Οι δυνατότητες μετάβασης σε εναλλακτικές πηγές ενέργειας έχουν μελετηθεί και εν μέρει εφαρμοστεί από ενδιαφερόμενες εταιρείες που εκπροσωπούν τον κλάδο της ενέργειας εδώ και αρκετές δεκαετίες. Το υψηλό κόστος της εισαγωγής νέων συστημάτων τροφοδοσίας ενέργειας δεν έχει επιτρέψει ακόμη σε πολλούς τομείς αυτής της βιομηχανίας να αναπτυχθούν με επιτυχία, αλλά υπάρχουν και εξαιρέσεις, οι οποίες περιλαμβάνουν γεννήτριες ηλιακής ενέργειας.
Σε διάφορες παραλλαγές, τέτοια τροφοδοτικά χρησιμοποιούνται σε εξειδικευμένους τομείς και τα τελευταία χρόνια έχουν βρει τη θέση τους στην ιδιωτική παροχή ρεύματος. Η βέλτιστη μορφή για την τεχνική υλοποίηση μιας ηλιακής μπαταρίας είναι ένα πάνελ σε φωτοηλεκτρονικά στοιχεία, που δεν καταλαμβάνει πολύ χώρο, αλλά ταυτόχρονα τροφοδοτεί τον καταναλωτή με ενέργεια ορισμένου ποσού.
Επισκόπηση τεχνολογίας
Μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια ποικιλία φυσικών φαινομένων ως πηγή ενέργειας - από τον άνεμο έως τη ροή του νερού. Φυσικά καιΗ ενέργεια του Ήλιου, ως φυσική πηγή φωτός και θερμότητας, δεν μπορεί παρά να θεωρηθεί ως πηγή μετατροπής σε συνηθισμένο ηλεκτρισμό. Παρεμπιπτόντως, ο ενεργειακός φωτισμός σε μια καθαρή μέρα μπορεί να φτάσει τα 1020 W/m2, και αυτό είναι ένα απτό δυναμικό που μπορεί να βρει πρακτική εφαρμογή. Απομένει μόνο να εφαρμοστεί τεχνολογικά η διαδικασία μετατροπής και παράδοσης ενέργειας. Για αυτό χρησιμοποιούνται τα ηλιακά πάνελ.
Μονάδες αυτού του τύπου εκτελούν ολοκληρωμένα τις εργασίες λήψης, σταθεροποίησης και συσσώρευσης ηλιακού φωτός. Στα επόμενα στάδια, επιλύονται τα καθήκοντα του μετασχηματισμού, της συσσώρευσης και της διανομής του μεταξύ των καταναλωτών. Μέχρι σήμερα, τα κύρια καθήκοντα της ηλιακής ενέργειας δεν είναι τόσο στην τεχνική και δομική οργάνωση των παραπάνω διαδικασιών, αλλά στη βελτιστοποίηση της τεχνολογίας για την αύξηση της απόδοσης των προϊόντων της.
Σχεδίαση πάνελ
Με γενική έννοια, μια τέτοια συσκευή είναι δέκτης και συσσωρευτής ηλιακής ενέργειας. Ωστόσο, η συντήρησή του χρησιμοποιεί μια ολόκληρη ομάδα εξαρτημάτων, όπως μπαταρίες, ηλεκτρικούς μετατροπείς, ασφάλειες, ρυθμιστές ισχύος, μηχανικούς για τον έλεγχο της θέσης του πίνακα κ.λπ.
Αλλά σε κάθε περίπτωση, το σύστημα ηλιακών πάνελ βασίζεται στη λειτουργία ενός κύριου στοιχείου - μιας μονάδας που λαμβάνει απευθείας ηλιακή ενέργεια. Στην πιο συνηθισμένη εκδοχή, πρόκειται για γκοφρέτες σιλικόνης μονο- ή πολυκρυσταλλικές, οι οποίες στο πλαίσιο μοιάζουν με κέικ πολλαπλών στρώσεων. Αυτό είναι το λεγόμενοφωτοβολταϊκά στοιχεία που παρέχουν ακριβή τοποθέτηση των ατόμων, τα οποία, με τη σειρά τους, εμπλέκονται σε διαδικασίες μετατροπής ενέργειας.
Ταξινόμηση ηλιακών συλλεκτών ανά τύπο ηλιακών στοιχείων
Καθώς οι τεχνολογίες κατασκευής πλακών για λήψη ηλιακής ενέργειας έχουν εξελιχθεί, οι ειδικοί πειραματίστηκαν με υλικά για την κατασκευή τους, προσδιορίζοντας τις βέλτιστες λύσεις. Μέχρι σήμερα, οι μπαταρίες αυτού του τύπου παράγονται από τα ακόλουθα στοιχεία:
- Γκοφρέτες πολυκρυσταλλικής πυριτίου. Η δομή του υλικού σχηματίζεται από μια ομάδα σχαρών μονοκρυστάλλου πυριτίου, που καθιστά δυνατή την αντιστάθμιση των ενεργειακών απωλειών στα άκρα της δομής, όπως συμβαίνει στα μονοκρυσταλλικά πάνελ. Ως αποτέλεσμα, η απόδοση φτάνει το 15% με διάρκεια ζωής της συσκευής έως και 25 χρόνια.
- Πάνελ σε πολυκρυσταλλικό πυρίτιο. Μια άλλη εναλλακτική λύση στα απλά μονοκρυσταλλικά ηλιακά πάνελ. Μια μπαταρία σε αυτή τη βάση είναι λιγότερο παραγωγική, αλλά κοστίζει πολύ λιγότερο και δίνει περισσότερες ευκαιρίες για το σχεδιασμό διαφόρων μορφών κατασκευής και τον προσανατολισμό της.
- Πάνελ από άμορφο πυρίτιο. Είναι επίσης μια επιλογή χαμηλής ισχύος, αλλά είναι και η πιο προσιτή. Για καταναλωτές με χαμηλές ενεργειακές ανάγκες, μια απολύτως αποδεκτή λύση.
- Συσκευές τελλουρίου καδμίου. Αυτό το υλικό χρησιμοποιείται ευρέως στην ανάπτυξη φιλμ φωτοβολταϊκών στοιχείων, το πάχος του στρώματος ημιαγωγών του οποίου είναι εκατοντάδες μικρόμετρα. Το τελλουρίδιο του καδμίου έχει μέση απόδοση παραγωγής ενέργειας, αλλά η ίδια η διαδικασία παραγωγήςΗ ηλεκτρική ενέργεια σε αυτή την περίπτωση θα είναι φθηνότερη από τα τυπικά πάνελ πυριτίου.
- Μπαταρίες βασισμένες σε ημιαγωγό CIGS. Σε αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιείται ένας συνδυασμός πολλών υλικών - γάλλιο, σελήνιο, ίνδιο και χαλκό. Χρησιμοποιεί επίσης έναν παράγοντα μορφής μεμβράνης, αλλά με υψηλότερη απόδοση από τα αντίστοιχα τελλουριδίου του καδμίου.
Πώς λειτουργεί η συσκευή
Μετά τη λήψη ηλιακής ενέργειας, η περαιτέρω πορεία της λειτουργίας του συστήματος μπορεί να συμβεί σύμφωνα με διαφορετικά σχήματα, ανάλογα με τη σχεδιαστική λύση. Υπάρχουν κυρίως δύο τρόποι χρήσης του εξοπλισμού:
- Η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια αποθηκεύεται στη συνδεδεμένη μπαταρία και καταναλώνεται παράλληλα από τους καταναλωτές.
- Στη διαδρομή από τον πίνακα προς την μπαταρία, τοποθετείται ένας μετατροπέας που ρυθμίζει την κατανάλωση ενέργειας. Παρόμοιο σχέδιο χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις όπου η ηλιακή μπαταρία λειτουργεί ως βοηθητική πηγή ενέργειας που καλύπτει μόνο μέρος των αναγκών του καταναλωτή σε ηλεκτρική ενέργεια.
Και στις δύο περιπτώσεις, πρέπει να οργανωθεί ένα ηλεκτρικό κύκλωμα με δυνατότητα εισαγωγής ηλιακών φωτοκυττάρων. Η διαμόρφωση σύνδεσης μπορεί να είναι είτε σειριακή είτε παράλληλη. Η μέση τάση εισόδου μπορεί να είναι 180-354 V σε σχέση με οικιακά συστήματα. Το φορτίο σε αυτήν την περίπτωση είναι 5 A.
Εφαρμογή του συστήματος διαχείρισης
Ενεργή ανάπτυξη ηλιακών μπαταριών έλαβε χώρα κατά την περίοδο της ευρείας εισαγωγής μικροελεγκτών ελέγχου σε σύνθεταδιαδικασίες παραγωγής. Προς το παρόν, τέτοιες συσκευές χρησιμοποιούνται επίσης για την αυτοματοποίηση διαφόρων λειτουργιών στην οικιακή σφαίρα - αρκεί να σημειώσετε τα συστήματα συναγερμού και τους μηχανικούς ελέγχου της πόρτας γκαράζ.
Όσον αφορά τους ηλιακούς συλλέκτες, χρησιμοποιούνται ελεγκτές με χωρητικούς αισθητήρες, οι οποίοι επιτρέπουν όχι μόνο την παρακολούθηση των παραμέτρων λειτουργίας των λειτουργικών εξαρτημάτων, αλλά και τον έλεγχο της διαδικασίας φόρτισης των μπαταριών των ηλιακών συλλεκτών. Οι ελεγκτές σε βασικό επίπεδο παρακολουθούν διακόπτες κυκλώματος, βαρίστορ και ασφάλειες, αλλά μπορούν επίσης να συμμετέχουν στις διαδικασίες αλλαγής των παραμέτρων του συνεχούς ρεύματος που τροφοδοτεί τους τελικούς καταναλωτές.
Συμβουλές για τη χρήση πάνελ
Κατά την αγορά μιας ηλιακής μπαταρίας, συνιστάται να διενεργείτε έναν ολοκληρωμένο έλεγχο όλων των εξαρτημάτων της, και ιδιαίτερα των φωτοκυττάρων, καθώς η παραμικρή βλάβη ή εργοστασιακό ελάττωμα μπορεί να επηρεάσει ριζικά την απόδοση ολόκληρου του συστήματος. Επίσης, κατά τη διαδικασία εγκατάστασης θα πρέπει να δίνεται η μέγιστη προσοχή, καθώς η κατασκευή είναι εύθραυστη και μπορεί να καταστραφεί χωρίς ειδική προστασία.
Η τοποθέτηση ηλιακής μπαταρίας τύπου πάνελ πραγματοποιείται σε ειδικά προετοιμασμένη βάση με συγκολλητικό σίδερο χαμηλής τάσης. Είναι σημαντικό το μπροστινό μέρος, σε κάθε περίπτωση, να μην καλύπτεται από δέντρα και άλλα ψηλά αντικείμενα. Για έλεγχο, παρέχεται ειδικό ερμάριο με αυτοματισμό και λειτουργικά μπλοκ. Από αυτό μέχρι την οροφή όπου είναι εγκατεστημένο το πάνελ, θα πρέπει να τοποθετηθεί μια απομονωμένη διαδρομή τροφοδοσίας επικοινωνίας.
Πώς να το φτιάξετεDIY ηλιακό πάνελ;
Το πιο κατάλληλο οικιακό σχέδιο είναι κατασκευασμένο από ξύλινο σκελετό και στοιχεία από πλεξιγκλάς. Ως βάση του πάνελ μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια μοριοσανίδα, οι άκρες της οποίας σε μορφή πλευρών σχηματίζονται με μια ράβδο πάχους 1-3 εκ. Θραύσματα από πλεξιγκλάς μικρού μεγέθους τοποθετούνται στην επιφάνεια και στερεώνονται σε κόλλα σύμφωνα με αρχή της κηρήθρας. Στη συνέχεια, η δομή μπορεί να κλείσει με συμπαγές γυαλί, στερεώνοντάς την σφιχτά κατά μήκος των περιγραμμάτων των πλευρών.
Θα πρέπει επίσης να εγκατασταθεί το ηλιακό πάνελ. Με τα χέρια σας, αυτό γίνεται σε μεταλλική βάση στήριξης με δυνατότητα περιστροφής. Για αυτό, μπορείτε να προετοιμάσετε μια βάση πλαισίου με μηχανισμό κίνησης για περιστροφή στην επιθυμητή περιοχή. Σε αυτή την περίπτωση, πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη το φορτίο στο κάλυμμα της οροφής. Είναι επιθυμητό η βάση στήριξης του πίνακα να συνδέεται απευθείας μέσω της οροφής με το σύστημα δοκών. Στο τελικό στάδιο, είναι απαραίτητο να συνδέσετε τον πίνακα μέσω αγωγών με μια μπαταρία της απαιτούμενης ισχύος και, εάν είναι απαραίτητο, να εισαγάγετε έναν μετατροπέα στο ηλεκτρικό δίκτυο για να μετατρέψετε την τάση εισόδου.
Τα οφέλη των ηλιακών συλλεκτών
Οι τεχνολογίες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που βασίζονται στις αρχές της μετατροπής της ηλιακής ενέργειας παρέχουν πολλά οφέλη στον τελικό χρήστη, παρά τις πολλές λειτουργικές δυσκολίες. Συγκεκριμένα, το απλούστερο μονοκρύσταλλο ηλιακό πάνελ 100 W μπορεί να φορτίσει δωρεάν μια μπαταρία 12 V. Αλλά ακόμα και τέτοια στοιχεία γίνονται σταδιακά παρελθόν και αντικαθίστανται από ισχυράγεννήτριες ικανές να εξυπηρετήσουν το ηλεκτρικό σύστημα του σπιτιού, που απαιτούν μόνο κόστος συντήρησης. Ταυτόχρονα, μπορούμε να μιλήσουμε για την περιβαλλοντική καθαριότητα της πηγής ενέργειας και την αυτονομία.
Προοπτικές για την ανάπτυξη της τεχνολογίας
Ένα θεμελιωδώς σημαντικό βήμα στην ανάπτυξη του συστήματος ηλιακής ενέργειας ήταν η εμφάνιση εναλλακτικών πηγών ενέργειας με τάσεις έως και 220 V. Μέχρι στιγμής, τέτοια συστήματα βρίσκονται ακόμη στο στάδιο του εννοιολογικού σχεδιασμού, αλλά στο μέλλον, θέμα για τη βελτιστοποίηση των διαδικασιών για την απόκτηση αρχικής ενέργειας, θα εισέλθουν στο τμήμα μαζικής παραγωγής.
Οι κύριες δυσκολίες που αντιμετωπίζουν οι σχεδιαστές είναι η ομοιόμορφη συσσώρευση ενεργειακού δυναμικού και η μείωση των παραγόντων εξάρτησης των γεννητριών από τις εξωτερικές συνθήκες. Για παράδειγμα, η χαμηλή απόδοση των ηλιακών συλλεκτών για ένα σπίτι στο επίπεδο του 15-20% οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στους παράγοντες της υπό όρους κακοκαιρίας, όταν η παροχή ενέργειας ελαχιστοποιείται.
Συμπέρασμα
Εάν είναι πολύ νωρίς να μιλήσουμε για την ολοκληρωμένη παροχή ενέργειας μιας ιδιωτικής κατοικίας με ηλιακή ενέργεια, τότε η κάλυψη των μεμονωμένων αναγκών φόρτισης συσκευών χαμηλής κατανάλωσης ή διατήρησης της απόδοσης των συσκευών φωτισμού με τέτοια μέσα είναι αρκετά ρεαλιστική. Επιπλέον, Ρώσοι κατασκευαστές συμμετέχουν ενεργά στην ανάπτυξη αυτής της περιοχής, προσφέροντας τα προϊόντα τους αποδεκτής ποιότητας.
Ορισμένες εταιρείες συναρμολογούν ηλιακά πάνελ από κινεζικά πάνελ χαμηλού κόστους στο επίπεδο των 3-5 χιλιάδων ρούβλια, αλλά εμφανίζονται και οι δικές τους εξελίξεις. Στους ηγέτες της εγχώριας αγοράς σε αυτόΗ Niche μπορεί να αποδοθεί στην εταιρεία "Quantum", Hevel Solar και "Solnechny Veter". Οι εγκαταστάσεις αυτών των επιχειρήσεων παράγουν όχι μόνο συστήματα χαμηλής κατανάλωσης, αλλά και αποτελεσματικές λύσεις για βιομηχανική λειτουργία.
