Elastyczne panele słoneczne: przegląd typowych konstrukcji, ich charakterystyk i specyfiki podłączania

Energia słoneczna to jeden z najbardziej perspektywicznych i szybko rozwijających się alternatywnych źródeł energii elektrycznej. To nieograniczony zasób, który można wykorzystać w dowolnym miejscu na Ziemi, nie zanieczyszczając środowiska. Przyzna Pan/Pani, że dobrze byłoby mieć własne alternatywne źródło energii elektrycznej.

Okazuje się, że obecnie energię słoneczną można przekształcać w elektryczność bezpośrednio w domu. Zamiast nieporęcznych i kruchych paneli ramowych coraz częściej stosuje się elastyczne panele słoneczne. Ale jak to zrealizować w praktyce?

Pomożemy Państwu zrozumieć budowę elastycznych paneli słonecznych oraz zasadę ich działania. Przydatne zalecenia dotyczące wyboru i montażu konstrukcji przedstawiono w naszym artykule. A dla ułatwienia przyswajania informacji artykuł zawiera tematyczne zdjęcia i filmy.

Czym są panele słoneczne?

Aby zrozumieć, czy elastyczne panele nadają się dla Państwa do pozyskiwania energii elektrycznej, należy zapoznać się z teorią.

Czym jest panel słoneczny, czym różni się budowa modeli elastycznych od pozostałych? A także bardzo ważne jest, aby jeszcze przed zakupem poznać zalety i wady właśnie tego typu ogniw słonecznych.

Budowa i zasady działania elastycznych paneli

Zasada działania panelu słonecznego opiera się na pojęciu fotowoltaiki. Światło, jak wiadomo, może być rozpatrywane zarówno jako fala, jak i strumień cząstek – fotonów. Możliwość przekształcania energii fotonów w elektryczność to właśnie fotowoltaika.

Pierwsze prototypy współczesnych paneli słonecznych zostały wynalezione już w latach 50. XX wieku. Od tego czasu znacznie zmieniły się zarówno pod względem wyglądu, jak i zasady działania. Efekt fotoelektryczny stał się możliwy dzięki zastosowaniu półprzewodników.

Półprzewodnik to materiał o szczególnej budowie atomu. Półprzewodnik typu n ma nadmiar elektronów, natomiast atomom półprzewodnika typu p ich brakuje. Aby zbudować ogniwo fotowoltaiczne, łączy się oba typy materiałów, tworząc dwuwarstwową konstrukcję.

Poszczególne fotoogniwa łączy się w panele. Panele mogą być sztywne, w solidnej metalowej ramie. Obecnie obserwuje się tendencję do odciążania konstrukcji fotopanelów. Popularność zyskują elastyczne i lekkie ogniwa słoneczne.

Zasada działania panelu słonecznego można opisać następująco:

1. Światło słoneczne pada na powierzchnię fotoogniwa od strony warstwy n.
2. Fotony zderzają się z atomami półprzewodnika, «wybijając» nadmiarowe elektrony.
3. Swobodne elektrony przemieszczają się w kierunku warstwy p i trafiają do atomów z niedoborem cząstek.
4. W rezultacie górna warstwa pełni rolę katody, a dolna – anody.
5. Wytwarzany jest prąd stały, którym można łatwo naładować akumulator.

Jako półprzewodnik stosuje się krzem, selen oraz wiele innych, droższych materiałów.

Prąd stały uzyskiwany z panelu słonecznego musi zostać przekształcony w prąd zmienny, ponieważ większość urządzeń elektrycznych działa właśnie na nim.

W przypadku elastycznych cienkowarstwowych paneli słonecznych stosuje się również napylanie polimerowe z przewodnikami aluminiowymi. Taka struktura sprawia, że panele są niezwykle cienkie i lekkie.

Ta technologia dopiero zaczyna się rozwijać, ale to, że ma duże perspektywy, nie ulega wątpliwości. Rozpatrzymy jednak panele elastyczne w szerokim sensie tego określenia.

Bardziej szczegółowo o zasadach działania ogniw słonecznych można przeczytać, przechodząc pod linkiem.

Zalety elastycznych ogniw słonecznych

Zalety elastycznych paneli słonecznych czynią tę metodę wytwarzania energii elektrycznej jedną z najbardziej perspektywicznych:

• waga;
• rozmiar;
• elastyczność;
• wydajność;
• uniwersalność;
• ekonomiczność;
• ekologiczność;
• prostota eksploatacji.

Geometryczne i fizyczne parametry paneli, takie jak rozmiar i waga, mają duże znaczenie, ponieważ do zaopatrzenia całego domu mieszkalnego w energię elektryczną potrzebna będzie duża liczba paneli. Przy zastosowaniu ciężkich modeli może pojawić się konieczność wzmocnienia konstrukcji budynku, co znacznie zwiększy koszty instalacji.

Lekkie i kompaktowe elastyczne elementy nie będą w stanie znacząco wpłynąć na rozkład obciążenia na konstrukcję budynku. Nie stanowią one żadnego zagrożenia dla pokrycia dachu

Wydajność krzemowych baterii jest dość wysoka. Trudno ocenić współczynnik sprawności w tym przypadku, panele półprzewodnikowe są w stanie przekształcać światło w energię elektryczną średnio w 20%.

To znaczy, że jeśli moc promieniowania słonecznego wyniesie 200 W, uzyska się około 40 W energii elektrycznej.

Elastyczne amorficzne panele słoneczne są znacznie bardziej tolerancyjne na pochmurną pogodę niż zwykłe sztywne konstrukcje na bazie krzemu.

Dla porównania, standardowa bateria słoneczna w pochmurną pogodę jest w stanie pracować tylko z 10% swojej mocy, podczas gdy elastyczny panel oddaje około 50% wartości nominalnych.

Elastyczność baterii słonecznej pozwala wyposażyć w nią dachy o nierównej powierzchni, dachówkowe pokrycia, pokrycia o skomplikowanym kształcie. Są one przy tym dość uniwersalne, nadają się do montażu na dachu lub elewacji budynku

Światło słoneczne to zasób darmowy i nieograniczony. To jego niewątpliwa zaleta, w czym wyraża się bezwarunkowa ekonomiczność paneli słonecznych.

Ponadto taka metoda produkcji energii jest całkowicie ekologiczna, nie wpływa na stan środowiska ani mu nie szkodzi. Co więcej, rezygnując z popularnej alternatywy dla energii słonecznej – elektrowni cieplnych – ludzkość obniża poziom zanieczyszczenia atmosfery.

Wady paneli słonecznych typu elastycznego

Wad elastycznych paneli słonecznych też jest sporo. Po pierwsze, technologia ta dopiero się rozwija i jeszcze nie osiągnęła szczytu swoich możliwości. Pod względem wydajności elastyczne baterie amorficzne ustępują sztywnym poli- lub monokrystalicznym.

Budowa i zasada działania elastycznych paneli są dość skomplikowane, ale każdy będzie mógł z nich korzystać. Wystarczy prawidłowo zainstalować i podłączyć sprzęt.

Po drugie, cienka folia i minimalna warstwa napylania stosunkowo szybko ulegają awarii. Okres gwarancyjny takich paneli wynosi około 3 lat.

Po tym czasie ogniwa fotowoltaiczne zaczynają stopniowo psuć się i wymagać wymiany.

Cieszy fakt, że ta branża rozwija się błyskawicznie i pojawiają się już trwalsze i wydajniejsze egzemplarze elastycznych paneli słonecznych opartych na krzemie amorficznym.

Inne wady są wspólne dla wszystkich typów baterii słonecznych:

• długi okres zwrotu inwestycji;
• wysoki koszt;
• duża ilość kosztownego sprzętu, oprócz samych baterii;
• zależność od warunków pogodowych.

Elastyczny panel o mocy około 150 W kosztuje około 1600 zł lub więcej, w zależności od producenta. 20 baterii, zestaw akumulatorów i dodatkowy sprzęt będą kosztować okrągłą sumę. Biorąc pod uwagę koszt 1 kWh energii elektrycznej, zwrot inwestycji zajmie nie jeden rok.

Gdzie i jak wykorzystuje się energię słoneczną?

Przed opracowaniem projektu zaopatrzenia domu w energię za pomocą tych baterii słonecznych należy dowiedzieć się, gdzie są one stosowane i jakie są cechy ich użytkowania w naszym klimacie.

Obszar zastosowania paneli słonecznych

Zastosowanie elastycznych baterii słonecznych jest bardzo szerokie. Z powodzeniem są używane w elektronice, elektryfikacji budynków, motoryzacji i lotnictwie, a także w obiektach kosmicznych.

W budownictwie takie panele są wykorzystywane do zasilania budynków mieszkalnych i przemysłowych energią elektryczną.

Energia słoneczna może być jedynym źródłem elektryczności, ale może też uzupełniać tradycyjny schemat zasilania, aby w przypadku niewystarczającej wydajności w określonym okresie dom nie pozostał bez prądu.

Przenośne ładowarki oparte na elastycznych ogniwach słonecznych są dostępne dla każdego i sprzedawane wszędzie. Duże elastyczne panele turystyczne do pozyskiwania energii elektrycznej w dowolnym zakątku świata są bardzo popularne wśród podróżników.

Bardzo nietypowy, ale praktyczny pomysł – wykorzystanie nawierzchni drogowej jako podstawy dla elastycznych baterii. Specjalne elementy są odporne na uderzenia i nie boją się dużych obciążeń.

Elastyczne baterie są dobre również dlatego, że mogą być stosowane praktycznie w każdej sytuacji. Można je bez trudu umieścić na dachu samochodu lub kadłubie jachtu.

Ten pomysł został już zrealizowany. „Słoneczna” droga dostarcza energię okolicznym wioskom, nie zajmując przy tym ani jednego dodatkowego metra ziemi.

Specyfika stosowania elastycznych paneli amorficznych

Ci, którzy planują rozpocząć korzystanie z elastycznych paneli słonecznych jako źródła energii elektrycznej dla swojego domu, powinni poznać specyfikę ich eksploatacji.

Panele słoneczne z elastyczną metalową podstawą znajdują zastosowanie tam, gdzie stawiane są wyższe wymagania dotyczące odporności na zużycie mini-elektrowni:

Przede wszystkim użytkowników martwi pytanie, co robić zimą, gdy dzień jest krótki i prądu nie wystarczy do zasilania wszystkich urządzeń?

Tak, w warunkach pochmurnej pogody i krótkiego dnia wydajność paneli spada. Dobrze, gdy istnieje alternatywa w postaci możliwości przełączenia na scentralizowane zasilanie. Jeśli jej nie ma, trzeba zaopatrzyć się w akumulatory i ładować je w dni, gdy pogoda jest korzystna.

Ciekawa cecha paneli słonecznych polega na tym, że podczas nagrzewania ogniwa fotowoltaicznego jego wydajność znacznie spada.

W letnim upale panele nagrzewają się, ale działają gorzej. Zimą, w słoneczny dzień, ogniwa fotowoltaiczne są w stanie wychwycić większą ilość światła i przekształcić je w energię.

Liczba słonecznych dni w roku zależy od regionu. Oczywiście na południu korzystanie z elastycznych paneli jest bardziej racjonalne, ponieważ słońce świeci tam dłużej i częściej.

Ponieważ w ciągu dnia Ziemia zmienia swoje położenie względem Słońca, panele lepiej umieszczać uniwersalnie – to znaczy od strony południowej pod kątem około 35-40 stopni. Takie położenie będzie odpowiednie zarówno w godzinach porannych i wieczornych, jak i w południe.

Instrukcja montażu paneli słonecznych na dachu

Jeśli Państwo zdecydowali, że elastyczne panele słoneczne oparte na amorficznym krzemie są tym, czego potrzebują do zasilania domu jednorodzinnego, proszę przystąpić do planowania prac.

Proszę dobrać odpowiednie urządzenia i oszacować przybliżoną liczbę paneli. Następnie proszę zapoznać się z zasadami montażu i późniejszej konserwacji ogniw słonecznych.

Ale proszę pamiętać, że korzystanie z tradycyjnych krzemowych analogów poli- i monokrystalicznych jest na razie znacznie bardziej wydajne.

Krok 1. Obliczanie liczby paneli

Każde prace rozpoczynają się od projektu. Do projektowania należy wykonać niezbędne obliczenia, a mianowicie:

• dobowe zużycie energii elektrycznej;
• całkowitą wymaganą moc fotoogniw;
• pojemność akumulatorów;
• liczba paneli.

Najprościej jest obliczyć zużycie energii elektrycznej. W tym celu należy uwzględnić absolutnie wszystkie bez wyjątku urządzenia elektryczne, których Państwo używają lub teoretycznie mogą używać.

Prosty przykład:

• lodówka – 200 W;
• komputer – 300 W;
• telewizor – 150 W;
• żarówki energooszczędne – 5 sztuk po 20 W.

Moc każdego urządzenia jest koniecznie podana w jego dokumentacji lub na obudowie. Po zsumowaniu wszystkich danych otrzymujemy 750 W. Na podstawie tej wartości dobierany jest inwerter – urządzenie przekształcające prąd stały na przemienny o wymaganej częstotliwości.

Proszę koniecznie zrobić niewielki zapas i wybrać inwerter o 0,5 kW mocniejszy od wartości obliczeniowej. Czyli dla łącznej mocy 0,75 kW odpowiednie będzie urządzenie nie słabsze niż 1,25 kW

Dla prawidłowego podłączenia panele słoneczne łączy się z akumulatorami za pomocą kontrolera. Proszę nie pomylić styków – plus do plusa, minus do minusa. Z akumulatora prąd płynie do inwertera, a następnie – do urządzeń elektrycznych

Następnie należy dobrać akumulatory. Pojemność akumulatora (np. 200 Ah) wskazuje, jaki prąd będzie dostarczany przy danym napięciu w ciągu godziny.

Potrzebną pojemność można obliczyć, dzieląc łączną moc odbiorników przez napięcie wyjściowe panelu słonecznego. W naszym przykładzie używamy akumulatorów 12-woltowych. 750 /12 = 62,5 Ah.

Ale taka formuła nie jest do końca poprawna, ponieważ większości akumulatorów nie można rozładować do zera. Istnieje pewne ograniczenie, na przykład 40%. Jeśli poziom naładowania spadnie poniżej, znacząco wpływa to na żywotność i jakość pracy akumulatora.

Ten wskaźnik również należy dodać do wzoru:

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

Aby osiągnąć taką pojemność, można połączyć w system grupę 2 baterii o pojemności 100 Ah każda.

Liczba paneli jest obliczana na podstawie mocy wybranego modelu i regionu, w którym zostaną zainstalowane. Znaczenia regionu nie można przecenić. W idealnej sytuacji należy znaleźć wartości dziennego poziomu promieniowania słonecznego dla Państwa okolicy. Dla wiarygodności przyjmuje się minimalną wartość w roku, orientacyjnie – pod koniec grudnia.

Schematycznie poziom insolacji w różnych regionach można przedstawić w ten sposób. Wartości liczbowe można znaleźć w specjalistycznych podręcznikach lub w internecie.

Mnożąc ten wskaźnik przez liczbę dni kalendarzowych miesiąca, otrzymujemy liczbę kilowatów przypadającą na 1 m2 elastycznego panelu słonecznego w grudniu. Dla przykładu, w Moskwie jest to 0,33×31=10,23 kW/m2, a w Soczi – 1,25×31=38,75 kW/m2. Ten wskaźnik nazywany jest liczbą godzin szczytowych.

Następnie z umownych maksymalnych 0,75 kW pobieranych przez wszystkie urządzenia jednocześnie, obliczamy średnie miesięczne zużycie – około 25 kW. W ciągu miesiąca nasze elastyczne panele powinny wyprodukować nie mniej niż 25 000 W, a lepiej zrobić niewielki zapas i zaokrąglić do 30 kW.

W związku z tym, na 1 godzinę szczytową w Moskwie powinno przypadać 30/10,23 = 2,93 kW. Jeżeli wybrane panele mają moc 150 W, to obliczenie ich liczby nie jest trudne: 2,93/0,15 = 20 sztuk.

Po takich prostych obliczeniach będą Państwo w stanie dobrać odpowiedni inwerter, kontroler, akumulator i same elastyczne panele fotowoltaiczne w odpowiedniej liczbie.

Krok 2. Zasady montażu

Montaż elastycznych ogniw słonecznych może być wykonany przez Państwa samodzielnie.

W tym celu warto zdecydować, gdzie dokładnie Państwo umieścicie swoje panele:

• na dachu budynku;
• na elewacji domu;
• na wolnostojącej konstrukcji;
• schemat kombinowany.

Najpopularniejszym rozwiązaniem jest montaż na dachu. Jeśli kształt lub konfiguracja dachu na to nie pozwala, lepiej zbudować dodatkową ramę, na której umieścić panele. Jest to bardziej kosztowne, ale jeśli dach jest zacieniony lub trudno dostępny, to rozwiązanie staje się racjonalne.

Umieszczenie na elewacji stosuje się wtedy, gdy brakuje miejsca na dachu. Panele mogą stać się częścią koncepcji projektowej i pełnić rolę ozdoby domu.

Elastyczne ogniwa fotowoltaiczne od spodniej strony mają lepką żywiczną warstwę.

Wystarczy zdjąć folię ochronną i przykleić panel w wybranym miejscu. Oczywiście przed montażem powierzchnię należy oczyścić i umyć.

Żadne specjalistyczne narzędzia do montażu nie są potrzebne. Najważniejsze to zadbać o swoje bezpieczeństwo podczas pracy na dachu. Bardzo ważne jest również przestrzeganie schematu podłączenia urządzeń i nie naruszanie kolejności.

Z jednej strony moduł ogniwa słonecznego ma 2 wyprowadzone kable. Każdy panel jest umieszczony w taki sposób, aby te przewody można było później połączyć jedną magistralą do połączenia szeregowego.

Zalecamy również przeczytanie naszego innego materiału, w którym szczegółowo opisano schematy montażu i sposoby podłączania paneli słonecznych. Więcej – tutaj.

Krok 3. Konserwacja systemu po instalacji

Po instalacji elastycznych ogniw słonecznych trzeba będzie o nie stale dbać i monitorować, w przeciwnym razie ich wydajność może gwałtownie spaść. Najważniejsze jest utrzymywanie paneli w czystości. Kurz, brud, ptasie odchody – wszystkie te czynniki obniżają wydajność systemu, ponieważ ograniczają pochłanianie światła słonecznego przez fotoogniwa.

Panele słoneczne należy przecierać w miarę zabrudzenia. Dlatego nie zaleca się umieszczania ich w trudno dostępnych miejscach na skomplikowanych dachach.

Jeśli Państwa system nie może być serwisowany samodzielnie, zawsze można znaleźć wykonawcę z odpowiednim sprzętem i wyposażeniem. Oczywiście będzie to kosztować więcej.

Myć panele słoneczne na bazie krzemu amorficznego, podobnie jak sztywne odpowiedniki, można zwykłą wilgotną gąbką lub ściereczką z mikrofibry. Panel nie boi się wody (w końcu jest to sprzęt instalowany na zewnątrz), jeśli myje się je regularnie, posłużą dłużej.

Kolejny problem, aktualny dla naszych regionów – śnieg. W zimie panele są zasypywane śniegiem i przestają działać. Opady należy regularnie usuwać, ale nie zbyt agresywnie, w przeciwnym razie można uszkodzić samo urządzenie.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Filmy i przeglądy, w których omawiane są elastyczne panele popularnych producentów, pomogą dokonać właściwego wyboru. Będą Państwo mogli zobaczyć, jak będzie wyglądał Państwa dom po montażu sprzętu, specjaliści pomogą dobrać odpowiednią liczbę paneli i omówią zasady instalacji.

Jak zbudowane są elastyczne panele słoneczne i z czego są wykonane:

Elastyczny panel można zainstalować również w mieszkaniu na fasadzie wieżowca, dlaczego by nie:

Jeszcze trochę o produkcji i zaletach elastycznych ogniw:

Panele słoneczne dają możliwość stania się niezależnym energetycznie, bez monitorowania cen benzyny i usług komunalnych. Jeśli Państwo zainwestują określoną kwotę jednorazowo, będą Państwo mogli bez ograniczeń korzystać z energii do zasilania urządzeń gospodarstwa domowego, ogrzewania domu i ładowania akumulatora samochodu elektrycznego. Coraz więcej ludzi przechodzi na energię alternatywną, ponieważ za nią stoi przyszłość.

Jeśli Państwo posiadają niezbędną wiedzę lub doświadczenie w temacie naszego artykułu, prosimy podzielić się nimi z naszymi czytelnikami. A może zdarzyło się Państwu samodzielnie instalować panele słoneczne? Prosimy opowiedzieć, jak Państwo to robili. Swoje komentarze mogą Państwo uzupełniać zdjęciami.