж виплачувати регулярно, але потрохи. Тому в більшості випадків наявність на даху приватного будинку сонячних батарей свідчить не стільки про прихильність до технічного прогресу і екологічних технологій, скільки про наявність у власника надмірних сум на банківському рахунку. Саме тому в європейських країнах сонячні батареї зустрічаються значно частіше, оскільки там вище купівельна спроможність. Крім того, застосування сонячних батарей змушує вибрати в домі відповідне приміщення для установки акумуляторів, обладнати схему синхронізації напруги з тою, яка поступає від місцевої трансформаторної підстанції.
Коли сонячні батареї себе виправдовують?
| Зважаючи на все що було перераховано ситуації, коли сонячна електростанція однозначно себе виправдовувала, на практиці не так вже багато, але вони є. Декілька таких випадків привели в ТОВ "Андей Енерджі", існуючому на базі заводу "Кавзар": Одним з випадків, коли сонячні батареї себе виправдовують, є ситуація, коли в будинку або на іншому об’єкті лімітовано енергоспоживання зважаючи на недолік потужності. Місцева підстанція і обленерго не можуть змінити ліміт споживання, а питання ціни може навіть перевищувати вартість сонячних батарей. Виправдано застосування сонячних батарей у випадках, коли будинок настільки віддалений від трансформаторної підстанції (більш 10-15км), що протягання до нього кабелів або дротів виявиться сумірною за вартістю з самостійним джерелом енергії. Має сенс застосування сонячної електростанції і у тому випадку, коли необхідно забезпечити безперебійне живлення якої-небудь системи, наприклад, охоронної сигналізації або комп'ютерної мережі. Звичайно, рентабельність і окупність систем на підставі сонячних батарей тим вище, чим більше сонячних днів в році в цій місцевості, наприклад, в південних районах, в Криму, на високогірних плато і курортах, де небо велику частину дня вільне від хмар. |
