Главным же минусом применения солнечной батареи обычно называют зависимость от ее питания – Солнца; именно поэтому (см. рис. 1.9…1.10) в системе альтернативного источника питания предусмотрена мощная АКБ, которая «отдает» ток в нагрузку в то время, когда солнечная энергия ослабевает, к примеру, ночью.
Немаловажным фактором является и то, что максимальная польза или коэффициент полезного действия (КПД) солнечной батарей имеет место быть тогда, когда солнечные лучи падают на поверхность фотоэлектрических элементов (ФЭЭ) под углом 90º, то есть перпендикулярно. В иных случаях (земля, как известно, постоянно вращается вокруг солнца) при изменении угла падения солнечных лучей и их отражения, эффективность батареи несколько снижается даже в самую солнечную погоду.
В ясную погоду на 1 м² земной поверхности в среднем падает 1000 Вт световой энергии солнца. В зависимости от местности участка земли солнечная энергия поступает неравномерно из-за облачности в пасмурную погоду, есть места, где солнце светит 320…350 дней в году, а есть такие места, где наблюдение солнце вообще считают за праздник.
Исходя из этого, необходимо рассчитать эффективность применения системы обеспечения питания в каждом конкретном случае.
В помощь этому в табл. 1.9 приведены сведения о поступлении солнечной радиации для некоторых городов России. Таблица построена по данным спутников NАSА (актуальность 2015 год).
Таблица 1.9. Примерная таблица солнечной активности (солнечной радиации), для некоторых городов
* К – коэффициент суммарной солнечной радиации по отношению к г. Москва.
На широте Москвы в течение ясного солнечного дня поступает около 3 кВт/час солнечной энергии на 1 м².
В табл. 1.10 представлены сведения о суммарной солнечной радиации применительно к широтам (по ней можно приблизительно высчитать солнечную энергию в других городах).
Таблица 1.10. Суммарная солнечная радиация на разных широтах
Учитывая эти факторы необычным (нетрадиционным) вариантом применения солнечной батареи может быть даже принудительный подогрев почвы или воды на приусадебном участке (при обеспечении ряда условий по монтажу и мощности нагревательных устройств)
1.4.5. Рекомендации по сборке и эксплуатации элементов и модулей солнечных батарей
• При покупке элементы проверяются на целостность (визуально трещины на элементах видны далеко не всегда). Исправный элемент должен обеспечивать в яркий, солнечный день, заявленный в паспортных данных ток короткого замыкания. Не бойтесь кратковременно замыкать элементы для проверки его целостности; с ним ничего не случится;
• Если в батарее, составленной из нескольких солнечных элементов, окажется всего один испорченный элемент, характеристика всей батареи ухудшается. Максимальный ток, который может дать батарея, состоящая из множества элементов подключенных последовательно, равен максимальному току наихудшего элемента в ее цепи;
• Оптимальным является использование разъемов в виде гнезд для вывода питания батареи;
• Герметизация батареи не только защищает ее от влаги, но и от засорения элементов пылью. Сильное засорение элементов может значительно снизить КПД всей батареи.
Внимание, важно!
Солнечные элементы весьма хрупки! При самостоятельном изготовлении и монтаже батарей следует соблюдать особую осторожность. В промышленных условиях пайка элементов производится раскаленной струей инертного газа, монтаж элементов дома производится посредством низковольтного паяльника с тонким жалом, мощностью не более 25 Вт.
Выводы
Интересно, что в течение первого года эксплуатации солнечные батареи теряют до 1,5 % своей первоначальной мощности из-за старения кремния. Если при изготовлении солнечной батареи был допущен брак, то он может «внезапно» обнаружиться даже через несколько лет после ее первоначальной проверки. Именно поэтому не стоит покупать «дешевые» солнечные батареи, потому, что они в результате могут оказаться очень дорогостоящими (скупой платит дважды и трижды), а также нет смысла покупать впрок (и хранить в консервации до поры до времени).
Тем не менее, мнений и соображений противников и сторонников солнечных батарей очень много, и, пожалуй, единственное, в чем все противоборствующие стороны солидарны, так это в том, что использование солнечной энергии для альтернативных источников питания устройств весьма оправдано и очень перспективно.
Большинство солнечных элементов в солнечных модулях сделаны из дорогостоящего кремния. Как следствие сегодня еще довольно высока стоимость производства электроэнергии, получаемых с помощью солнечных батарей. Однако, предполагается, что уже через 5…6 лет – энергоресурсы, добытые с помощью солнца, будут продаваться по цене на 50 % ниже добываемой при помощи угля, природного газа и даже ядерного топлива электроэнергии. Соответственно рынок производства, услуг монтажа и обслуживания (ремонта) и эксплуатации солнечных батарей имеет очень большие перспективы.
1.4.6. Виды солнечных элементов и их применение для автономного энергоснабжения в быту
Электронных устройств на основе фотоэлементов очень много. Причем миниатюрные фотоэлементы, такие, как будут рассмотрены далее, имеют относительно малую мощность и, соответственно, малую стоимость.
Однако, для составления солнечной батареи, посредством которой можно будет без проблем зарядить сотовый телефон, прослушать новости по радиоприемнику, побриться портативной бритвой (и сделать другие полезные дела) уместно применять недорогие фотоэлементы и даже составлять из них солнечные батареи небольшой мощности. Как один из примеров рассмотрим устройство фонарика с «солнечным» элементом.
«Камень» для дачи с элементом солнечной батареи
На рис. 1.14 представлен внешний вид светильника в виде камня.
Рис. 1.14. Внешний вид светильника с элементом EL44
На рис. 1.15 представлен вид внутри с печатной платой устройства контроля зарядки.
Рис. 1.15. Вид на печатную плату (с залитой микросхемой) устройства контроля зарядки и бокс для пальчикового аккумулятора типоразмера АА
Такой «экзотический» фонарь хорошо использовать на практике для подсветки в ночное время пальмы, стоящей рядом с окном. Получается красиво.
Простой метод усовершенствования устройств с солнечными элементами
На рис. 1.16 представлен внешний вид декоративного светильника с четырьмя последовательно включенными элементами RS5415.5, пальчиковым аккумулятором 1400 мА/ч и устройством контроля зарядки.
Рис. 1.16. Декоративный светильник с 4-мя последовательно включенными элементами RS5415.5
В быту встречаются и другие конструкции, отличающиеся по внешнему виду (к примеру, предназначенные для «втыкания» (вертикального крепления) непосредственно в землю на дачном участке). Предназначение у разного вида светильников может быть различным, емкость аккумуляторов и их тип (а также мощность солнечной батареи) отличается в зависимости от конструкции, но принцип действия у всех один.
При ясной погоде с большой солнечной активностью (днем) устройство, с помощью фотоэлементов солнечной батареи преобразует солнечную энергию в электрический ток, который заряжает маломощные аккумуляторы. При наступлении темноты естественная солнечная активность снижается, зарядка аккумуляторов прекращается.
Внутренняя схема «чувствует» наступление сумерек, и разрешает мерцание светового элемента, которым является светодиод оранжевого свечения. Конструктивно светодиод выполнен в трубке из матовой пластмассы так, что кажется, как будто внутри корпуса фонаря мерцает свеча.
На рис. 1.17 представлена конструкция матовой трубки в корпусе фонаря, в которой «спрятан» светодиод оранжевого свечения.
Рис. 1.17. Конструкция матовой трубки со светодиодом оранжевого свечения
Благодаря конструктивным особенностям корпуса, удачным эстетическим решениям, а также электронной схеме устройства, управляющей светодиодом хаотичными пачками импульсов, удалось получить эффект мерцания свечи.
Прогресс в области новых световых элементов необратим. В 2000-х годах ХХ века в продаже имелись специальные лампы (рассчитанные под патрон Е27 и напряжение осветительной сети 220 В), которые производили аналогичный эффект мерцающей свечи благодаря инертному (неоновому) газу в колбе лампы.
Сегодня такой же эффект без затруднений можно получить от светодиода.
Стоимость подобных фонарей – светильников невелика и колеблется от 100 до 500 рублей. В России и ближнем зарубежье подобные светильники продаются в отделах электротоваров, сувениров и гипермаркетах.
