Уже не одно десятилетие человечество ищет альтернативные источники энергии, способные хотя бы частично заменить существующие. И самыми перспективными из всех на сегодняшний день представляются два: ветро‑ и солнечная энергетика.

Правда, ни тот ни другой не могут предоставить непрерывного производства. Это связано с непостоянством розы ветров и суточно‑погодно‑сезонными колебаниями интенсивности солнечного потока.

Сегодняшняя энергетика предлагает три основных метода получения электрической энергии, но все они тем или иным образом вредны для окружающей среды:

• Топливная электроэнергетика — самая экологически грязная, сопровождается значительными выбросами в атмосферу углекислого газа, сажи и бесполезной теплоты, вызывая сокращение озонового слоя. Добыча топливных ресурсов для нее также наносит значительный вред природе.
• Гидроэнергетика связана с очень значительными ландшафтными изменениями, затоплением полезных земель, причиняет ущерб рыбным ресурсам.
• Атомная энергетика — самая экологически чистая из трёх, но требует очень значительных расходов на поддержание безопасности. Любая авария может быть связана с нанесением непоправимого долголетнего вреда природе. К тому же требует специальных мер по утилизации отходов использованного топлива.

Строго говоря, получить электроэнергию от солнечного излучения можно несколькими способами, но большинство из них используют промежуточное её преобразование в механическую, вращающую вал генератора и только затем в электрическую.

Такие электростанции существуют, они используют в работе двигатели внешнего сгорания Стирлинга, имеют неплохой КПД, но у них есть и существенный недостаток: чтобы собрать как можно больше энергии солнечного излучения, требуется изготовление огромных параболических зеркал с системами слежения за положением солнца.

Надо сказать, что существуют решения, позволяющие улучшить ситуацию, но все они достаточно дорогостоящие.

Есть методы, дающие возможность прямого преобразования энергии света в электрический ток. И хотя явление фотоэффекта в полупроводнике селене было открыто уже в 1876 году, но только в 1953 году, с изобретением кремниевого фотоэлемента, появилась реальная возможность создания солнечных батарей для получения электроэнергии.

В это время уже появляется теория, позволившая объяснить свойства полупроводников, и создать практическую технологию их промышленного производства. К сегодняшнему дню это вылилось в настоящую полупроводниковую революцию.

Работа солнечной батареи основана на явлении фотоэффекта полупроводникового p-n перехода, по сути представляющего собой обычный кремниевый диод. На его выводах при освещении возникает фото‑эдс величиной 0,5~0,55 В.

При использовании электрических генераторов и батарей необходимо учитывать различия, которые существуют между . Подключая трехфазный электродвигатель в соответствующую сеть, можно в три раза увеличить его выходную мощность.

Следуя определенным рекомендациям, с минимальными затратами по ресурсам и времени можно изготовить силовую часть высокочастотного импульсного преобразователя для бытовых нужд. Изучить структурные и принципиальные схемы таких блоков питания можно .

Конструктивно каждый элемент солнечной батареи выполнен в виде кремниевой пластины площадью в несколько см 2 , на которой сформировано множество соединённых в единую цепь таких фотодиодов. Каждая такая пластина является отдельным модулем, дающим при солнечном освещении определённое напряжение и ток.

Соединяя такие модули в батарею и комбинируя параллельно‑последовательное их подключение, можно получить широкий диапазон значений выходной мощности.

Основные недостатки солнечных батарей:

• Большая неравномерность и нерегулярность энергоотдачи в зависимости от погоды, и сезонной высоты солнца.
• Ограничение мощности всей батареи, если затенена хотя бы одна её часть.
• Зависимость от направления на солнце в различное время суток. Для максимально эффективного использования батареи нужно обеспечивать её постоянную направленность на солнце.
• В связи с вышесказанным, необходимость аккумулирования энергии. Наибольшее потребление энергии приходится на то время, когда выработка её минимальна.
• Большая площадь, требующаяся для конструкции достаточной мощности.
• Хрупкость конструкции батареи, необходимость постоянной очистки её поверхности от загрязнений, снега и т. п.
• Модули солнечной батареи работают наиболее эффективно при 25°C. Во время работы же они нагреваются солнцем до значительно более высокой температуры, сильно снижающей их эффективность. Чтобы поддерживать КПД на оптимальном уровне, необходимо обеспечивать охлаждение батареи.

Следует заметить, что постоянно появляются разработки солнечных элементов, использующих новейшие материалы и технологии. Это позволяет постепенно устранять недостатки, присущие солнечным батареям или уменьшать их влияние. Так, КПД новейших элементов, использующих органические и полимерные модули, достигает уже 35% и есть ожидания достижения 90%, а это делает возможным при тех же размерах батареи получить много бòльшую мощность, либо, сохранив энергоотдачу, значительно уменьшить габариты батареи.

Кстати, средний КПД автомобильного двигателя не превышает 35%, что позволяет говорить о достаточно серьёзной эффективности солнечных панелей.

Появляются разработки элементов на основе нанотехнологий, одинаково эффективно работающих под разными углами падающего света, что избавляет от необходимости их позиционирования.

Таким образом, уже сегодня можно говорить о преимуществах солнечных батарей по сравнению с другими источниками энергии:

• Отсутствие механических преобразований энергии и движущихся частей.
• Минимальные расходы на эксплуатацию.
• Долговечность 30~50 лет.
• Тишина при работе, отсутствие вредных выбросов. Экологичность.
• Мобильность. Батарея для питания ноутбука и зарядки аккумулятора для светодиодного фонарика вполне поместится в небольшом рюкзаке.
• Независимость от наличия постоянных источников тока. Возможность подзарядки аккумуляторов современных гаджетов в полевых условиях.
• Нетребовательность к внешним факторам. Солнечные элементы можно разместить в любом месте, на любом ландшафте, лишь бы они достаточно освещались солнечным светом.

В приэкваториальных районах Земли средний поток солнечной энергии составляет в среднем 1,9 кВт/м 2 . В средней полосе России он находится в пределах 0,7~1,0 кВт/м 2 . КПД классического кремниевого фотоэлемента не превышает 13%.

Как показывают опытные данные, если прямоугольную пластину направить своей плоскостью на юг, в точку солнечного максимума, то за 12‑часовой солнечный день она получит не более 42% суммарного светового потока из‑за изменения угла его падения.

Это означает, что при среднем солнечном потоке 1 кВт/м 2 , 13% КПД батареи и её суммарной эффективности 42% удастся получить за 12 часов не более 1000 x 12 x 0,13 x 0,42 = 622,2 Втч, или 0,6 кВтч за день с 1 м 2 . Это при условии полного солнечного дня, в облачную погоду — значительно меньше, а в зимние месяцы эту величину нужно разделить ещё на 3.

Учитывая потери на преобразование напряжения, схему автоматики, обеспечивающую оптимальный зарядный ток аккумуляторов и предохраняющую их от перезаряда, и прочие элементы можно принять за основу цифру 0,5 кВтч/м 2 . Этой энергией можно в течение 12 часов поддерживать ток заряда аккумулятора 3 А при напряжении 13,8 В.

То есть для заряда полностью разряженной автомобильной батареи ёмкостью 60 Ач потребуется солнечная панель в 2 м 2 , а для 50 Ач — примерно 1,5 м 2 .

Для того чтобы получить такую мощность можно приобрести готовые панели, выпускающиеся в диапазоне электрических мощностей 10~300 Вт. Например, одна 100 Вт панель за 12‑ти часовой световой день с учётом коэффициента 42% как раз обеспечит 0,5 кВтч.

Такая панель китайского производства из монокристаллического кремния с очень неплохими характеристиками стоит сейчас на рынке около 6400 р. Менее эффективная на открытом солнце, но имеющая лучшую отдачу в пасмурную погоду поликристаллическая — 5000 р.

При наличии определённых навыков в монтаже и пайке радиоэлектронной аппаратуры можно попробовать собрать подобную солнечную батарею и самому. При этом не стоит рассчитывать на очень большой выигрыш в цене, кроме того, готовые панели имеют заводское качество как самих элементов, так и их сборки.

Но продажа таких панелей организована далеко не везде, а их транспортировка требует очень жёстких условий и обойдётся достаточно дорого. Кроме того, при самостоятельном изготовлении появляется возможность, начав с малого, постепенно добавлять модули и наращивать выходную мощность.

Подбор материалов для создания панели

В китайских интернет‑магазинах, а также на аукционе eBay предлагается широчайший выбор элементов для самостоятельного изготовления солнечных батарей с любыми параметрами.

Ещё в недалёком прошлом самодельщики приобретали пластины, отбракованные при производстве, имеющие сколы или другие дефекты, но существенно более дешёвые. Они вполне работоспособны, но имеют немного пониженную отдачу по мощности. Учитывая постоянное снижение цен, сейчас это уже вряд ли целесообразно. Ведь теряя в среднем 10% мощности, мы теряем и в эффективной площади панели. Да и внешний вид батареи, состоящей из пластин с отколотыми кусочками выглядит довольно кустарно.

Можно приобрести такие модули и в российских онлайн‑магазинах, например, molotok.ru предлагает поликристаллические элементы с рабочими параметрами при световом потоке 1,0 кВт/м 2:

• Напряжение: холостого хода — 0,55 В, рабочее — 0,5 В.
• Ток: КЗ — 1,5 А, рабочий — 1,2 А.
• Рабочая мощность — 0,62 Вт.
• Габариты — 52х77 мм.
• Цена 29 р.

Совет: Надо учитывать, что элементы очень хрупкие и при транспортировке часть из них может быть повреждена, поэтому при заказе следует предусмотреть некоторый запас по их количеству.

Изготовление солнечной батареи для дома своими руками

Для изготовления солнечной панели нам понадобится подходящая рама, которую можно сделать самостоятельно или подобрать готовую. Из материалов для нее лучше всего использовать дюралюминий, он не подвержен коррозии, не боится сырости, долговечен. При соответствующей обработке и покраске для защиты от атмосферных осадков подойдёт и стальная, и даже деревянная.

Совет: Не стоит делать панель очень больших размеров: она будет неудобна в монтаже элементов, установке и обслуживании. К тому же маленькие панели имеют низкую парусность, их можно удобнее разместить под требуемыми углами.

Рассчитываем комплектующие

Определимся с размерами нашей рамы. Для зарядки 12-ти вольтового кислотного аккумулятора требуется рабочее напряжение не ниже 13,8 В. Примем за основу 15 В. Для этого нам придётся соединить последовательно 15 В / 0,5 В = 30 элементов.

Совет: Выход солнечной панели следует подключать к аккумулятору через защитный диод во избежание его саморазряда в темное время суток через солнечные элементы. Так что на выходе нашей панели будет: 15 В – 0,7 В = 14,3 В.

Чтобы получить зарядный ток 3,6 А, нам необходимо соединить в параллель три таких цепочки, или 30 x 3 = 90 элементов. Это будет нам стоить 90 x 29 р. = 2610 р.

Совет: Элементы солнечной панели соединяются параллельно‑последовательно. Необходимо соблюдать равенство количества элементов в каждой последовательной цепочке.

Таким током мы можем обеспечить стандартный режим заряда для полностью разряженного аккумулятора ёмкостью 3,6 x 10 = 36 Ач.

Реально эта цифра будет меньше из‑за неравномерности солнечного освещения в течение дня. Таким образом, для заряда стандартной автомобильной батареи 60 Ач, нам нужно будет соединить параллельно две таких панели.

Эта панель может нам обеспечить электрическую мощность 90 x 0,62 Вт ≈ 56 Вт.

Или в течение 12‑часового солнечного дня с учётом поправочного коэффициента 42% 56 x 12 x 0,42 ≈ 0,28 кВтч.

Разместим наши элементы в 6 рядов по 15 штук. Для установки всех элементов нам потребуется поверхность:

• Длина — 15 x 52 = 780 мм.
• Ширина — 77 x 6 = 462 мм.

Для свободного размещения всех пластин примем габариты нашей рамы: 900×500 мм.

Совет: Если есть готовые рамы с другими габаритами, можно пересчитать количество элементов в соответствии с приведёнными выше намётками, подобрать элементы других типоразмеров, попробовать разместить их, комбинируя длину и ширину рядов.

Также нам потребуются:

• Паяльник электрический 40 Вт.
• Припой, канифоль.
• Монтажный провод.
• Силиконовый герметик.
• Двусторонний скотч.

Этапы изготовления

Для монтажа панели необходимо подготовить ровное рабочее место достаточной площади с удобным подходом со всех сторон. Сами пластины элементов лучше разместить отдельно в стороне, где они будут защищены от случайных ударов и падений. Брать их следует аккуратно, по одной.

Устройства защитного выключения повышают безопасность домашней электросети, снижая вероятность поражения электричеством и возникновения пожаров. Детальное ознакомление с характерными особенностями разных видов выключателей дифференциального тока подскажет, для квартиры и дома.

При эксплуатации электросчетчика возникают ситуации, когда его надо заменить и заново подключить — об этом можно прочитать .

Обычно для изготовления панели используют способ приклеивания предварительно распаянных в единую цепь пластин элементов на плоскую основу‑подложку. Мы предлагаем другой вариант:

1. Вставляем в раму, хорошо закрепляем и герметизируем по краям стекло или кусок плексигласа.
2. Раскладываем на нем в соответствующем порядке, приклеивая их двусторонним скотчем, пластины элементов: рабочей стороной к стеклу, выводами для пайки — к задней стороне рамы.
3. Положив раму на стол стеклом вниз, мы сможем удобно распаивать выводы элементов. Выполняем электрический монтаж в соответствии с выбранной принципиальной схемой включения.
4. Склеиваем окончательно пластины с задней стороны скотчем.
5. Подкладываем какую‑либо демпфирующую прокладку: листовую резину, картон, ДВП и т. п.
6. Вставляем в раму заднюю стенку и герметизируем её.

При желании вместо задней стенки можно залить раму сзади каким‑нибудь компаундом, например, эпоксидкой. Правда, это уже исключит возможность разборки и ремонта панели.

Конечно, одной батареи в 50 Вт не хватит для обеспечения энергией даже небольшого домика. Но с её помощью уже можно реализовать в нем освещение, используя современные светодиодные светильники.

Для комфортного существования городского жителя сейчас в сутки требуется не менее 4 кВтч электроэнергии. Для семьи — соответственно количеству её членов.

Следовательно, солнечная батарея частного дома для семьи из трёх человек должна обеспечивать 12 кВтч. Если предполагается электроснабжение жилища только от солнечной энергии нам нужна будет солнечная батарея площадью, не менее 12 кВтч / 0,6 кВтч/м 2 = 20 м 2 .

Эту энергию необходимо запасти в аккумуляторных батареях, ёмкостью 12 кВтч / 12 В = 1000 Ач, или примерно 16 батарей по 60 Ач.

Для нормальной работы аккумуляторной батареи с солнечной панелью и её защиты потребуется контроллер заряда.

Чтобы преобразовать 12 В постоянного тока в 220 В переменного, нужен будет инвертор. Хотя сейчас на рынке уже в достаточном количестве представлено электрооборудование на напряжения 12 или 24 В.

Совет: В низковольтных сетях электроснабжения действуют токи значительно более высоких значений, поэтому для выполнения проводки к мощному оборудованию следует выбирать провод соответствующего сечения. Проводка для сетей с инвертором выполняется по обычной схеме 220 В.

Делаем выводы

При условии аккумулирования и рационального использования энергии, уже сегодня нетрадиционные виды электроэнергетики начинают создавать солидную прибавку в общем объёме её выработки. Можно даже утверждать, что они постепенно становятся традиционными.

Учитывая значительно снизившийся в последнее время уровень энергопотребления современной бытовой техники, применение энергосберегающих осветительных приборов и значительно увеличившийся КПД солнечных батарей новых технологий, можно сказать, что уже сейчас они способны обеспечивать электроэнергией небольшой частный дом в южных странах с большим количество солнечных дней в году.

В России же они вполне могут применяться, как резервные или дополнительные источники энергии в комбинированных системах электроснабжения, а если эффективность их удастся повысить хотя бы до 70%, то вполне реально будет и их использование в качестве основных поставщиков электроэнергии.

Видео о том, как изготовить прибор для сбора солнечной энергии самому

Россия сравнительно мало выпускает солнечных панелей, и доля производства энергии за счёт солнца, в России также мала. Тем не менее, производство панелей существует и, вероятно, следует ждать его увеличения в связи с санкциями.

Россия экспортирует свою продукцию (солнечные панели) в Германию и Чехию. Это несколько странно, поскольку Россия также импортирует аналогичную продукцию из стран: Германия, Китай, Тайвань, Таиланд. Можно было бы подумать, что более всего импорт из Китая, но источник утверждает, что это не так, больше всего импорт из Германии.

Перечислим российские компании, выпускающие солнечные батареи (данная информация взята из разных источников, возможно предприятия переименовались или закрылись):

1. Москва, Зеленоград: ЗАО «Телеком-СТВ».
2. Москва, Зеленоград: ООО «СоларИннТех».
3. Краснодар: ООО «Солнечный ветер».
4. Москва: московское предприятие ОАО «Всероссийский НИИ электрификации хозяйства» (ОАО «ВИЭСХ»).
5. Краснодар: ОАО «Сатурн».
6. Рязань: ООО «Солэкс».
7. Рязань: ОАО «Рязанский завод металлокерамических изделий».
8. Москва: НПП «Квант».

Производство технического кремния:

1. Усолье-Сибирское Иркутской области: Nitol Solar (компания Нитол), проект Сибирский кремний (РУСАЛ и РосНано).
2. Новочебоксарск, Чувашия: Химпром.
3. Волгоград: Волгоградское ОАО Химпром.
4. Абакан, Хакасия: Абаканский завод полупроводниковых материалов (АЗПМ).
5. Железногорск, Красноярский край: Железногорский завод полупроводникового кремния на базе ФГУП «Горно-химический комбинат».
6. Ленинградская область: ПОЛИСИЛ, международный проект Балтийская Кремниевая долина.

Кое-что сохранилось на Украине и в Казахстане.

Фирмы-производители

Солнечная батарея от фирмы “Квант”

«Квант» (Москва) . Эта фирма выпускает солнечные панели, в том числе и для космоса.

Данная фирма производит солнечные панели на основе трёхкаскадного аморфного кремния. Её изделия могут работать при температурах от -40 до +75 градусов Цельсия.

Это важный показатель, поскольку с повышением температуры производительность солнечных панелей уменьшается. Поэтому обычно верхний предел большинство производителей указывает в 60 градусов.

«Квант» выпускает модели солнечных батарей серии: БСА (складные), ЭПС.

Мощность батарей БСА: от о.642 Вт, при напряжении 3.4 В до 15.408 Вт, при напряжении 20.4 В. Напряжение холостого хода несколько выше. Кроме того, чем мощнее панель, тем сильнее ток она выдаёт.

Мощность панелей ЭПС: 50 и 100 Вт при напряжении 12.5 В. На основе этих батарей созданы различные устройства.

Коэффициент полезного действия панелей у данной фирмы превышает девятнадцать процентов. А на некоторых моделях достигнут коэффициент полезного действия в двадцать пять – тридцать процентов.

Стоимость – порядка 90 рублей за ватт.

«Солнечный ветер» (Краснодар) . Фирма производит солнечные батареи на основе монокристаллического кремния.

Выпускаются модули мощностью от 5 до 160 Ватт, но можно заказать модуль и на 200 Ватт. Коэффициент полезного действия у данных моделей невелик – от 12 до 20 процентов, в зависимости от покрытия. Производятся также двухсторонние панели.

Напряжение на панелях для серии ФЭМ (двухсторонние) составляет 12, 20 и 24 вольта, но это не на любую мощность. Серия ТСМ (выпускается в Зеленограде) выдаёт напряжения 17, 19 и 34 вольта.

Солнечная батарея от фирмы “Сатурн”

«Телеком-СТВ» (Зеленоград) . Фирма выпускает солнечные панели мощностью от 30 до 250 ватт серии ТСМ (напряжения: 16.6; 17; 19; 17.5; 30; 31; 34; 36; 38 вольт). Коэффициент полезного действия у них составляет от 24 до 26 процентов, что неплохо. Они могут быть также гибкими и двухсторонними.

Солнечные батареи серии ФСМ могут иметь мощность 300 ватт. Максимальное напряжение у таких панелей: 18; 19; 24; 30; 36; 37; 38 вольт.

«Рязанский ЗМКП» (Рязань) . На сайте компании представлены два модуля с коэффициентами полезного действия от 12 до 70% (сравнительно мало). Мощность от 200 до 240 ватт для напряжений 28-29 вольт. Вторая панель выдаёт мощность от 105 до 145 ватт и напряжение от 20 до 22 вольт.

«Хевел» (Новочебоксарск) . Компания занимается как производством солнечных панелей, так и строительством солнечных электростанций. Мощность выпускаемых солнечных панелей 120 ватт, а выдаваемое напряжение 100 вольт.

«Сатурн» (Краснодар) . Предприятие готовить солнечные панели, в том числе и для космоса. Для геостационарной орбиты выпускаются панели с коэффициентом полезного действия 15,5 и 28%. Удельная мощность 180 и 310 ватт на квадратный метр (соответственно).

«СоларИннТех» (Зеленоград) . Данная фирма выпускает солнечные модули марки Sunways для домов.

Панели выдают мощность в 30 ватт и напряжением 18 вольт. Стоит 2200 рублей. Температура эксплуатации от минус сорока до плюс восьмидесяти пяти градусов Цельсия.

Самая дорога панель стоит двадцать три тысячи, выдаёт мощность сто девяносто пять ватт и напряжение 33 вольта.

Коэффициент представленных панелей, в зависимости от модели, составляет пятнадцать и двадцать процентов.

Обзор батарей, выпускаемых в России

В России выпускается довольно широкий спектр солнечных батарей. Они могут иметь различное назначение, в том числе, выпускаются они и для космоса.

Модули выдают довольно широкий спектр напряжения и мощностей, что позволяет их использовать для питания многих бытовых приборов и ламп. Если этого будет недостаточно, то их можно соединять параллельно и последовательно, повышая, тем самым либо мощность, либо напряжение.

Конструктивно модули могут быть односторонними, двухсторонними, гибкими, складными, тонкоплёночными.

Солнечные батареи, выпускаемые в России, имеют сравнительно низкий коэффициент полезного действия. Как правило, он ниже двадцати процентов, но существуют фирмы, которые выпускают солнечные панели с более высоким КПД. Следует однако отметить, что в стационарном варианте КПД не столь критический параметр.

Если взять наихудший КПД в 12%, и рекордный КПД на данный момент в 46%, то линейные размеры панелей будут отличаться менее чем в два раза. В промышленном исполнении, то, что можно купить за одинаковую цену, линейные размеры будут отличаться слабо, если КПД солнечной панели будет хотя бы 17%.

Рынок солнечной энергетики

Как говорит статистика, рынок солнечной энергетики развивается весьма быстро. Начиная с 1990 года, за двадцать лет производство солнечных элементов увеличилось в пятьсот раз. Согласно прогнозам, за десять лет, начиная с 2008 года, производство солнечных элементов возрастёт в два с половиной раза, а суммарная мощность используемой солнечной энергии возрастёт в пять раз.

Наиболее мощными из них и широко распространёнными сегодня являются гидроэлектростанции. Помимо описанных разрабатываются принципиально иные способы добычи возобновляемой энергии: получение энергии с использованием водорослей (где-то свет, а где-то электричество или водород), использование разности температур в солёной воде (а возможно солёности, или в других случаях) и прочее.

Солнечные панели на МКС

Солнечные панели используются на космических аппаратах. В космосе трудно добыть энергию, солнечные батареи там очень востребованы. На Земле солнечные панели (и не только панели) используются для создания электростанций. С каждым разом они становятся всё мощнее.

Как писалось выше, подхода два: преобразования солнечной энергии непосредственно в электричество и преобразование солнечной энергии предварительно в тепло. Довольно распространённым элементом солнечные панели являются в, так называемых, ЭКО-домах и просто домах. Там их располагают на крышах.

Также, в подобных домах используют накопление тепла от солнца. Достаточно сказать, что если на улице температура около нуля, то, благодаря, лишь солнцу, в доме можно получить температуру восемнадцать-двадцать градусов Цельсия. И это будет круглые сутки.

В последнее время стали широко распространяться осветительные приборы, заряжающееся от солнца (используют солнечные панели). Это стало возможным с переходом на (лампочки). Такие установки используют в городах для освещения улиц. Но и в быту подобные устройства также применяются. Традиционно, в быту, солнечные элементы используются для подзарядки калькуляторов.

Кроме этого, солнечные панели могут устанавливаться на самолётах, автомобилях и яхтах с целью получения электроэнергии для двигателя, или как дополнительной энергии.

Политика государств также заслуживает внимание. Неизвестно, как сейчас, но в две тысячи десятом году на Украине предлагалось ввести льготы для тех потребителе энергии, которые используют солнечные батареи или иные возобновляемые источники. Аналогичная политика ведётся и в других странах.

Лидерами в производстве солнечной энергии являются страны: Китай, США, Франция, Италия, Германия, Япония.

В России доля гидроэлектростанций в производстве энергии достигает пятнадцати процентов. А вот доля остальных возобновляемых источников энергии в её производстве в России менее одного процента.

Мировые производители солнечных батарей

Лидером в производстве кремния и солнечных батарей на протяжении последнего десятилетия является Китай. Однако его доля несколько спадает, если в две тысячи седьмом году на него приходилось шестьдесят восемь процентов мирового производства, то в две тысяча четырнадцатом году его доля упала до пятидесяти восьми процентов.

Если рассматривать производство солнечных панелей, то после Китая следуют страны: Япония, Тайвань, Германия.

Приведём список компаний, лидирующих в выпуске кремния для солнечных батарей:

1. Южная Корея: Dow Chemical Corporation (DCC).
2. США: Globe Metallurgian.
3. Бразилия: Cia Brasileira Carbureto de Cal-cio (CBCC), Camargo Correa Metais SA.
4. Германия: Eckart Gmbh and Co.
5. Испания: Sdad Espanola de Carburos Metalicos SA.
6. Норвегия: Elkem A/S silicon Metal Division.

Обзор российского производства солнечных панелей

Из всех известных человеку альтернативных источников энергии самыми востребованными на сегодняшний день являются солнечные батареи, коллектор и другие устройства, работающие от энергии солнца. Альтернативная энергетика развивается очень активно во всём мире и в России начинаются определённые подвижки в этом направлении. В европейских странах на домах можно часто видеть солнечные коллекторы и панели. У нас их используют единицы, даже в южных регионах. При этом есть несколько крупных и мелких российских производителей панелей для гелиосистем. Всё больше людей интересуются тем, где можно купить гелиопанели и сколько они позволяют они вырабатывают электроэнергии. При этом колебания курса валют поднимают спрос на солнечные панели российского производства. С китайским производством по себестоимости соревноваться сложно. Но по сравнению с европейскими гелиосистемами, продукция российского производства выигрывает в цене. Сегодня мы посмотрим, какие в России есть предприятия по выпуску солнечных панелей.

В последние десятилетия солнечная энергетика ускорила своё развитие. С 1990 по 2010 год объём производства солнечных панелей вырос в несколько сотен раз. В ближайшие десять лет использование энергии солнца вырастет в 5 раз по сравнению с сегодняшними показателями. Но при этом доля гелиосистем в общей энергетике пока ещё небольшая (примерно 5%). Между тем, солнечные панели используются для получения энергии в различных космических программах. В тех регионах планеты, где высокая солнечная инсоляция, появляются новые солнечные электростанций. Постепенно они наращивают свою мощность и уже могут обеспечивать электричеством небольшие населённые пункты.

Солнечные панели являются одним из двух вариантов преобразования . Они преобразуют её в электричество. Второй вариант преобразования – это коллекторы, которые собирают солнечное тепло. Вместе с использованием солнечных панелей увеличивается использование экономичных осветительных приборов. В основном осветительных приборов на светодиодах. Кроме солнечных электростанций и батарей для выработки электричества в частных домах, панели также применяются в различных бытовых приборах. Это калькуляторы, автомобили, автономные светильники и так далее. Подробнее можете прочитать по указанной ссылке.

Отношение государственной власти к солнечной энергетике также меняется. Устанавливаются льготы для тех, кто использует альтернативные источники энергии. Кстати, к возобновляемым источникам энергии относятся гидроэлектростанции. К сожалению, части они тоже наносят вред окружающей среде.

Как дела с альтернативной энергетикой в России?

Гидроэлектростанции в России вырабатывают 15% всей электроэнергии, а остальные альтернативные источники имеют долю менее 1%. При этом у нас в стране есть довольно крупные производства солнечных панелей. На них выпускаются солнечные модули для различных устройств. Выпускаются одно и двухсторонние панели, складные, гибкие, тонкоплёночные.

В основном все российские производства солнечных батарей выпускают панели с КПД до 20%. Но некоторые фирмы в небольших объёмах выпускают солнечные модули с большим КПД. Подробнее о читайте по указанной ссылке. В большинстве случаев КПД выпускаемых на сегодняшний день панелей составляет 12─17 процентов.

Российские производители солнечных батарей

Ниже представлен перечень компаний, которые выпускают солнечные панели российского производства. Данные были взяты из открытых источников. Вполне возможно, что некоторые из них меняли названия или реорганизовывались. Если вы нашли неправильную информацию, просьба отписать в комментариях к статье. Цены на продукцию приводятся примерные и на момент прочтения вами статьи могут отличаться.

ЗАО «Телеком-СТВ»

Российская компания ЗАО «Телеком-СТВ» находится в Зеленограде. Стоимость панелей в среднем составляет около 6 тысяч рублей за панель мощностью 100 ватт. Это дешевле немецких аналогов примерно на треть. Заявленный КПД составляет около 20 процентов. На этом производстве используется технология выпуска пластин кремния и создания панелей на их основе.

Один из наиболее популярных продуктов компании имеет в названии ТСМ. Маркировка различных моделей зависит от ёмкости, значения которой лежат в интервале 15─230 ватт. К примеру, ТСМ-110А – это панель мощностью 115 ватт. Солнечные панели в основном выпускаются из монокристаллических фотоэлементов, но также используются и поликристаллы.

Производство в Зеленограде было основано в 1991 году. За эти годы предприятие «Телеком-СТВ» накопило богатый опыт в производстве солнечных панелей.

Рязанский завод металлокерамических приборов начал свою работу ещё в 1963 году. В начале «нулевых» российское предприятие переходит на ISO 9001. Это международная система контроля качества. На производстве выпускаются солнечные панели по нормам ГОСТ 12.2.007─75.

Предприятие предлагает достаточно широкий ассортимент продукции:

• Фотоэлектрические солнечные панели;
• Контроллеры, инверторы для гелио систем;
• Монокристаллические модули мощностью от 8 до 100 ватт. Они используются для обеспечения электричеством жилых домов, освещения улиц, для зарядки аккумуляторов автомобилей, питания радиотехники;
• Панели небольшой ёмкости. Их мощность от 3,5 до 5 ватт. Используются в мобильных гаджетах, power bank и прочей портативной электронике.

В качестве примера продукции ЗМКП можно привести солнечные панели RZMP. Они имеют разную мощность и КПД 12─17%. Эти панели делают путём последовательного соединения фотоэлементов и наклеивания их на основу из алюминия. Модели RZMP используются в системах энергоснабжения частных домов и отдельных помещений. Модели мощностью примерно 240 ватт стоят примерно 14─15 тысяч рублей.

Технология этого российского производства включает в себя строгий контроль качества на предмет соответствия сертификатам.

Производство батарей Hevel в Новочебоксарске

Это инновационное российское производство в Чувашии было организовано компанией Hevel. Здесь выпускаются тонкоплёночные микроморфные батареи. Эта разновидность панелей может улавливать рассеянное освещение более эффективно, чем фотоэлементы на моно и поликристаллах. Кроме того, такие батареи производства Hevel имеют небольшую толщину и эстетичны внешний вид. Их часто устанавливают на фасадах домов для обеспечения их резервным источника электроэнергии.

Среди продуктов производства можно привести пример популярной панели под названием Hevel Solar HVL. Она имеет мощность 100─105 ватт. Цены на солнечные панели начинаются от 9 тысяч рублей. На производстве выпускаются модули из поликристаллических фотоэлементов. У них ниже стоимость и КПД. В компании Hevel рекомендуют использовать их для использования в гелиосистемах для частных домов в регионах, где больше 300 солнечных дней в году.

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 преобразование энергии 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.