Paindlikud päikesepatareid: tüüpiliste konstruktsioonide, nende omaduste ja ühendamise eripärade ülevaade

Päikeseenergia on üks perspektiivikamaid ja kiirelt arenevaid alternatiivseid elektriallikaid. See on piiritu ressurss, mida saab kasutada suvalises maailma nurgas, ilma keskkonda saastamata. Nõustuge, et oleks tore soetada endale oma alternatiivne elektrienergia allikas.

Selgub, et nüüd saab päikeseenergiat muuta elektriks otse oma kodus. Kohmakate ja habraste raampaneelide asemel kasutatakse üha sagedamini paindlikke päikesepaneele. Kuid kuidas seda praktikas teostada?

Aitame Teil mõista paindlike päikesepaneelide ülesehitust ja tööpõhimõtet. Kasulikud soovitused konstruktsioonide valiku ja paigaldamise kohta leiate meie artiklist. Teabe hõlpsamaks mõistmiseks sisaldab artikkel ka teemakohaseid fotosid ja videoid.

Mis on päikesepaneelid?

Selleks et mõista, kas paindlikud paneelid sobivad Teile elektrienergia saamiseks, peate tutvuma teooriaga.

Mis on päikesepatarei, mille poolest paindlike mudelite ehitus teistest erineb? Samuti on väga oluline enne ostmist selgitada välja just seda tüüpi päikeseelementide eelised ja puudused.

Paindlike paneelide ehitus ja tööpõhimõtted

Päikesepatarei tööpõhimõte põhineb fotogalvaanikal. Teatavasti võib valgust vaadelda nii lainena kui ka osakeste – footonite – voona. Võime muundada footonite energia elektriks ongi fotogalvaanika.

Esimesed tänapäevaste päikesepatareide prototüübid leiutati juba 1950. aastatel. Sellest ajast alates on need oluliselt muutunud nii välimuselt kui ka tööpõhimõttelt. Fotoelektriline efekt sai võimalikuks tänu pooljuhtide kasutamisele.

Pooljuht on materjal, millel on eriline aatomiehitus. n-tüüpi pooljuhis on üleliigsed elektronid, p-tüüpi pooljuhi aatomites aga on neid puudu. Fotoelmentide valmistamiseks ühendatakse need kaks materjalitüüpi, moodustades kahekihilise konstruktsiooni.

Eraldi fotoelemendid ühendatakse paneelideks. Paneelid võivad olla jäigad, tugevas metallraamis. Praegu on suundumus fotopaneelide konstruktsiooni kergendamisele. Populaarsust koguvad paindlikud ja kerged päikeseelemendid.

Päikesepatarei tööpõhimõtet saab kirjeldada järgmiselt:

1. Päikesevalgus langeb fotoelemendi pinnale n-kihi küljelt.
2. Footonid põrkuvad pooljuhtide aatomitega, "lüües välja" liigseid elektrone.
3. Vabad elektronid liiguvad p-kihi suunas ja satuvad aatomitesse, millel on osakeste puudujääk.
4. Selle tulemusena toimib ülemine kiht katoodina ja alumine anoodina.
5. Tekib alalisvool, millega saab kergesti akut laadida.

Pooljuhina kasutatakse räni, seleeni ja veel paljusid kallimaid materjale.

Päikesepaneelilt saadav alalisvool tuleb muundada vahelduvvooluks, kuna enamik elektriseadmeid töötab just sellega.

Paindlike kilepäikesepatareide puhul kasutatakse ka polümeerpihustust koos alumiiniumjuhtmetega. Selline ehitus muudab paneelid hämmastavalt õhukesteks ja kergeteks.

See tehnoloogia on alles algusjärgus, kuid sellel on suured väljavaated, mis ei tekita kahtlust. Kuid me vaatleme paindlikke paneele selle määratluse laiemas tähenduses.

Päikesepaneelide tööpõhimõtete kohta saate täpsemalt lugeda, klõpsates lingil.

Paindlike päikeseelementide eelised

Paindlike päikesepaneelide eelised muudavad selle elektritootmismeetodi üheks kõige perspektiivikamaks:

• kaal;
• suurus;
• elastsus;
• tootlikkus;
• universaalsus;
• ökonoomsus;
• keskkonnasõbralikkus;
• kasutuslihtsus.

Paneelide geomeetrilised ja füüsikalised parameetrid, nagu mõõtmed ja kaal, on väga olulised, kuna terve elamu elektriga varustamiseks on vaja suurt hulka paneele. Raskemate mudelite kasutamisel võib tekkida vajadus tugevdada hoone konstruktsiooni, mis suurendab oluliselt paigalduskulusid.

Kerged ja kompaktsed paindlikud elemendid ei suuda oluliselt mõjutada koormuse jaotust hoone karkassil. Need ei kujuta endast ohtu katusekattele.

Räniakude tootlikkus on piisavalt kõrge. Kasutegurit on sel juhul raske hinnata, kuid pooljuhtidest paneelid suudavad muuta valgust elektriks keskmiselt 20% ulatuses.

See tähendab, et kui päikesekiirguse võimsus on 200 W, saadakse umbes 40 W elektrienergiat.

Paindlikud amorfsed päikesepaneelid taluvad pilves ilma palju paremini kui tavalised ränipõhised jäigad konstruktsioonid.

Võrdluseks: tavaline päikesepatarei suudab pilves ilmaga töötada vaid 10% oma võimsusest, samas kui paindlik paneel annab umbes 50% nimiväärtusest.

Päikesepatarei paindlikkus võimaldab sellega varustada ebatasase pinnaga katuseid, katusekivikatuseid ja keeruka kujuga katteid. Samas on nad piisavalt universaalsed, sobivad paigaldamiseks katusele või hoone fassaadile.

Päikesevalgus on tasuta ja piiramatu ressurss. See on selle vaieldamatu eelis, milles väljendub päikesepaneelide tingimusteta ökonoomsus.

Lisaks on selline energiatootmismeetod täiesti keskkonnasõbralik, ei mõjuta keskkonna seisundit ega kahjusta seda. Veelgi enam, loobudes populaarsest alternatiivist päikeseenergiale – soojuselektrijaamadest, vähendab inimkond atmosfääri saastetaset.

Paindlike päikesepaneelide puudused

Puudusi on paindlikel päikesepaneelidel samuti küllalt. Esiteks, see tehnoloogia alles areneb ega ole veel oma võimete tippu jõudnud. Tootlikkuselt jäävad paindlikud amorfsed akud alla jäikadele poli- või monokristallilistele.

Paindlike paneelide ehitus ja tööpõhimõte on üsna keerukad, kuid igaüks saab neid kasutada. Piisab, kui seadmed õigesti paigaldada ja ühendada.

Teiseks, õhuke foolium ja minimaalne pihustuskiht riknevad suhteliselt kiiresti. Selliste paneelide garantiiaeg on umbes 3 aastat.

Pärast seda hakkavad fotoelemendid järk-järgult purunema ja vajavad väljavahetamist.

Rõõmustab tõsiasi, et see tööstusharu areneb kiiresti ja juba ilmuvad vastupidavamad ja võimsamad painduvate päikesepaneelide eksemplarid, mis põhinevad amorfsel ränil.

Teised puudused on omased kõigile päikesepatareide tüüpidele:

• tasuvusaeg;
• kõrge hind;
• suur hulk kallist seadmeid lisaks patareidele endile;
• sõltuvus ilmastikutingimustest.

Painduv paneel võimsusega umbes 150 W maksab ligikaudu 400 € või rohkem, olenevalt tootjast. 20 paneeli, akukomplekt ja lisaseadmed maksavad märkimisväärse summa. Arvestades 1 kWh elektrienergia hinda, peate süsteemi tasuvuse eest hoolt kandma rohkem kui ühe aasta.

Kus ja kuidas päikeseenergiat kasutatakse?

Painduvaid paneele kasutatakse erinevates valdkondades. Enne kodu energiavarustuse projekti koostamist nende päikesepatareide abil selgitage, kus neid kasutatakse ja millised on nende kasutamise iseärasused meie kliimas.

Päikesepaneelide kasutusvaldkonnad

Painduvate päikesepatareide kasutusala on väga lai. Neid kasutatakse edukalt elektroonikas, hoonete elektrifitseerimisel, auto- ja lennunduses, kosmoseobjektidel.

Ehituses kasutatakse selliseid paneele elu- ja tööstushoonete elektriga varustamiseks.

Päikeseenergia võib olla ainus elektriallikas või dubleerida traditsioonilist elektrivarustusskeemi, et maja ei jääks teatud perioodil ebapiisava efektiivsuse korral vooluta.

Kaasaskantavad laadimisseadmed painduvate päikeseelementide baasil on kättesaadavad kõigile ja neid müüakse igal pool. Suured painduvad turismipaneelid elektri tootmiseks igas maailma nurgas on reisijate seas väga populaarsed.

Väga ebatavaline, kuid praktiline idee on kasutada painduvate patareide alusena teekatet. Spetsiaalsed elemendid on kaitstud löökide eest ega karda suuri koormusi.

Painduvad patareid on head ka selle poolest, et neid saab kasutada peaaegu igas olukorras. Neid saab hõlpsasti paigutada auto katusele või jahi kerele.

See idee on juba ellu viidud. Päikesetee varustab energiaga ümbruskonna külasid, võtmata maad ühegi meetri võrra juurde.

Paindlike amorfsete paneelide kasutamise eripärad

Need, kes kavatsevad hakata kasutama painduvaid päikesepaneele oma kodu elektrienergia allikana, peavad teadma nende kasutamise iseärasusi.

Päikesepaneelid painduva metallaluse leiavad rakendust seal, kus minielektrijaamade kulumiskindlusele esitatakse kõrgendatud nõuded:

Kõigepealt muretsevad kasutajad küsimuse pärast, mida teha talvel, kui päevavalgus on lühike ja elektrivõimsusest ei piisa kõigi seadmete toimimiseks?

Jah, pilvise ilma ja lühikese päevavalguse tingimustes paneelide jõudlus väheneb. Hea, kui on võimalus lülituda tsentraliseeritud elektrivarustusele. Kui seda pole, tuleb varuda akusid ja neid laadida päevadel, mil ilm on soodne.

Päikesepatareide huvitav omadus on see, et fotoelemendi kuumutamisel selle efektiivsus oluliselt väheneb.

Suvel paneelid kuumenevad, kuid töötavad halvemini. Talvel, päikeselisel päeval, suudavad fotoelemendid püüda rohkem valgust ja muuta selle energiaks.

Selgete päevade arv aastas sõltub piirkonnast. Loomulikult on lõuna pool painduvaid päikesepatareisid ratsionaalsem kasutada, kuna päike paistab seal kauem ja sagedamini.

Kuna Maa muudab päeva jooksul oma asendit Päikese suhtes, on parem paigutada paneelid universaalselt – st lõunaküljel umbes 35-40 kraadise nurga all. Selline asend on sobilik nii hommikustel ja õhtustel tundidel kui ka keskpäeval.

Päikesepaneelide katusele paigaldamise juhised

Kui olete otsustanud, et paindlikud päikesepatareid, mis põhinevad amorfsel ränil, on see, mida vajate eramaja elektriga varustamiseks, alustage tööde planeerimist.

Valige sobiv seadmed ja hinnake ligikaudne paneelide arv. Seejärel tutvuge päikesepatareide paigaldamise ja hilisema hoolduse reeglitega.

Kuid pidage meeles, et traditsiooniliste ränist polü- ja monokristalliliste analoogide kasutamine on seni palju produktiivsem.

Samm #1. Paneelide arvu arvutamine

Mis tahes tööd algavad projektist. Projekteerimiseks tuleb teha vajalikud arvutused, nimelt:

• ööpäevane elektritarbimine;
• fotoelementide summaarne vajalik võimsus;
• akude mahutavus;
• paneelide arv.

Kõige lihtsam on arvutada elektritarbimine. Selleks tuleb arvestada absoluutselt kõik elektriseadmed, mida te kasutate või teoreetiliselt kasutada saate.

Lihtne näide:

• külmik – 200 W;
• arvuti – 300 W;
• televiisor – 150 W;
• säästupirnid – 5 tükki, igaüks 20 W.

Iga seadme võimsus on kindlasti märgitud selle dokumentatsioonis või korpusel. Pärast kõigi andmete liitmist saame 750 W. Selle väärtuse põhjal valitakse inverter – seade, mis muundab alalisvoolu vahelduvvooluks vajaliku sagedusega.

Kindlasti tehke väike varu ja valige inverter, mis on 0,5 kW võimsam kui arvutuslik väärtus. See tähendab, et summaarse võimsuse 0,75 kW jaoks sobib seade, mis pole nõrgem kui 1,25 kW.

Õigeks ühendamiseks ühendatakse päikesepatareid akudega läbi kontrolleri. Ärge ajage kontakte segi – pluss plussiga, miinus miinusega. Akust suunatakse vool inverterisse ja seejärel – elektriseadmetesse.

Seejärel tuleb valida akud. Aku mahutavus (näiteks 200 Ah) näitab, millise tugevusega voolu antakse etteantud pinge juures ühe tunni jooksul.

Vajaliku mahutavuse saab arvutada, jagades tarbijate summaarse võimsuse päikesepatarei väljundpingega. Meie näites kasutame 12-voldiseid akusid. 750 / 12 = 62,5 Ah.

Kuid selline valem pole päris õige, kuna enamikku akusid ei saa tühjaks laadida 0-ni. On teatud piirang, näiteks 40%. Kui laetuse tase langeb alla selle, mõjutab see oluliselt aku eluiga ja töökvaliteeti.

See näitaja tuleb samuti valemisse lisada:

750 W / (12 V x 0,4) = 156,25 Ah.

Sellise mahutavuse saavutamiseks võib süsteemi ühendada 2 aku rühma, kumbki 100 Ah.

Paneelide arv arvutatakse valitud mudeli võimsuse ja piirkonna põhjal, kuhu need paigaldatakse. Piirkonna väärtust on raske ülehinnata. Ideaalis tuleks leida päikesekiirguse päevane tase teie asukohas. Usaldusväärsuse huvides võetakse aasta minimaalne väärtus, ligikaudu detsembri lõpus.

Insolatsiooni taset eri piirkondades saab skemaatiliselt kujutada. Arvväärtused leiate spetsiaalsetest teatmeteostest või internetist.

Korrutades selle näitaja kuu kalendripäevade arvuga, saame kilovattide arvu, mis langeb 1 m2 paindlikule päikesepatareile detsembris. Näiteks Moskvas on see 0,33х31=10,23 kW/m2 ja Sotšis – 1,25х31=38,75 kW/m2. Seda näitajat nimetatakse tipptundide arvuks.

Seejärel arvutame tinglikust maksimaalsest 0,75 kW-st, mida tarbivad kõik seadmed korraga, keskmise kuutarbimise – umbes 25 kW. Kuu jooksul peaksid meie paindlikud patareid tootma vähemalt 25 000 W, parem teha väike varu ja ümardada 30 kW-ni.

Järelikult peaks 1 tipptunni kohta Moskvas saama 30/10,23 = 2,93 kW. Kui valitud paneelide võimsus on 150 W, siis nende arvu arvutamine pole keeruline: 2,93/0,15 = 20 tükki.

Pärast selliseid lihtsaid arvutusi saate valida sobiva inverteri, kontrolleri, aku ja paindlikud fotoelektrilised paneelid vajalikus koguses.

Samm #2. Paigaldamise reeglid

Paindlike päikeseelementide paigaldamise saate teha ise.

Selleks tuleb otsustada, kuhu täpselt oma paneelid paigutate:

• hoone katusel;
• maja fassaadil;
• eraldi seisval konstruktsioonil;
• kombineeritud skeem.

Kõige populaarsem variant on katusel. Kui katuse kuju või konfiguratsioon seda ei võimalda, on parem ehitada lisaraam, millele patareid paigutada. See on kulukam, kuid kui katus on varjutatud või raskesti ligipääsetav, muutub see variant mõistlikuks.

Fassaadil paigutamist kasutatakse siis, kui katusel pole piisavalt ruumi. Paneelid võivad saada osa disainikontseptsioonist ja täita maja kaunistamise rolli.

Paindlikel päikese-fotoelektrilistel elementidel on alumisel küljel kleepuv vaigukiht.

Piisab kaitsekile eemaldamisest ja paneeli valitud kohta kleepimisest. Loomulikult tuleb enne paigaldamist pind puhastada ja pesta.

Paigaldamiseks pole vaja mingit spetsiaalset tööriista. Peamine on hoolitseda oma ohutuse eest katusel töötades. Samuti on väga oluline järgida seadmete ühendusskeemi ja mitte rikkuda järjestust.

Ühel küljel on päikesepatarei moodulil 2 väljastatud kaablit. Iga paneel paigutatakse nii, et neid juhtmeid saaks hiljem ühe siiniga ühendada jadamisi ühendamiseks.

Samuti soovitame lugeda meie teist materjali, kus on üksikasjalikult kirjeldatud päikesepatareide paigaldusskeeme ja ühendusviise. Täpsemalt – siin.

Samm #3. Süsteemi hooldus pärast paigaldamist

Pärast paindlike päikeseelementide paigaldamist tuleb neid pidevalt hooldada ja jälgida, muidu võib nende tõhusus järsult langeda. Peamine on hoida paneelid puhtad. Tolm, mustus, linnu väljaheited – kõik need tegurid vähendavad süsteemi jõudlust, kuna need piiravad päikesevalguse neeldumist fotoelementide poolt.

Päikesepatareisid tuleb puhastada vastavalt mustumisele. Just seetõttu ei soovitata neid paigutada raskesti ligipääsetavatesse kohtadesse keerulisel katusel.

Kui te ei saa oma süsteemi ise hooldada, võite alati leida vastava tehnika ja seadmetega teostaja. Loomulikult on see kallim.

Amorfsel ränil põhinevaid päikesepatareisid, nagu ka jäikaid analooge, saab pesta tavalise niiske käsna või mikrokangast lapiga. Paneel ei karda vett (see on ju varustus, mis paigaldatakse õue), kui neid regulaarselt pesta, peavad nad kauem vastu.

Veel üks meie piirkondades aktuaalne probleem on lumi. Talvel kaetakse patareid lumega ja nad lõpetavad töötamise. Sademeid tuleb pidevalt eemaldada, kuid mitte liiga jämedalt, muidu võib seadet kahjustada.

Järeldused ja kasulik video teemal

Videoklipid ja ülevaated, milles käsitletakse populaarsete tootjate paindlikke paneele, aitavad teha õige valiku. Näete, kuidas teie maja pärast seadmete paigaldamist välja näeb, spetsialistid aitavad valida vajaliku arvu patareisid ja vaatavad üle paigaldusreeglid.

Kuidas on paindlikud päikesepatareid üles ehitatud ja millest neid valmistatakse:

Paindlikku patareid saab paigaldada ka korteris kortermaja fassaadile, miks mitte:

Veel natuke paindlike elementide tootmisest ja eelistest:

Päikesepatareid võimaldavad saada energia sõltumatuks, mitte jälgida bensiini ja kommunaalteenuste hindu. Kui investeerite ühe korra teatud summa, saate piiramatult energiat tarbida kodumasinate, kodu kütmise ja elektriauto aku laadimise jaoks. Üha rohkem inimesi läheb üle alternatiivenergiale, sest tema taga on tulevik.

Kui teil on meie artikli teema kohta vajalikke teadmisi või kogemusi, palun jagage neid meie lugejatega. Või äkki olete ise päikesepatareisid paigaldanud? Rääkige, kuidas te seda tegite. Oma kommentaare võite täiendada fotodega.