Электроснабжение при помощи солнечных батарей: обзор панелей на отечественном рынке

Статья поможет определиться с необходимостью приобретения автономных источников электроснабжения, широко охватывает тему автономного электроснабжения с помощью солнечных батарей, достоинства и недостатки данного источника энергии.

Все большую популярность приобретают солнечные батареи в связи со все большей их доступностью как в финансовом плане, так и на фоне расширения ассортимента в торговых сетях. Написано много статей, в которых приводятся технико-экономические обоснования внедрения гелиостанций (так называют системы генерации солнечной энергии). Правда, срок их окупаемости достигает нескольких лет.

Большой сегмент потребителей переходит к автономному электроснабжению не столько из-за желания сэкономить, сколько по причине обеспечения электропитанием в районах, где есть перебои с электроснабжением или такового нет вовсе.

Широко используется генерация солнечной энергии для дачных домиков в летнее время. Они характеризуются низкой мощностью потребления и сезонностью работы солнечных батарей. Более редкие случаи — полная электрификация дома альтернативными источниками. Но построение систем генерации солнечной энергии для разных условий эксплуатации принципиально одинаково. Итак, рассмотрим этот вопрос обстоятельно и по порядку.

Типы солнечных батарей

Иному обывателю и невдомек, что количество разновидностей солнечных батарей уже приближается к десятку. Чтобы как-то структурировать в сознании все многообразие светоприемников, разделим их на 2 класса:

• кремниевые
• пленочные

Кремниевые солнечные батареи

Широко представлены на рынке монокристаллическими и поликристаллическими панелями. Также к этой группе отнесем аморфные кремниевые панели и гибридные солнечные ячейки. Как понятно из названия класса, изготавливаются эти светоприемники из кремния и кремневодорода. Распространение солнечных модулей на основе кремния обусловлено их высокой удельной энергоэффективностью, но достаточно сложный технологический процесс изготовления делает их недешевыми.

Монокристальные солнечные панели — это квадраты черного цвета со скошенными углами. На данный момент у таких панелей самый высокий КПД — до 22%. Все светочувствительные ячейки монокристаллической панели ориентированы в одном направлении, с одной стороны этим объясняется относительно высокий КПД, с другой стороны панель должна быть всегда обращена к солнцу для получения максимальной энергоотдачи. При рассеянном свете, например, в пасмурную погоду, на рассвете и закате, электрические параметры генерации электроэнергии совсем не впечатляют.

Другой тип солнечных панелей: поликристаллические — имеют более низкий КПД по сравнению с монокристаллами (порядка 12–18%), но благодаря разнонаправленности кристаллов кремния в панели достигается лучшая энергоэффективность в рассеянном свете. Поликристаллические панели можно узнать по правильной квадратной форме пластин темно-синего цвета с морозным рисунком.

Аморфные кремниевые панели (или, как их обозначают, а-Si) — самые низкопроизводительные в линейке кремниевых приемников солнечной энергии. Их КПД находится на отметке в 5–6%. Но их применение может быть оправдано. И вот почему:

• во-первых, степень поглощения светового потока у этих панелей в 20 раз выше, чем у других кремниевых конкурентов;
• во-вторых, хаотичная ориентированность светочувствительных ячеек повышает эффективность a-Si в пасмурную погоду.

Гибридные преобразователи светового потока — это объединение аморфного кремния с микрокристаллами. Такие панели схожи по свойствам с поликристаллическими элементами, с той лишь оговоркой, что их производительность в рассеянном свете гораздо выше. Также кроме ультрафиолетового спектра гибридные панели могут преобразовывать в электричество излучение инфракрасного диапазона.

Пленочные солнечные батареи

Достаточно новая разработка в сфере солнечных светоприемников. Нужно сказать, что в данный момент на российском рынке трудно встретить пленочные модули, что обусловлено их высокой стоимостью. Поэтому ограничимся перечислением их типов.

К пленочным отнесем элементы на основе теллурида кадмия (CdTe), диселенида меди-индия (CIS), диселенида меди-индия-галлия (CIGS) и полимерные. Полимерные панели — это наиболее перспективное направление развития пленочных технологий, так как производители обещают их низкую стоимость, правда и КПД всего 6%.

Прежде чем углубиться в описание солнечных панелей, несколько слов о её параметрах. На рисунке ниже приведена вольтамперная характеристика солнечной панели (красным цветом) и кривая изменения мощности (синим цветом). На графике обозначены точки, которые встречаются в технических характеристиках солнечных батарей.

Так, ток короткого замыкания — это ток, который возникает при замыкании цепи солнечной батареи (напряжение батареи при этом равно нулю). Напряжение холостого хода, наоборот, параметр разомкнутой цепи (ток при этом равен нулю). Эти два режима не являются рабочими. Номинальный рабочий режим показан желтой точкой на пересечении пунктирных линий. В этой точке максимальный рабочий ток и напряжение. Самое эффективное использование солнечной батареи соответствует этой рабочей точке.

На российском рынке в большинстве своем представлены моно- и поликристаллические панели в большом ассортименте. Как и следовало ожидать, большинство из них — китайского производства. Но ведь это и неудивительно: Китай — лидер в производстве и продаже систем генерации солнечной энергии. Кроме того, на рынке присутствуют немецкие (Calixo, SCHOTT) и японские (SHARP) солнечные батареи.

Российские же «производители» солнечных батарей — это фирмы, которые в большинстве своем продают китайскую продукцию, выдавая её за свою. Также широко развит сегмент производителей, занимающихся сборкой панелей из китайских комплектующих. Но не все так безнадежно. Россия может «похвастаться» и своими производителями солнечных панелей. В Новочебоксарске находится завод «Хевел», который специализируется на производстве тонкопленочных гибридных панелей. В Краснодаре на заводе «Сатурн» изготавливают солнечные батареи на основе арсенида галлия, продукция ориентирована, в основном, на космическую промышленность. Два завода, которые наиболее ориентированы на производство бытовых модулей, расположены в Зеленограде («Телеком-СТВ») и Рязани («Рязанский завод металлокерамических приборов», РЗМКП).

Ассортимент рязанских солнечных батарей ограничен двумя основными типами:

• RZMP-130-Т — имеет выходное напряжение 15,9–17,5 В, диапазон мощностей 105–145 Вт;
• RZMP-220-Т — имеет выходное напряжение 27,7– 29,1 В, диапазон мощностей 200–240 Вт.

«Телеком-СТВ» предлагает гораздо большее количество артикулов своей продукции: моно- и поликристаллические модули, монокристаллические модули с повышенной эффективностью, гибкие и специализированные солнечные батареи. Выходное напряжение модулей адаптировано как для низковольтных систем (17–18,5 В), так и высоковольтных (34–38 В). При этом цена этих солнечных батарей в полтора раза ниже рязанских. Например, рязанская RZMP-130-Т мощностью 120 Вт обойдется покупателю в 16100 рублей, а зеленоградскую ТСМ-120А мощностью 123 Вт можно приобрести за 9658 рублей. При этом вес и габариты зеленоградских панелей меньше рязанских. Единственное, что говорит в пользу рязанских солнечных батарей — это подробная информация об изделии.

Отдельно скажем несколько слов о заводе «Хевел», что в Новочебоксарске. Единственный завод в России, который начал изготавливать панели на основе аморфного кремния с вкраплениями микрокристаллов по микроморфной технологии. Учитывая, что на значительной части территории России большой процент пасмурных дней в году, панели «Хевел» имеют большой потенциал в борьбе за рынок с моно- и поликристаллами. В розничной продаже панелей «Хевел» пока нет, но, судя по оптовым ценам, потребителю придется выложить порядка 10000 рублей за 125-ти ваттную панель. Прямым конкурентом «Хевел» являются тонкопленочные гибридные панели тайваньского производителя Green Energy Technology. Тайваньские панели уже сейчас можно приобрести за 7000 рублей.

Сравнительная таблица российских, тайваньских и китайских солнечных батарей

* — без алюминиевой рамки

В конечном итоге потребителю самому решать, какие панели ему выбрать. В качестве рекомендации хочется отметить, что для автономного электроснабжения дома можно порекомендовать поликристаллические модели солнечных батарей. Да, монокристаллические панели более эффективны, но не стоит забывать, что это довольно условно.

Максимальная мощность монокристаллических элементов будет достигнута лишь в солнечный день с использованием систем поворота светочувствительных элементов. Поэтому данные панели в большей степени подойдут жителям южной полосы России, где количество солнечных дней максимально. В остальных же регионах при проектировании систем автономного электроснабжения имеет смысл обратить свое внимание на сравнительно новые панели, произведенные по микроморфной технологии, которые способны преобразовывать в электричество не только солнечный ультрафиолет, но и инфракрасное излучение. Это их достоинство может с лихвой покрыть недостаток низкого КПД.

Замечу напоследок, что лично я отдал предпочтение поликристаллической панели, поскольку предназначена она для временного электроснабжения дачного домика в летний период. Отсюда следует, что планируемая нагрузка — небольшая, световой день продолжительный и солнечный. Поэтому поликристаллическая солнечная батарея в моем случае наиболее оптимальна.

© рмнт.ру, Игорь Максимов