Производство солнечных батарей в России: технология, оборудование, стартовый капитал. Как выглядит технология производства солнечных батарей? Технология изготовления солнечных панелей

Человечество стремится перейти на альтернативные источники электрического снабжения, которые помогут сохранить чистоту окружающей среды и сократить затраты на выработку энергии. Производство является современным индустриальным методом. включает в себя приемники солнечного света, аккумуляторы, контролирующие устройства, инверторы и другие приборы, предназначенные для определенных функций.

Солнечная батарея является главным элементом, с которого начинается накопление и лучей. В современном мире для потребителя при выборе панели существует много подводных камней, так как промышленность предлагает большое число изделий, объединенных под одним названием.

Кремниевые солнечные батареи

Эти изделия популярны у современных потребителей. В основу их изготовления положен кремний. Запасы его в недрах широко распространены, добыча сравнительно недорогая. Кремниевые элементы выгодно отличаются уровнем производительности от других батарей солнечного света.

Виды элементов

Производство из кремния ведется следующих типов:

• монокристаллический;
• поликристаллический;
• аморфный.

Различаются вышеназванные формы устройств тем, как компонуются кремниевые атомы в кристалле. Основным отличием элементов становится различный показатель преобразования световой энергии, который у двух первых видов находится приблизительно на одном уровне и превышает значения у приборов из аморфного кремния.

Промышленность сегодняшнего дня предлагает несколько моделей солнечных уловителей света. Отличие их состоит в том, какое применяется оборудование для производства солнечных батарей. Играет роль технология изготовления и разновидность начального материала.

Монокристаллический тип

Эти элементы состоят из силиконовых ячеек, скрепленных между собой. По способу ученого Чохральского производится абсолютно чистый кремний, из которого изготавливают монокристаллы. Следующим процессом является разрезание застывшего и затвердевшего полуфабриката на пластины толщиной от 250 до 300 мкм. Тонкие слои насыщают металлической сеткой электродов. Несмотря на дороговизну производства, такие элементы применяют достаточно широко из-за высокого показателя преобразования (17-22%).

Изготовление поликристаллических элементов

Солнечных батарей из поликристаллов состоит в том, что расплавленная кремниевая масса постепенно охлаждается. Производство не требует дорогого оборудования, следовательно, затраты на получение кремния снижены. Поликристаллические солнечные накопители имеют меньший коэффициент эффективности (11-18%), в отличие от монокристаллических. Это объясняется тем, что в процессе остывания масса кремния насыщается мельчайшими зернистыми пузырьками, что приводит к дополнительному преломлению лучей.

Элементы из аморфного кремния

Изделия относят к особому типу, так как их принадлежность к кремниевому виду исходит от наименования используемого материала, а производство солнечных батарей выполняется по технологии пленочных приборов. Кристалл в процессе изготовления уступает место кремниевому водороду или силону, тонкий слой которых покрывает подложку. Батареи имеют самое низкое значение эффективности, всего до 6%. Элементы, несмотря на существенный недостаток, имеют ряд неоспоримых преимуществ, дающих им право стоять в ряду с вышеназванными типами:

• значение поглощения оптики выше в два десятка раз, чем у монокристаллических и поликристаллических накопителей;
• имеет минимальную толщину слоя, всего 1 мкм;
• пасмурная погода не влияет на работу по преобразованию света, в отличие от других видов;
• из-за высокого показателя прочности на изгиб без проблем применяется в трудных местах.

Три вышеописанных вида солнечных преобразователей дополняются гибридными изделиями из материалов с двойственными свойствами. Такие характеристики достигаются, если в аморфный кремний включаются микроэлементы или наночастицы. Полученный материал схож с поликристаллическим кремнием, но выгодно отличается от него новыми техническими показателями.

Сырье для производства солнечных батарей пленочного типа из CdTe

Выбор материала диктуется потребностью в уменьшении стоимости изготовления и повышении технических характеристик в работе. Наиболее часто применяется светопоглощающий теллурид кадмия. В 70-е годы прошлого столетия CdTe считался основным претендентом на космическое использование, в современной промышленности он нашел широкое применение в энергетике солнечного света.

Этот материал относят к категории кумулятивных ядов, поэтому не стихают прения по вопросу его вредности. Исследования ученых установили тот факт, что уровень вредного вещества, поступающего в атмосферу, является допустимым и не наносит вреда экологии. Уровень КПД составляет всего 11%, но стоимость преобразуемой электроэнергии от таких элементов ниже на 20-30%, чем от приборов кремниевого вида.

Накопители лучей из селена, меди и индия

Полупроводниками в приборе служат медь, селен и индий, иногда допускается замещение последнего на галлий. Это объясняется высокой востребованностью индия для производства мониторов плоского типа. Поэтому выбран этот вариант замещения, так как материалы имеют похожие свойства. Но для показателя КПД замена играет существенную роль, производство солнечной батареи без галлия повышает эффективность работы устройства на 14%.

Солнечные уловители на полимерной основе

Эти элементы относят к молодым технологиям, так как они недавно появились на рынке. Полупроводники из органики поглощают свет для преобразования его в электрическую энергию. Для производства применяют фуллерены углеродной группы, полифенилен, меди фталоцианин и др. В результате получают тонкие (100 нм) и гибкие пленки, которые в работе выдают коэффициент эффективности 5-7%. Величина небольшая, но производство гибких солнечных батарей имеет несколько положительных моментов:

• для изготовления не затрачиваются большие средства;
• возможность установки гибких батарей в местах изгибов, где эластичность имеет первоочередное значение;
• сравнительная легкость и доступность установки;
• гибкие батареи не оказывают вредного воздействия на окружающую среду.

Химическое травление в процессе производства

Самой дорогой в солнечной батарее является мультикристаллическая или монокристаллическая пластина из кремния. Для максимально рационального режут псевдоквадратные фигуры, эта же форма позволяет плотно уложить пластины в будущем модуле. После процесса резки на поверхности остаются микроскопические слои нарушенной поверхности, которые убираются при помощи травления и текстурирования, чтобы улучшить прием падающих лучей.

Обработанная подобным способом поверхность представляет собой хаотично расположенные микропирамиды, отражаясь от грани которых, свет попадает на боковые поверхности других выступов. Процедура рыхления текстуры понижает отражающую способность материала приблизительно на 25%. В процессе травления применяют серию кислотных и щелочных обработок, но недопустимо сильно уменьшать толщину слоя, так как пластина не выдерживает следующие обработки.

Полупроводники в солнечных батареях

Технология производства солнечных батарей предполагает, что основным понятием твердой электроники является p-n-переход. Если в одной пластине совместить электронную проводимость n-типа и дырочную проводимость p-типа, то в месте соприкосновения их возникает p-n-переход. Основным физическим свойством указанного определения становится возможность служить барьером и пропускать электричество в одном направлении. Именно такой эффект позволяет наладить полноценную работу солнечных элементов.

В результате проведения фосфорной диффузии на торцах пластины складывается слой n-типа, который базируется у поверхности элемента на глубине всего 0,5 мкм. Производство солнечной батареи предусматривает неглубокое проникновение носителей противоположных знаков, которые возникают под действием света. Их путь в зону влияния p-n-перехода должен быть коротким, иначе они могут при встрече погасить один другого, при этом не сгенерировав никакого количества электричества.

Использование плазмохимического травления

В конструкции солнечной батареи предусмотрены лицевая поверхность с установленной решеткой для съемки тока и тыльная сторона, представляющая собой сплошной контакт. Во время явления диффузии возникает электрическое замыкание между двумя плоскостями и передается на торец.

Чтобы удалить замыкание, применяется оборудование для солнечных батарей, позволяющее сделать это с помощью плазмохимического, химического травления или механическим, лазерным путем. Часто используется метод плазмохимического воздействия. Травление выполняется одновременно для стопки сложенных вместе пластин кремния. Исход процесса зависит от длительности обработки, состава средства, размера квадратов материала, направления струй ионного потока и других факторов.

Нанесение антиотражающего покрытия

При помощи нанесения текстуры на поверхности элемента снижается отражение до 11%. Это обозначает, что десятая часть лучей попросту отражается от поверхности и не принимает участия в образовании электричества. С целью уменьшения таких потерь на лицевую сторону элемента наносят покрытие с глубоким проникновением световых импульсов, не отражающее их обратно. Ученые, принимая во внимание законы оптики, определяют состав и толщину слоя, поэтому производство и установка солнечных батарей с таким покрытием уменьшают отражение до 2%.

Контактная металлизация с лицевой стороны

Поверхность элемента предназначена для поглощения наибольшего количества излучения, именно этим требованием определяются размерные и технические характеристики наносимой металлической сетки. Выбирая дизайн лицевой стороны, инженеры решают две противоположные проблемы. Снижение оптических потерь происходит при более тонких линиях и расположении их на большом расстоянии одна от другой. Производство солнечной батареи с увеличенными размерами сетки приводит к тому, что часть зарядов не успевает достичь контакта и теряется.

Поэтому учеными стандартизировано значение расстояния и толщины линии для каждого металла. Слишком тонкие полоски открывают пространство на поверхности элемента для поглощения лучей, но не проводят сильный ток. Современные методы нанесения металлизации состоят в трафаретном печатании. В качестве материала наиболее оправдывает себя серебросодержащая паста. За счет ее применения КПД элемента поднимается на 15-17%.

Металлизация на тыльной стороне прибора

Нанесение металла на тыльную сторону устройства происходит по двум схемам, каждая из которых выполняет собственную работу. Сплошным тонким слоем по всей поверхности, кроме отдельных отверстий, напыляют алюминий, а отверстия заполняют серебросодержащей пастой, играющей контактную роль. Сплошной алюминиевый слой служит своеобразным зеркальным устройством с тыльной стороны для свободных зарядов, которые могут потеряться в оборванных кристаллических связях решетки. С таким покрытием на 2% больше по мощности работают солнечные батареи. Отзывы потребителей говорят, что такие элементы более долговечны и не так сильно зависят от пасмурной погоды.

Изготовление солнечных батарей своими руками

Источники питания от солнца не каждый может заказать и установить у себя дома, так как их стоимость на сегодняшний день достаточно велика. Поэтому многие мастера и умельцы осваивают производство солнечных батарей дома.

Приобрести комплекты фотоэлементов для самостоятельной сборки можно в интернете на различных сайтах. Стоимость их зависит от количества применяемых пластин и мощности. Например, небольшой мощности комплекты, от 63 до 76 Вт с 36 пластинами, стоят 2350-2560 руб. соответственно. Здесь же приобретают рабочие элементы, отбракованные с производственных линий по каким-либо причинам.

При выборе типа фотоэлектрического преобразователя принимают во внимание тот факт, что поликристаллические элементы более устойчивы к пасмурной погоде и работают при ней эффективнее монокристаллических, но имеют меньший срок службы. Монокристаллические обладают более высоким КПД в солнечную погоду, и прослужат они гораздо дольше.

Чтобы организовать производство солнечных батарей в домашних условиях, нужно подсчитать общую нагрузку всех приборов, которые будут питаться от будущего преобразователя, и определиться с мощностью устройства. Отсюда вытекает количество фотоэлементов, при этом учитывают угол наклона панели. Некоторые мастера предусматривают возможность изменения положения накопительной плоскости в зависимости от высоты солнцестояния, а зимой - от толщины выпавшего снега.

Для изготовления корпуса применяют различные материалы. Чаще всего ставят алюминиевые или нержавеющие уголки, используют фанеру, ДСП и др. Прозрачная часть выполняется из органического или обыкновенного стекла. В продаже есть фотоэлементы с уже припаянными проводниками, такие покупать предпочтительнее, так как упрощается задача сборки. Пластины не складывают одну на другую - нижние могут дать микротрещины. Припой и флюс наносятся предварительно. Паять элементы удобнее, расположив их сразу на рабочей стороне. В конце крайние пластины приваривают к шинам (более широким проводникам), после этого выводят "минус" и "плюс".

После проделанной работы тестируют панель и герметизируют. Зарубежные мастера для этого используют компаунды, но для наших умельцев они стоят довольно дорого. Самодельные преобразователи герметизируют силиконом, а тыльную сторону покрывают лаком на основе акрила.

В заключение следует сказать, что отзывы мастеров, которые сделали всегда положительные. Однажды затратив средства на изготовление и установку преобразователя, семья очень быстро их окупает и начинает экономить, используя бесплатную энергию.

В настоящее время очень модными и популярными являются альтернативные источники энергии, особенно у владельцев загородных коттеджей или частных домов. Но часто такое устройство стоит немалых денег и не каждый может себе позволить приобрести для дома солнечные батареи. Поэтому очень актуальным стало изготовление солнечных панелей своими руками. Так как же самому сделать солнечные батареи?

Характеристика солнечной панели

Солнечная батарея представляет собой полупроводниковую конструкцию, которая способна преобразовывать солнечное излучение в электроэнергию. Это позволяет обеспечить дом экономичным, надежным и, самое главное, бесперебойным электроснабжением. Особенно это актуально для труднодоступных районов проживания , а также там, где часто возникают перебои с электроэнергией от основного источника.

Такой альтернативный источник энергии довольно практичный, потому что в отличие от традиционного источника энергоснабжения стоит он гораздо меньше. Изготовление солнечных панелей своими руками позволяет не только оптимизировать энергопотребление, но также экономит финансы.

Преимущества

Солнечные батареи обладают следующими достоинствами:

• простая установка за счет того, что нет необходимости прокладывать к опорам кабель;
• выработка электроэнергии абсолютно не вредит окружающей среде;
• отсутствуют подвижные части;
• электричество поставляется независимо от распределительной сети;
• минимальные затраты по времени на обслуживание системы;
• небольшой вес батарей;
• бесшумная работа;
• продолжительный срок службы при минимальных расходах.

Недостатки

Несмотря на довольно весомые достоинства, есть у солнечных батарей и свои минусы, такие как:

• трудоемкость процесса изготовления;
• чувствительность к загрязнениям;
• на эффективную работу солнечных панелей оказывают влияние погодные условия (солнечные или пасмурные дни);
• для такой конструкция необходимо много места;
• по ночам батареи не работают.

Требования, предъявляемые к солнечной батарее

Установить солнечные панели в частном доме под силу каждому. Но для того чтобы такая конструкция, созданная своими руками, приносила пользу по максимуму, следует учитывать ее особенности. К солнечной батарее предъявляются следующие требования:

Материалы, необходимые для изготовления солнечной батареи своими руками

Если нет возможности приобрести солнечные батареи, можно изготовить их своими руками. Вначале необходимо определиться с материалом , из которого они будут сделаны.

Чтобы создать панели, необходимы будут качественные фотоэлементы. Производители на сегодняшний день предлагают следующие виды устройств:

• элементы из монокристаллического кремния имеют КПД до 13%, но в пасмурную погоду недостаточно эффективны;
• фотоэлементы из поликристаллического кремния имеют КПД до 9%, работать могут как в солнечные, так и пасмурные дни.

Для энергоснабжения дома лучше всего использовать поликристаллы, которые доступны в наборах.

Важно знать, что все необходимые для сборки ячейки лучше всего приобретать у одного производителя , так как продукция разных марок имеет значительные различия в эффективности изделий. Это может создать дополнительные сложности при сборке, повлечь затраты в результате эксплуатации, при этом солнечная батарея будет иметь невысокую мощность.

Чтобы сделать солнечную панель из подручных средств, необходимы будут специальные проводники, предназначенные для соединения фотоэлементов.

Корпус будущей конструкции лучше всего изготавливать из алюминиевых уголков, обладающих небольшим весом. Можно также использовать такой материал, как дерево. Но из-за того, что конструкция будет все время подвержена атмосферному влиянию, срок ее эксплуатации будет снижаться.

Размеры корпуса панели зависят от количества фотоячеек.

Внешнее покрытие фотоэлементов может быть выполнено из оргстекла или прозрачного поликарбоната. Также применяют закаленное стекло, не пропускающее инфракрасные лучи.

Таким образом, для изготовления солнечной батареи своими руками потребуются следующие материалы:

• фотоэлементы в наборе;
• крепежные метизы;
• медные электропровода высокой мощности;
• силиконовые вакуумные подставки;
• паяльное оборудование;
• алюминиевые уголки;
• диоды Шотке;
• прозрачный лист из поликарбоната или плексигласа;
• набор винтов для крепежа.

Такие материалы приобретаются в магазине стройматериалов или в интернет-магазине.

Как сделать солнечные панели своими руками?

Для того чтобы сделать панели своими руками, нужно собрать требуемые материалы. Собирается солнечная батарея для дома в такой последовательности.

Чтобы правильно сделать солнечные батареи своими руками, нужно придерживаться следующих рекомендаций:

Получить бесплатную электроэнергию в своем доме мечтает каждый человек и эта мечта осуществима. Сделав солнечные батареи своими руками, можно наслаждаться дополнительным источником электроснабжения. При этом такая конструкция не наносит никакого вреда окружающей среде , к тому же она очень надежная и недорогостоящая.

Думая над идеей создания бизнеса, предпринимателям можно обратить внимание на «инновационные» направления, которые только начинают развиваться на потребительском рынке. Это несет значительные риски для бизнесмена – важно все досконально продумать, чтобы не прогореть на старте. Одна из таких сфер – выпуск солнечных панелей. И если на зарубежном рынке подобные изделия уже давно используются простыми обывателями, то для наших соотечественников – это диковинная новинка. Солнечные панели российского производства предлагают не более десятка производителей. А значит – у вас есть шанс покорить это направление

Наша оценка бизнеса:

Стартовые инвестиции – от 300000руб.

Насыщенность рынка – низкая.

Сложность открытия бизнеса – 5/10.

Солнечные батареи – изделия, позволяющие «забирать» энергию солнца на подогрев воды, отопление помещений, работу техники. Отличный вариант для дачи и загородных домов, позволяющий сэкономить на подведении коммуникаций и оплате счетов за электричество и газ. Примерный показатель мощности – 1 м2 такого коллектора за час может нагреть 100 л воды.
Перед тем как составлять подробный бизнес-план не помешает изучить рынок и понять, а выгодно ли вообще запускать в конкретном регионе бизнес в этом направлении. Открыть завод по производству солнечных панелей будет выгодно в тех районах, где значительную часть года светит солнце – только тогда продукция будет востребована на рынке. Ничего удивительного – как люди смогут использовать солнечную энергию там, где полярные ночи? Проанализируйте также и уровень конкуренции. Но тут вряд ли возникнут какие-то проблемы – производство солнечных панелей в России совсем не развито.

Бизнес выгоден по нескольким причинам:

• невысокие затраты на старте,
• простота технологии,
• большие возможности для развития,
• огромный рынок сбыта.

Несмотря на массу достоинств, производство и продажа солнечных панелей потребует продуманной маркетинговой стратегии. И именно новизна продукта на рынке вызовет проблемы – придется прилагать массу усилий, чтобы реализовывать коллекторы. Но хорошее качество изделий послужит лучшей рекламой.

Реально ли самостоятельно изготовить солнечные панели?

Технология производства солнечных панелей достаточно сложна. Организовывая дело, лучше привлечь к делу специалиста, знающего физику и электромеханику. И пусть «консультанту» придется заплатить, зато он поможет наладить рентабельное дело.

Первые трудности возникнут на этапе подбора сырья. Для выпуска изделий вам потребуются следующие материалы:

• поли- и монокристаллический кремний,
• алюминиевые рамки,
• сотовый полипропилен,
• сотовый поликарбонат,
• провода,
• электрические преобразователи.

Изготовление солнечных панелей как бизнес можно построить и по другому пути – вы заказываете у сторонних компаний уже готовые «детали», а перед установкой просто собираете их. В данном случае, не придется тратить денег на сложное оборудование. Но ожидают другие трудности – удорожание готовых изделий, поскольку качественные детали стоят немало. Если запланировали такое развитие будущего предприятия, наладьте контакты с надежными поставщиками, чтобы получать составные элементы для батарей высокого качества.

Солнечные панели для дома производятся по нескольким технологиям. И наиболее изученной из всех стала именно кремниевая методика. Она состоит из следующих этапов:

• Разрезание кремниевых пластин их очистка.
• Травление поверхности кремниевой пластины и ее структурирование.
• Нанесение фосфора на пластину и его вжигание.
• Нанесение антиотражающего слоя.
• Металлизация поверхности.
• Сушка пластин.
• Присоединение электроконтактов на лицевой стороне коллектора.
• Выравнивание пластины.
• Обрамление пластин алюминиевыми рамками.
• Тестирование готового коллектора.

Какое оборудование потребуется?

Следующее, что предстоит сделать предпринимателю после изучения технологии – купить оборудование для производства солнечных панелей. Только полная автоматизация производства позволит поставлять на рынок изделия высокого качества. При этом из себестоимость будет ниже, чем если вы решите работать на закупаемых деталях.

Для организации домашнего бизнеса вам вполне хватит «стандартного» набора мастера – электродрель, лобзики, пилы, уровень.

Чтобы получить гибридные солнечные панели, потребуется производственная линия, состоящая из следующих наименований оборудования:

• резательная лазерная машина,
• ламинатор,
• обрамляющая машина,
• машина для очистки поверхности пластин,
• «инспекционные» столы,
• автоматы для проверки коллекторов под высоким напряжением.

Достать производственную линию в России будет сложно – наши заводы пока не выпускают таких высокотехнологичных станков. Остается только искать поставщиков за границей – бизнесмены чаще заказывают линии в Европе и Китае. Цена оборудования для изготовления солнечных панелей варьируется в широком диапазоне, в зависимости от мощности и комплектации. Азиатскую линию небольшой производительности вы купите не менее чем за 5000000 руб. И это далеко не предел – есть полностью укомплектованные заводы, стоимость которых достигает 10000000 руб.

Желательно позаботиться о создании собственного автопарка. Так вы будете предлагать клиентам услугу доставки и сами выезжать на объекты для установки заказанных батарей. Это будет гораздо выгодней, чем каждый раз нанимать стороннее транспортное средство.

Покупая станок для солнечных батарей, узнайте у продавца, предлагает ли он услугу пуско-наладки и монтажа линии – это значительно упростит дело. Но скорее всего, за «услугу» придется доплатить.

Требование к помещению и найм персонала

И если для сборки панелей из отдельных деталей вам не потребуется больших площадей, то в случае с полноценным предприятием без аренды цеха не обойтись. Тут тоже предстоят вложения, поскольку площадь необходимо тщательно подготовить, чтобы технология осуществлялась по всем правилам. Потребуются – вентиляционные системы, отопление, водоснабжение, трехфазное электричество, обеззараживающие установки. В цехе должна соблюдаться чистота, поскольку предстоит вести высокоточную техническую работу. Потребуется площадь не менее 300 м2.

Домашний бизнес можно вести и в собственном гараже. Выполнив заказ, вы станете выезжать на место для установки коллектора.

Гибкие солнечные панели должны выпускаться под четким надзором специалиста. Помимо рабочего персонала, пригласите на производство квалифицированных сотрудников, имеющих опыт в работах со сложной техникой. А вот найти специалистов, которые уже работали в подобных цехах в России, будет практически нереально – если только приглашать людей из-за границы.

Рентабельность планируемого бизнеса

Чтобы открыть бизнес по сборке солнечных панелей, потребуется не так много вложений – от 300000 руб. Но если говорить о полноценном предприятии, то инвестиции возрастут в десятки раз – от 5500000 руб. К делу тогда придется привлекать сторонних инвесторов, что очень сложно, учитывая новизну направления – не каждый согласится отдать свои деньги.

Окупаться затраты начнут, когда будут отлажены каналы сбыта и продукция станет популярной в конкретном регионе (а потом и за его пределами). Рыночная цена солнечных панелей российского производства – не менее 20000 руб за коллектор площадью 2 м2. При этом себестоимость их на 50-100 % ниже – отличные показатели рентабельности! Плюсуйте к выручкам еще и стоимость услуг по установке – а это еще как минимум 30000-50000 руб за заказ. Значит, ставьте перед собой цель продвижения продукции на рынке.

И если поначалу купить солнечные панели российского производства желающих практически не будет из-за новизны продукта и минимума отзывов от потребителей, то со временем популярность их будет только возрастать. Чтобы раскрутить предприятие, задействуйте все рекламные возможности – объявления в журналах и газетах, сайт в интернете, реклама на ТВ и радио, обзвоны потенциальных заказчиков. Предстоят внушительные траты на рекламу – но и эти вложения вполне себя окупят, если реклама начнет «работать», привлекая заинтересованных покупателей.

На сегодняшний день из всех известных человечеству источников альтернативной энергии наиболее популярными являются солнечные панели, батареи и прочие генераторы на основе гелиоэнергии. Учитывая текущую стоимость расходов на энергоресурсы, многие интересуются, где приобрести солнечные панели для своего дома, каковы цены на них и есть ли готовые решения. И поскольку рост курса валюты прямо отражается на платежной способности населения, все больше граждан стремятся узнать побольше о панелях российского производства.

Что такое солнечные панели и как их используют для дома

Несмотря на то что данному виду энергоснабжения домов уже более 30 лет, не так много специалистов в этой области. Почему использование солнечных панелей для частного дома так выгодно? Ответ прост: платить надо только за оборудование и установку, впоследствии энергоноситель бесплатен! В таких странах, как КНР, Соединенные Штаты, Франция, Италия и Германия, до 30 % населения устанавливает на крышу батареи, чтобы пользоваться миллиардами неиссякаемых киловатт солнечной энергии. Если это бесплатно, в чем секрет?

Принцип работы батареи следующий: представим себе полупроводники из кристаллов (например, из кремния), которые преобразовывают кванты света в составляющие электрического тока. Панель содержит сотни тысяч таких кристаллов. В зависимости от требуемой мощности площадь такого покрытия составляет от пары квадратных сантиметров (вспомним калькулятор) до сотен квадратных метров – например, для орбитальных станций.

Несмотря на кажущуюся простоту устройств, их использование на территории России очень ограничено – климатом, погодой, временем года и суток. Плюс к тому, чтобы система подавала ток в сеть, необходимо приобрести:

• аккумулятор, который будет накапливать энергию на случай перепадов напряжения;
• инвертор, который будет переводить постоянный ток в переменный;
• систему, контролирующую заряд аккумулятора.

Кратко о потреблении

Среднестатистическая семья из 4 человек потребляет 250–300 кВт в месяц. Солнечные модули для бытового пользования дают в среднем 100 Вт с 1 кв. м в сутки (в ясную погоду). Для того чтобы питать полностью дом, нужно установить минимум 30, в идеале 40 секций, что обойдется не менее чем в 10 000 у. е. При этом крыша должна быть ориентирована на южную сторону, а количество солнечных дней в месяц в среднем не должно быть не меньше 18–20. Ниже приведена карта солнечных дней.

Вывод: солнечные панели хороши в качестве резервного источника электрической энергии. Кроме того, нужно знать, как их подобрать, чтобы мощности хватало для обеспечения бытовых нужд. Зато, вне зависимости от аварий, ваш дом всегда будет снабжен электричеством.

1. Панели от ЗАО «Телеком-СТВ»

Российская компания «Телеком-СТВ» (г. Зеленоград) производит продукцию в среднем на 30 % дешевле, чем немецкие аналоги: цены начинаются от 5 600 руб. за панели на 100 Вт. Панели данного производителя имеют КПД до 20–21 %. Основной «фишкой» данного предприятия стала запатентованная технология изготовления кремниевых пластин диаметром до 15 мм и солнечных модулей на их основе.

Какую батарею от ЗАО «Телеком-СТВ» можно посмотреть? Наиболее популярная модель носит название ТСМ, далее идет маркировка в зависимости от мощности: от 15 до 230 Вт (цена указана приблизительно).

Основной тип производимых панелей – монокристаллические, хотя каждая модель также может быть представлена в виде мульти (поли-) кристаллической. Каждый вид имеет свои преимущества и недостатки (см. таблицу).

Выбор, конечно, ограничивается возможностями бюджета, поэтому продолжим обзор других недорогих и надежных устройств от российских производителей.

2. Hevel – завод в Чувашии

Одним из крупнейших производителей солнечных панелей в России является компания «Хевел» . В 2017 году компания провела модернизацию производства и перешла с тонкопленочной на новую гетероструктурную технологию изготовления солнечных модулей. Модули нового поколения сочетают в себе преимущества тонкопленочной и кристаллической технологий, обеспечивают эффективную работу модуля при высоких и низких температурах (от -50 °С до +85°С), а также в условиях рассеянного света. Средний КПД солнечного модуля составляет 20%. По этому показателю модули ГК «Хевел» входят в мировую тройку лидеров. Срок службы модуля составляет не менее 25 лет.

Какую батарею от Hevel можно посмотреть для примера? Вот таблица с параметрами наиболее популярного гетероструктурного модуля:

3. Рязанский ЗМКП

Рязанский завод металлокерамических приборов функционирует с 1963 года, однако с 2002 года перешел на систему международного контроля качества ISO 9001 и выпускает панели строго в соответствии с ее требованиями, а также с нормами ГОСТ 12.2.007-75.

В прейскуранте компании можно найти две актуальные модели RZMP мощностью 130 и 220 Вт. Их КПД варьируется от 12 до 17,1 %. Наносятся солнечные элементы на окрашенную алюминиевую основу методом последовательного соединения. Вот их сравнительные характеристики:

RZMP 130-Т подходит для автономного снабжения отдельных помещений, бытовых приборов (например, нагревательный котел). Более мощная модель, от 220 до 240 Вт, покупается чаще для резервного снабжения всего дома. Ее стоимость варьируется от 13 200 до 14 400 руб. за модуль.

4. Краснодарский «Сатурн»

Панели кубанского производства выпускаются с 1971 года, за этот период предприятие выпустило более 20 000 квадратных метров продукции. «Сатурн» использует две собственно освоенных технологии производства – на основе монокристаллического выращенного кремния или арсенид-галлиевые с германиевой подложкой. Последние показывают максимально высокие характеристики и используются для снабжения ответственных объектов (АЗС, предприятия непрерывного цикла и т. д.)

Оба типа модулей можно выполнить на любом каркасе, от сетки и пленки до металлических (из анодированного алюминия) и струнных типов. Фотоэлектрические преобразователи могут быть:

• с полированной поверхностью;
• со встроенными диодами;
• с алюминиевым зеркалом.

Вот основные энергетические характеристики ФЭП «Сатурн», в зависимости от типа:

Эти характеристики актуальны для носителей любых размеров: на предприятии «Сатурн» можно заказать как сборные модули на крышу коттеджа, так и миниатюрные солнечные панели для датчиков, преобразователей, изделий электротехники, а также аккумуляторные батареи. По прайсам вас сориентируют только в отделе продаж.

5. «Солнечный ветер» (Solar Wind)

Это предприятие расположено в Украине. В России существует аналогичное предприятие, которое выступает скорее в роли инвестора и реализатора. Solar Wind выпускает солнечные модули мощностью от 1 до 15 кВт/ч. В зависимости от назначения и мощности в модуль может входить от пары до нескольких десятков батарей. Так, батарея 1 000 Вт включает 5 модулей, один контроллер заряда на 30 А, аккумулятор 150 А/ч (2 шт. в наборе) и инвертор 1 200 В. Срок службы батареи составляет до 18 лет.

Совет: если вы покупаете оборудование Solar Wind для круглогодичного обеспечения жилого дома энергией, стоит брать не менее 10 кВт/ч.

Чтобы получить представление о возможностях фотоэлектрических систем «Солнечный ветер» (Украина) мощностью от 1 000 до 15 000 Вт, предлагаем сравнительную таблицу из расчета на 1 день потребления.

6. Солнечные батареи «Квант»

НПП «Квант» первым предложило производство кремниевых солнечных батарей с 2-сторонней чувствительностью, а также монокристаллы арсенида галлия. Наиболее популярной моделью сегодня выступает «Квант КСМ» и ее модификация КСМ-180П. Стоимость такой батареи не превышает 18 000 руб., срок службы достигает 40 лет.

Однако приведем характеристики всех модулей. Их можно заказать как в моно-, так и в поликристалической вариации. Удельная энергетическая характеристика выше у монокристаллических панелей и достигает 200 Вт/кв.м. По сравнению с зарубежными аналогами «Квант» оптимален за счет низкой цены и относительно небольшого уменьшения КПД на протяжении всего срока службы.

7. Sun Power – портативные солнечные панели

Компания Sun Power расположена в Украине и большей частью прославилась выпускаемыми перевозными солнечными комплексами. С их помощью можно получить электричество даже в походных условиях. Эти комплексы отличаются своей мобильностью, небольшими размерами и портативностью. Имеют выход USB и обладают мощностью до 500 Вт.

Другие характеристики портативных панелей Sun Power:

• срок службы – до 30 лет;
• имеет международную сертификацию CE RoHC;
• новое поколение панелей может быть также интегрировано в фасад или крышу без потери эстетики.

Удобно использовать подобные решения в автономном освещении билбордов, дорог и участков, питании кемпингов и трейлеров, яхт и катеров.

8. «Квазар» – еще один украинский производитель

Компания «Квазар» выпускает широкий ассортимент фотовольтаического оборудования, в том числе солнечные панели и зарядные устройства. Солнечные батареи Kvazar изготавливаются из кремниевых кристаллов, выращенных на предприятии, и имеют усиленную алюминиевую базу. Гарантия качества, которая выдается производителем, немного настораживает – всего 10 лет. Однако электролюминесцентные и другие лабораторные тестирования подтверждают более длительный срок службы – до 25 лет.

Наш выбор: панели — KV175-200/24 M (монокристаллические), KV220-255M (также моно), KV210-240Р (вариант поли), в маркировке цифры указывают на мощность устройства.

Цена батарей – от 13 000 руб. (приблизительно) за 150 Вт. Кроме гелиопанелей «Квазар» выпускает фотоэлектрические преобразователи ячейками от 4 × 4 до 6 × 6 дюймов с КПД до 18,7 %.

9. ООО «Витасвет»

Московское предприятие ООО «Витасвет» выпускает одну базовую модель SSI-LS200 P3 в четырех вариациях мощности: от 225 до 240 Вт. Каждый модуль состоит из 60 кремниевых пластин типа мультикристалл и крепится на алюминиевый профиль.

Вот их основные параметры, полученные при испытаниях в нормальных условиях 800 Вт/кв.м:

Стоимость – 12 800 руб. за панель мощностью 240 Вт.

10. Завод «Термотрон» (г. Брянск)

Предприятие «Термотрон» производит автономные системы уличного освещения на солнечных батареях и мини-автономные солнечные станции. Первые поставляются на базе серийных модулей с высокой столбовой опорой.

Особенности автономных систем уличного освещения от «Термотрона»:

• температурный диапазон эксплуатации – -40…+50 °C;
• угол раскрытия луча – 135 на 90 градусов;
• гарантированный срок работы – 12 лет в городских условиях;
• высота опоры – от 6 до 11 м;
• мощность – от 30 до 160 Вт.

Автономная станция «Экотерм», выпускаемая заводом, будет интересна владельцам загородных домов и участков. Ее применяют также на фермах, телефонных станциях, для оснащения сельских школ, больниц, магазинов. Станция работает от дизель-генератора 14,5 кВт. Цена вырабатываемой энергии при количестве 18 фотоперерабатывающих элементов – 5,12 руб./кВт, срок окупаемости – до 5 лет (цену станции уточнять у производителя).

Заключение

Мы провели обзор нескольких ведущих предприятий так называемой фотоэнергетики России и Украины, который, надеемся, даст первичное представление о целесообразности применения солнечных батарей и позволит принять верное решение. Это не все бренды, однако наиболее популярные и доступные в продаже таковы.

(Пока оценок нет)

Энергии, вырабатываемой одним модулем, недостаточно для удовлетворения энергетических потребностей. Между собой фотоэлектрические преобразователи связаны одной последовательной цепью.

Части, из которых состоит солнечная батарея:

1. Солнечные модули ,объединенные в рамки.В одной рамке объединяются от единиц до нескольких десятков фотоэлектрических элементов. Для обеспечения электроэнергией целого дома понадобится несколько панелей с элементами.
2. . Служит для накопления получаемой энергии, которую затем можно использовать в темное время суток.
3. Контроллер . Он следит за разрядкой и зарядкой аккумулятора.
4. . Преобразует постоянный ток, полученный от солнечных модулей в переменный.

Солнечный модуль (или фотоэлектрический элемент) основан на принципе p-n перехода, и по своему устройству очень напоминает транзистор. Если у транзистора спилить шляпку и на поверхность направить солнечные лучи, то подключенным к нему прибором можно определить мизерный электрический ток. Солнечный модуль работает по такому же принципу, только поверхность перехода у солнечного элемента значительно больше.

Как и многие типы транзисторов, солнечные элементы изготавливаются из кристаллического кремния.

По технологии изготовления и материалам различают три вида модулей:

1. Монокристаллические . Изготовлены в виде цилиндрических кремниевых слитков. Преимущества элементов заключается в высокой производительности, компактности и в наибольшем сроке службы.
2. Тонкопленочные . Делается напыление слоев фотоэлектрического преобразователя на тонкую подложку. КПД тонкопленочных модулей относительно невысок (7-13%).
3. Поликристаллические . Расплавленный кремний заливается в квадратную форму, затем остуженный материал режется на квадратные пластинки. Внешне отличаются от монокристаллических модулей тем, что края углов у поликристаллических пластин не обрезаны.

Аккумулятор. В солнечных батареях наибольшее применение нашли свинцово-кислотные аккумуляторы. Стандартный аккумулятор имеет напряжение 12 вольт, для получения большего напряжения собирают аккумуляторные блоки. Так можно собрать блок напряжением 24 и 48 вольт.

Контроллер заряда солнечных батарей. Контроллер заряда действует по принципу регулятора напряжения в автомобиле. В основном на 12 вольт выдают напряжение от 15 до 20 вольт, и без контроллера могут быть повреждены перегрузкой. При 100% заряженном аккумуляторе контроллер отключает модули и предохраняет аккумулятор от закипания.

Инвертор. Солнечные модули вырабатывают постоянный ток, а для использования бытовых приборов и техники требуется переменный ток и напряжение 220 вольт. Инверторы предназначены для преобразования постоянного тока, делая его переменным.

Выбор комплектующих для изготовления

Чтобы снизить себестоимость солнечной станции, нужно попробовать собрать ее самостоятельно. Для этого потребуется закупить необходимые комплектующие, какие-то элементы можно изготовить самому.

Самостоятельно получится собрать:

• рамки с фотоэлектрическими преобразователями;
• контроллер зарядки;
• инвертор напряжения;

Самые большие затраты будут связаны с приобретением самих солнечных элементов. Детали можно заказать из Китая или на eBay, такой вариант обойдется дешевле.

Благоразумно приобретать работоспособные преобразователи с повреждениями и дефектами – они просто забракованы производителем, но вполне исправны. Нельзя покупать элементы разных размеров и мощности – максимальный ток солнечной батареи будет ограничен током самого малого элемента.

Для изготовления рамки с солнечными элементами потребуется:

• алюминиевый профиль;
• солнечные элементы (обычно 36 штук для одной рамки);
• припой и флюс;
• дрель;
• крепежные делали;
• силиконовый герметик;
• медная шина;
• лист прозрачного материала (оргстекло, поликарбонат, плексиглас);
• лист фанеры или текстолита(оргстекла);
• диоды Шоттки;

Собирать инвертор самостоятельно имеет смысл только при небольшом энергопотреблении. Контроллер заряда в простом исполнении не так дорого стоит, поэтому нет особого смысла тратить время на изготовление прибора.

Технология изготовления своими руками

Для сборки солнечной батарей потребуется:

1. Сконструировать рамку (корпус).
2. Спаять все солнечные элементы в параллельную цепь.
3. Закрепить солнечные элементы на рамке.
4. Сделать корпус герметичным – прямое попадание атмосферных осадков на фотоэлектрические элементы недопустимо.
5. Разместить батарею в районе наибольшей солнечной освещенности.

Для удовлетворения энергетических потребностей частного дома одной солнечной панели (рамки) будет недостаточно. Исходя из практики, с одного квадратного метра солнечной панели можно получить 120 Вт мощности. Для нормального энергообеспечения жилого дома потребуется где-то 20 кв. м. площади солнечных элементов.

Чаще всего батареи размещают на крыше дома с солнечной стороны.

Сборка корпуса

Корпус можно собирать из фанерного листа и реек, или из алюминиевых уголков и листа и оргстекла (текстолита). Необходимо определиться, сколько элементов будет размещаться в рамке. Следует учитывать, что между элементами необходим зазор в 3-5 мм, и размер рамки рассчитывается с учетом этих расстояний. Расстояние необходимо для того, чтобы при тепловом расширении пластины не прикасались друг с другом.

Сборка конструкции из алюминиевого профиля и оргстекла:

• из алюминиевого уголка делается прямоугольный каркас;
• По углам в алюминиевом корпусе сверлятся отверстия для крепежа;
• на внутреннюю часть профиля корпуса наносится силиконовый герметик по всему периметру;
• в раму устанавливается лист оргстекла (текстолита) и плотно прижимается к раме;
• по углам корпуса с помощью шурупов ставятся крепежные уголки, которые надежно фиксируют лист прозрачного материала в корпусе;
• герметику дают основательно высохнуть;

Все, корпус готов. Перед размещением солнечных элементов в корпусе необходимо тщательно протереть поверхность от грязи и пыли.

Соединение фотоэлементов

Обращаясь с фотоэлектронными элементами, следует помнить, что они очень хрупкие и требуют бережного отношения. Перед соединением пластин в последовательную цепочку их сначала тщательно, но аккуратно протирают– пластины должны быть идеально чистыми.

Если фотоэлементы были куплены уже с припаянными проводниками, это упрощает процесс соединения модулей. Но перед сборкой в этом случае необходимо проверить качество готовой пайки, и если есть неровности – устранить их.

На фотоэлектрических пластинах предусмотрены контакты по обеим сторонам – это контакты разной полярности. Если проводники(шины) еще не припаяны, необходимо сначала припаять их к контактам пластин, а затем уже соединить фотоэлектрические элементы между собой.

Чтобы припаять шины к фотоэлектрическим модулям, нужно:

1. Отмерить нужную длину шины и нарезать на куски нужное количество полосок.
2. Протереть контакты пластин спиртом.
3. Тонким слоем нанести на контакт флюс по всей длине контакта с одной стороны.
4. Приложить шину точно по длине контакта и разогретым паяльником медленно провести по всей поверхности пайки.
5. Перевернуть пластину и повторить все операции пайки на другой стороне.

Нельзя сильно прижимать паяльник к пластине, элемент может лопнуть. Также необходимо проверить качество пайки – неровностей на лицевой стороне фотоэлементов быть не должно. Если бугорки и шероховатости остались, нужно еще раз аккуратно пройтись паяльником по шву контакта. Пользоваться необходимо маломощным паяльником.

Что нужно сделать, чтобы правильно и точно произвести соединение фотоэлектрических элементов:

1. Если нет опыта в сборке элементов, рекомендуется воспользоваться разметочной поверхностью, на которой следует разместить элементы (фанерный лист).
2. Расположить солнечные панели строго по разметке. Размечая, не забывать оставлять расстояние между элементами 5 мм.
3. Пропаивая контакты пластин, обязательно следить за полярностью. Фотоэлементы должны быть правильно собраны в последовательную цепочку, иначе батарея не будет нормально работать.

Механический монтаж панелей:

1. В корпусе сделать разметку для пластин.
2. Солнечные элементы поместить в корпус, положив их на оргстекло. В рамке закрепить силиконовым клеем по размеченным местам. Клея много не наносить, только крохотную каплю по центру пластины. Нажимать осторожно, чтобы не повредить пластины.В корпус лучше перемещать пластины вдвоем, одному будет неудобно.
3. Соединить все провода по краям пластин с общими шинами.

Прежде чем герметизировать панель, нужно протестировать качество пайки. Конструкцию аккуратно выносят поближе к солнечному свету и замеряют напряжение на общих шинах. Оно должно быть в пределах ожидаемых значений.

Как вариант, герметизацию можно провести следующим образом:

1. Нанести капельки силиконового герметика между пластинами и по краям корпуса, аккуратно пальцами руки края фотоэлементов прижать к оргстеклу. Нужно, чтобы элементы как можно плотнее легли к прозрачному основанию.
2. Поставить на все края элементов небольшой груз , допустим, головки из автомобильного набора инструментов.
3. Дать герметику хорошо высохнуть , пластины за это время надежно зафиксируются.
4. Затем промазать аккуратно все стыки между пластинами и краями рамки. То есть, нужно промазать в корпусе все, кроме самих пластин. Попадание герметика на края тыльной стороны пластин допустимо.

Финальная сборка солнечной батареи

1. Сбоку корпуса установить соединительный разъем, разъем соединить с Шоттки.
2. Закрыть с наружной стороны пластины защитным экраном из прозрачного материала. В данном случае, оргстеклом. Конструкция должна быть герметичной и исключать проникновение в нее влаги.
3. Лицевую сторону (оргстекло) желательно обработать , например, лаком (лак PLASTIK-71).

Для чего нужен диод Шоттки? Если свет падает только на часть солнечной батареи, а другая часть затемнена, возможен выход элементов из строя.

Диоды помогают избежать поломки конструкции в таких случаях. При этом теряется мощность на 25%, но без диодов не обойтись – они шунтируют ток, ток идет в обход фотоэлементов. Чтобы падение напряжения было минимальным, необходимо применять низкоомные полупроводники, такими являются диоды Шоттки.

Преимущества и недостатки солнечной батареи

У солнечных батарей есть как преимущества, так и недостатки. Если бы были только одни плюсы от применения фотоэлектрических преобразователей, весь мир давно бы уже перешел на этот вид получения электроэнергии.

Преимущества:

1. Автономность источника питания , нет зависимости от перебоев напряжения в централизованной электросети.
2. Отсутствие абонентской платы за использование электроэнергией.

Недостатки:

1. Высокая себестоимость оборудования и элементов.
2. Зависимость от солнечного освещения.
3. Возможность повреждения элементов солнечной батареи вследствие неблагоприятных погодных условий (град, буря, ураган).

В каких случаях целесообразно использовать установку на фотоэлектрических элементах:

1. Если объект (дом или дача) находится на большом удалении от линии электропередач. Это может быть загородный коттедж в сельской глубинке.
2. Когда объект расположен в южном солнечном районе.
3. При совмещении различных видов энергии. Например, отопление частного дома с помощью печного отопления и солнечной энергии. Себестоимость маломощной солнечной станции будет не столь высока, и может быть экономически оправдана в данном случае.

Установка

Монтировать батарею необходимо по месту максимальной освещенности солнечным светом. Панели могут крепиться на крыше дома, на жестком или поворотном кронштейне.

Лицевая часть солнечной батареи должна быть обращена на юг или юго-запад под углом от 40 до 60 градусов. При монтаже нужно учитывать внешние факторы. Панели не должны загораживаться деревьями и другими предметами, на них не должна попадать грязь.

1. Лучше покупать фотоэлементы с небольшими дефектами. Они также работоспособны, только имеют не такой красивый внешний вид. Новые элементы очень дороги, сборка солнечной батареи будет экономически не оправдана. Если нет особой спешки, пластины лучше заказать на eBay, это обойдется еще дешевле. С пересылкой и Китая нужно быть осторожнее – большая вероятность получить бракованные детали.
2. Фотоэлементы нужно купить с небольшим запасом , велика вероятность их поломки во время монтажа, особенно, если нет опыта сборки подобных конструкций.
3. Если элементы пока не используются , следует припрятать их в надежное место во избежание поломок хрупких деталей. Нельзя складывать пластины большими стопками – они могут лопнуть.
4. При первой сборке следует изготовить шаблон , на котором будут размечены места расположения пластин перед сборкой. Так легче вымерять расстояния между элементами перед пайкой.
5. Паять необходимо маломощным паяльником , и ни в коем случае не применять усилие при пайке.
6. Для сборки корпуса удобнее применять алюминиевые уголки , деревянная конструкция менее надежная. В качестве листа с тыльной стороны элементов лучше использовать оргстекло или другой подобный материал и надежнее, чем крашеная фанера, и эстетично выглядит.
7. Располагать фотоэлектрические панели следует в местах, где солнечное освещение будет максимальным в течение всего светового дня.

Схема электроснабжения дома

Последовательная цепь энергоснабжения частного дома на солнечных батареях выглядит следующим образом:

1. Солнечная батарея из нескольких панелей , которые расположены на скате крыши дома, либо на кронштейне. В зависимости от энергопотребления, панелей может быть до 20 штук и больше. Батарея вырабатывает постоянный ток 12 вольт.
2. Контроллер зарядки . Устройство предохраняет аккумуляторы от преждевременного разряда, а также ограничивает напряжение в цепи постоянного тока. Тем самым, контроллер защищает аккумуляторы от перегрузки.
3. Инвертор напряжения . Преобразует постоянный ток в переменный ток, обеспечивая тем самым возможность потребления электроэнергии бытовыми приборами.
4. Аккумуляторы . Для частных домов и дач ставят несколько аккумуляторов, соединяя их последовательно. Служат для накопления энергии. Энергия аккумуляторов используется в темное время суток, когда элементы солнечной батареи не вырабатывают ток.
5. Электросчетчик .

Довольно часто в частных домах система энергоснабжения дополняется резервным генератором.

В целом, собрать солнечную батарею своими руками не так уж и сложно. Необходимы только определенные средства, терпение и аккуратность.