Солнечные батареи: все про альтернативный источник энергии

Как работают солнечные батареи: принцип, устройство, материалы

Солнечные батареи считаются очень эффективным и экологически чистым источником электроэнергии. В последние десятилетия данная технология набирает популярность по всему миру, мотивируя многих людей переходить на дешевую возобновляемую энергию. Задача этого устройства заключается в преобразовании энергии световых лучей в электрический ток, который может использоваться для питания разнообразных бытовых и промышленных устройств.

Правительства многих стран выделяют колоссальные суммы бюджетных средств, спонсируя проекты, которые направлены на разработку солнечных электростанций. Некоторые города полностью используют электроэнергию, полученную от солнца. В России эти устройства часто используются для обеспечения электроэнергией загородных и частных домов в качестве отличной альтернативы услугам централизованного энергоснабжения. Стоит отметить, что принцип работы солнечных батарей для дома достаточно сложный. Далее рассмотрим подробнее, как работают солнечные батареи для дома подробно.

Немного истории

Первые попытки использования энергии солнца для получения электричества были предприняты еще в середине двадцатого века. Тогда ведущие страны мира предпринимали попытки строительства эффективных термальных электростанций. Концепция термальной электростанции подразумевает использование концентрированных солнечных лучей для нагревания воды до состояния пара, который, в свою очередь, вращал турбины электрического генератора.

Поскольку, в такой электростанции использовалось понятие трансформации энергии, их эффективность была минимальной. Современные устройства напрямую преобразуют солнечные лучи в ток благодаря понятию фотоэлектрический эффект.

Современный принцип работы солнечной батареи был открыт еще в 1839 году физиком по имени Александр Беккерель. В 1873 году был изобретен первый полупроводник, который сделал возможным реализовать принцип работы солнечной батареи на практике.

Принцип работы

Как было сказано раньше, принцип работы заключается в эффекте полупроводников. Кремний является одним из самых эффективных полупроводников, из известных человечеству на данный момент.

При нагревании фотоэлемента (верхней кремниевой пластины блока преобразователя) электроны из атомов кремния высвобождаются, после чего их захватывают атомы нижней пластины. Согласно законам физики, электроны стремятся вернуться в свое первоначальное положение. Соответственно, с нижней пластины электроны двигаются по проводникам (соединительным проводам), отдавая свою энергию на зарядку аккумуляторов и возвращаясь в верхнюю пластину.

Эффективность фотоэлементов, созданных при помощи монокристаллического метода нанесения кремния, является существенно выше, поскольку в такой ситуации кристаллы кремния имеют меньше граней, что позволяет электронам двигаться прямолинейно.

Устройство

Конструкция солнечной батареи очень проста.

Основу конструкции устройства составляют:

корпус панели;
блоки преобразования;
аккумуляторы;
дополнительные устройства.

Корпус выполняет исключительно функцию скрепления конструкции, не имея больше никакой практической пользы.

Основными элементами являются блоки преобразователей. Это и есть фотоэлемент, состоящий из материала-полупроводника, которым является кремний. Можно сказать, что состоят солнечные батареи, устройство и принцип работы которых всегда одинаковый, из каркаса и двух тонких слоев кремния, который может быть нанесен на поверхность, как монокристаллическим, так и поликристаллическим методом.

От метода нанесения кремния зависит стоимость батареи, а также ее эффективность. Если кремний наносится монокристаллическим способом, то эффективность батареи будет максимально высокой, как и стоимость.

Если говорить о том, как работает солнечная батарея, то не нужно забывать об аккумуляторах. Как правило, используется два аккумулятора. Один является основным, второй — резервным. Основной накапливает электроэнергию, сразу же направляя ее в электрическую сеть. Второй накапливает избыточную электроэнергию, после чего направляет ее в сеть, когда напряжение падает.

Среди дополнительных устройств можно выделить контроллеры, которые отвечают за распределение электроэнергии в сети и между аккумуляторами. Как правило, они работают по принципу простого реостата.

Очень важными элементами солнечной назвать диоды. Данный элемент устанавливается на каждую четвертую часть блока преобразователей, защищая конструкцию от перегрева из-за избыточного напряжения. Если диоды не установлены, то есть большая вероятность, что после первого дождя система выйдет из строя.

Как подключается

Как было сказано раньше, устройство солнечной батареи достаточно сложное. Правильная схема солнечной батареи поможет добиться максимальной эффективности. Подключать блоки преобразователей необходимо при помощи параллельно-последовательного способа, что позволит получить оптимальную мощность и максимально эффективное напряжение в электрической сети.

Разновидности солнечных батарей

Существует несколько разновидностей фотоэлементов для солнечных батарей, которые отличаются между собой строением кристаллов кремния.

Выделяют три вида фотоэлементов:

поликристаллические;
монокристаллические;
аморфные.

Первый вид панелей является более дешевым, но менее эффективным, поскольку, если кремний нанесен поликристаллическим способом, то электроны не могут двигаться прямолинейно.

Монокристаллические фотоэлементы отличаются максимальным КПД, который достигает 25 %. Стоимость таких батарей выше, но для получения 1 киловатта нужна существенно меньшая площадь фотоэлементов, чем при использовании поликристаллических панелей.

Из аморфного кремния изготавливают гибкие фотоэлементы, но их КПД самый низкий и составляет 4-6 %.

Преимущества и недостатки

Основные преимущества солнечных батарей:

солнечная энергия абсолютно бесплатная;
позволяют получать экологически чистую электроэнергию;
быстро окупаются;
простая установка и принцип работы.

большая стоимость;
для удовлетворения потребностей небольшой семьи в электроэнергии нужна достаточно большая площадь фотоэлементов;
эффективность существенно падает в облачную погоду.

Как добиться максимальной эффективности

При покупке солнечных батарей для дома очень важно подобрать конструкцию, которая сможет обеспечить жилище электроэнергией достаточной мощности. Считается, что эффективность солнечных батарей в пасмурную погоду составляет приблизительно 40 Вт на 1 квадратный метр за час. В действительности, в облачную погоду мощность света на уровне земли составляет приблизительно 200 Вт на квадратный метр, но 40 % солнечного света – это инфракрасное излучение, к которому солнечные батареи не восприимчивы. Также стоит учитывать, что КПД батареи редко превышает 25 %.

Иногда энергия от интенсивного солнечного света может достигать 500 Вт на квадратный метр, но при расчетах стоит учитывать минимальные показатели, что позволит сделать систему автономного электроснабжения бесперебойной.

Каждый день солнце светит в среднем по 9 часов, если брать среднегодовой показатель. За один день квадратный метр поверхности преобразователя способен выработать 1 киловатт электроэнергии. Если за сутки жильцами дома израсходуется приблизительно 20 киловатт электроэнергии, то минимальная площадь солнечных панелей должна составлять приблизительно 40 квадратных метров.

Однако, такой показатель потребления электроэнергии на практике встречается редко. Как правило, жильцы израсходуют до 10 кВТ в сутки.

Если говорить о том, работают ли солнечные батареи зимой, то стоит помнить, что в данную пору года сильно снижается длительность светового дня, но, если обеспечить систему мощными аккумуляторами, то получаемой за день энергии должно быть достаточно с учетом наличия резервного аккумулятора.

При подборе солнечной батареи очень важно обращать внимание на емкость аккумуляторов. Если нужны солнечные батареи работающие ночью, то емкость резервного аккумулятора играет ключевую роль. Также устройство должно отличаться стойкостью к частой перезарядке.

Несмотря на тот факт, что стоимость установки солнечных батарей может превысить 1 миллион рублей, затраты окупятся уже в течении нескольких лет, поскольку энергия солнца абсолютно бесплатна.

Видео

Как устроена солнечная батарея, расскажет наше видео.

Бесплатные киловатты: как выбрать солнечную батарею для дома?

Если вы живете в одном из южных регионов России, солнечные батареи могут заметно сократить расходы на покупку электричества. Какие выбрать для безотказной работы?

Хорошая солнечная батарея — это дополнительный альтернативный источник энергии, позволяющий запитать несколько электроприборов или даже целую систему отопления. Но как выбрать подходящую солнечную батарею для частного дома? Мы расскажем, какими бывают солнечные панели и какую выгоднее купить. Также приведем рейтинг солнечных батарей на 2020 год.

К сожалению, в России до сих пор нет «зеленого тарифа», который позволяет продавать государству энергию солнца, поэтому зарабатывать на солнечных батареях не получится. А вот немного сэкономить и иметь «подушку безопасности» при отключении электричества вполне возможно. Для полноценной работы солнечных батарей помимо панелей потребуется аккумулятор, контроллер, инверторный преобразователь тока, клеммы и крепежные элементы. Начнем с главного — с панелей.

Виды кремниевых солнечных батарей

Поликристаллические

КПД поликристаллических солнечных батарей составляет в среднем 12 — 18%, в то время, как у монокристаллических КПД достигает 22%. Однако учитывая меньшую цену, можно приобрести чуть больше панелей и получить тот же «выхлоп» за те же деньги, что и у монокристаллов. Такое возможно только в случае, когда есть много места на крыше. Также поликристаллы отличаются от монокристаллов неоднородностью цветовой гаммы.

Сколько стоят поликристаллические солнечные батареи? В среднем 3500 рублей за 100 Вт (многое зависит от производителя). Одной из самых недорогих поликристаллических батарей является Восток Pro ФСМ 150 П мощностью 150 Вт.

Монокристаллические

Благодаря такой особенности при одинаковых размерах монокристаллические преобразуют больше солнечной энергии, чем поликристаллические. Какие лучше солнечные батареи: поликристаллические или монокристаллические? Все упирается в бюджет. Если есть возможность потратить чуть больше, тогда стоит купить монокристаллы, у которых окупаемость быстрее. Также монокристаллические батареи будут предпочтительнее, если площадь крыши относительно невелика. Средний срок «жизни» составляет 25 лет.

Если же хотите сэкономить и солнечная батарея вам нужна только, чтобы запитать холодильник или насосную станцию на даче, тогда можно взять поликристаллическую модель.

Аморфные

Аморфные батареи состоят из кремниеводорода (SiH4), который получают путем действия электрического тока на кремний. В результате этого кремний испаряется, а затем тонким слоем оседает на подложку.

КПД у аморфных панелей примерно такой же, как у поликристаллических. Однако у аморфных моделей есть некоторые преимущества. Например, они могут вырабатывать электроэнергию даже в пасмурную погоду, дождь, когда в воздухе высокая концентрация пыли или во время заката/рассвета.

По цене они немного дороже поликристаллических, но в продаже их найти непросто. Если вы живете в регионе, где часто идут дожди и мало солнечных дней, аморфные панели придутся кстати. А если солнца достаточно, лучше взять поликристаллические или монокристаллические батареи.

Пленочные батареи

Однако пленочные солнечные батареи имеют относительно небольшую мощность и их проще повредить механическими воздействиями. Их КПД составляет всего 10%, что гораздо меньше, чем даже у поликристаллических модулей. Но благодаря своей невысокой цене пленочные батареи имеют свою аудиторию.

Какую взять: переносную или стационарную солнечную батарею?

Как выбрать солнечную батарею по конструктивному исполнению? Существуют стационарные и переносные модели. Стационарные солнечные панели предназначены для монтажа на крышу дома или гаража. Они имеют немалый вес и не предназначены для перемещения. Стационарную батарею стоит купить, если необходимо запитать дом или дачу.

Переносные складные панели удобны для походов. Если нужно подзарядить телефон или планшет, подключить походный холодильник или телевизор. Некоторые, как например, ФСМ-7МТ, имеют складную конструкцию и превращаются в небольшую сумочку. Они имеют USB-порт для подключения зарядки телефона или планшета. Вес такого устройства всего 300 гр, поэтому его можно свободно носить в рюкзаке.

Существуют мощные складные панели до 150 Вт. Такие панели подходят для палаточных городков или кемпинга на долгих стоянках. Как и мобильные модули они также имеют складную конструкцию – правда, в рюкзак уже не поместятся. Одной из таких хороших складных солнечных батарей является двухпанельный модуль Woodland Sun House мощностью 120 Вт. Длина такой панели в разложенном состоянии составляет 128 см. Производитель предусмотрел для нее специальную сумку для транспортировки, куда солнечная панель помещается в сложенном состоянии.

Так какую солнечную батарею все-таки лучше взять: стационарную или переносную? Если нужно запитать дом, то однозначно стационарную соответствующей мощности. Для походов в лес и долгих стоянок лучше взять складную модель. А для мобильного телефона или планшета небольшую панель в виде сумки.

Какой мощности взять солнечную батарею?

Здесь также все зависит от потребностей пользователя. Для автономного снабжения электроэнергией целого дома нет смысла брать меньше 1000 Вт. А если нужно запитать систему отопления на даче, теоретически нужен комплект мощностью до 10 кВт. Однако стоит помнить, что такая солнечная панель будет стоить немалых денег. Только одни солнечные модули (даже самые недорогие без контроллера, инвертора и других комплектующих) мощностью 10 кВт будут стоить не менее 300 000 рублей. Поэтому такие батареи можно рассматривать как дополнительный источник энергии, но не основной.

Если вам нужна солнечная батарея для дачи, чтоб работал холодильник и телевизор, тогда хватит панели мощностью 500 Вт. Например, можно взять два солнечных поликристаллических модуля One-Sun 250P, которые обойдутся вам всего в 16 500 рублей.

Если же вы никогда не пользовались солнечными батареями, то рекомендуем купить небольшую складную панель небольшой мощности для телефона или планшета.

Лучшие солнечные батареи для туристов

SW-H05

Это самая бюджетная из нашей подборки солнечная батарея, позволяющая заряжать телефоны, планшеты, электронные книги и другую технику. Однако стоит учесть, что ток заряда здесь всего 1 А, поэтому заряжаться будет устройство долго.

Эта солнечная панель представляет собой пластину с четырьмя кольцами на углах, с помощью которых можно закрепить ее на дереве или рюкзаке. Подходит для зарядки мобильных устройств на рыбалке, охоте или в автомобиле.

Goal Zero Nomad 7 Plus

Компактная туристическая панель оснащена монокристаллическим модулем мощностью 7 Вт. Она «одета» в герметичный корпус, который не боится дождя, снега и даже падения в реку. Устройство оснащено двумя USB разъемами: стандартным и для фирменного зарядного устройства Guide 10 Plus.

У солнечной батареи есть сетчатый карман, в который можно складывать заряжаемые устройства. Также конструкция оснащена петлями, которые крепятся на рюкзак, батарея может заряжаться прямо на рюкзаке. Здесь есть индикатор интенсивности заряда. Она показывает, насколько хорошо солнечные лучи попадают на панель.

ФСМ 14-МТ

Солнечная батарея состоит из 4 монокристаллических модулей общей мощностью 14 Вт. Максимальный ток заряда составляет 2,5 А. Она складывается в обычную сумку, которую можно положить в багажник автомобиля, велосипеда или положить в рюкзак.

КПД данного устройства составляет 18 % при условии попадания прямых солнечных лучей. Весит прибор всего 850 гр.

Topray Solar TPS-102-15

Это недорогая автомобильная солнечная батарея для зарядки аккумулятора. Если в дороге аккумулятор внезапно разрядился (хотя такого лучше не допускать), данная солнечная панель позволит его зарядить. Общая мощность батареи составляет 15 Вт.

В комплекте с устройством сразу идут зажимы-крокодилы для аккумулятора и переходник под прикуриватель. Помимо автомобильного аккумулятора также можно заряжать электронные устройства.

Bio Lite Solar Panel 10+

Эта солнечная батарея представляет собой совокупность солнечного модуля и Power Bank емкостью 3000 мА*ч. С помощью нее можно зарядить различные гаджеты, причем заряжает она довольно быстро. Здесь два разъема: USB и microUSB.

Металлическая скоба, которой оборудована конструкция панели, позволяет выставить батарею на подставку. Правда стоит учесть, что панель монокристаллическая, а не аморфная, поэтому в пасмурную погоду она заряжаться не будет.

Солнечные батареи: как это работает

Поделитесь в соцсетях:

Нажмите, чтобы поделиться на Twitter (Открывается в новом окне)
Нажмите здесь, чтобы поделиться контентом на Facebook. (Открывается в новом окне)
Нажмите, чтобы поделиться на LinkedIn (Открывается в новом окне)
Нажмите, чтобы поделиться записями на Pocket (Открывается в новом окне)
Нажмите, чтобы поделиться в Telegram (Открывается в новом окне)

Солнечные батареи уже сейчас используются для питания самой разнообразной техники: от мобильных гаджетов до электромобилей. Как устроены, какими бывают и на что способны современные солнечные батареи, вы узнаете из этой статьи.

История создания

Так исторически сложилось, что солнечные батареи – это уже вторая попытка человечества обуздать безграничную энергию Солнца и заставить ее работать себе на благо. Первыми появились солнечные коллекторы (солнечные термальные электростанции), в которых электричество вырабатывает нагретая до температуры кипения под сконцентрированными солнечными лучами вода.

Солнечная термальная электростанция в испанском городе Севилья

Солнечные же батареи производят непосредственно электричество, что намного эффективнее. При прямой трансформации теряется значительно меньше энергии, чем при многоступенчатой, как у коллекторов (концентрация солнечных лучей, нагрев воды и выделение пара, вращение паровой турбины и только в конце выработка электричества генератором).

Современные солнечные батареи состоят из цепи фотоэлементов – полупроводниковых устройств, преобразующих солнечную энергию напрямую в электрический ток. Процесс преобразования энергии солнца в электрической ток называется фотоэлектрическим эффектом.

Данное явление открыл французский физик Александр Эдмон Беккерель в середине XIX века. Первый же действующий фотоэлемент спустя полвека создал русский ученый Александр Столетов. А уже в двадцатом столетии фотоэлектрический эффект количественно описал не требующий представления Альберт Эйнштейн.

Беккерель, Столетов и Эйнштейн – именно этому «трио» ученых мы обязаны созданием солнечных батарей

Принцип работы

Полупроводник – это такой материал, в атомах которого либо есть лишние электроны (n-тип), либо наоборот, их не хватает (p-тип). Соответственно, полупроводниковый фотоэлемент состоит из двух слоев с разной проводимостью. В качестве катода используется n-слой, а в качестве анода – p-слой.

Лишние электроны из n-слоя могут покидать свои атомы, тогда как p-слой эти электроны захватывает. Именно лучи света «выбивают» электроны из атомов n-слоя, после чего они летят в p-слой занимать пустующие места. Таким способом электроны бегут по кругу, выходя из p-слоя, проходя через нагрузку (в данном случае аккумулятор) и возвращаясь в n-слой.

Схема работы фотоэлемента

Первым в истории фотоэлектрическим материалом был селен. Именно с его помощью производили фотоэлементы в конце XIX и начале XX веков. Но учитывая крайне малый КПД (менее 1 процента), селену сразу же начали искать замену.

Массовое же производство солнечных батарей стало возможным после того как телекоммуникационная компания Bell Telephone разработала фотоэлемент на основе кремния. Он до сих пор остается самым распространенным материалом в производстве солнечных батарей. Правда, очистка кремния – процесс крайне затратный, а потому мало-помалу пробуются альтернативы: соединения меди, индия, галлия и кадмия.

Селен – исторически первый, а кремний – самый массовый материал в производстве фотоэлементов

Понятное дело, что мощности отдельных фотоэлементов недостаточно, чтобы питать мощные электроприборы. Поэтому их объединяют в электрическую цепь, тем самым формируя солнечную батарею (другое название – солнечная панель).

На каркас солнечной батареи фотоэлементы крепятся таким образом, чтобы их в случае выхода из строя можно было заменять по одному. Для защиты от воздействия внешних факторов всю конструкцию покрывают прочным пластиком или закаленным стеклом.

Мобильный телефон Samsung E1107 оснащен солнечной батареей

Существующие разновидности

Классифицируются солнечные батареи по мощности вырабатываемого электричества, которая зависит от площади панели и ее конструкции. Мощность потока солнечных лучей на экваторе достигает 1 кВт, тогда как в наших краях в облачную погоду она может опускаться ниже 100 Вт. В качестве примера возьмем средний показатель (500 Вт) и в дальнейших расчетах будем отталкиваться от него.

Наручные часы Citizen Eco-Drive с солнечной батареей вместо циферблата

Самым низким коэффициентом фотоэлектрического преобразования обладают аморфные, фотохимические и органические фотоэлементы. У первых двух типов он равен примерно 10 процентам, а у последнего – всего лишь 5 процентам. Это означает, что при мощности солнечного потока в 500 Вт солнечная панель площадью один квадратный метр будет вырабатывать соответственно 50 и 25 Вт электроэнергии.

Монтаж солнечных панелей на крыше жилого дома

В противовес вышеупомянутым типам фотоэлементов выступают солнечные батареи на основе кремниевых полупроводников. Коэффициент фотоэлектрического преобразования на уровне 20%, а при благоприятных условиях — и 25% для них привычное дело. Как результат, мощность метровой солнечной панели может достигать 125 Вт.

Гоночный электромобиль Honda Dream на солнечных батареях появился еще в 1996 г.

Конкурировать по мощности с кремниевыми солнечными батареями способны разве что решения на основе арсенида галлия. Используя это соединение, инженеры научились создавать многослойные фотоэлементы с КФП свыше 30% (до 150 Вт электричества с квадратного метра).

Портативная солнечная панель Solarland мощностью 130 Вт и стоимостью $860

Если же говорить о площади солнечных батарей, то существуют как миниатюрные «пластинки» мощностью до 10 Вт (для частой транспортировки), так и широченные «листы» на 200 Вт и более (сугубо для стационарного использования).

Беспилотный самолет, разработанный NASA Ames Research Center, способен на солнечной энергии пролететь от восточного побережья США до западного

На работу солнечных батарей может негативно влиять ряд факторов. К примеру, с ростом температуры снижается КФП фотоэлементов. Это при том, что солнечные батареи как раз-то и устанавливают в жарких солнечных странах. Получается своеобразная палка о двух концах.

Солнечную батарею Voltaic можно носить у себя за спиной

А если затемнить часть солнечной панели, то неактивные фотоэлементы не только прекращают вырабатывать электричество, но и становятся дополнительной, зловредной нагрузкой.

«Солнечное дерево – культурный и одновременно научный символ австрийского городка Глайсдорф

Крупнейшие производители

Лидерами глобального производства солнечных батарей являются компании Suntech, Yingli, Trina Solar, First Solar и Sharp Solar. Первые три представляют Китай, четвертая – США, а пятая, как нетрудно догадаться, является подразделением японской корпорации Sharp.

Гольфкар на солнечных батареях – бесшумное и экологически чистое средство передвижения

Американская компания First Solar не только производит солнечные батареи, но и принимает непосредственное участие в проектировании и строительстве солнечных электростанций. Мощнейшая в мире СЭС Агуа-Калиенте, которая находится в штате Аризона, США – дело рук инженеров First Solar.

Крупнейшую же украинскую СЭС «Перово» строила и снабжала солнечными панелями австрийская компания Activ Solar.

Китайская же компания Suntech прославилась тем, что готовила к летней Олимпиаде-2008 футбольный стадион под названием «Птичье гнездо» в Пекине. Вырабатываемая на протяжении дня с помощью солнечных батарей электроэнергия аккумулируется, а затем используется для освещения стадиона, полива травы на футбольном поле и работы телекоммуникационного оборудования.

Национальный стадион в Пекине густо усеян солнечными батареями производства Suntech

Выводы

Еще два десятилетия назад диковинкой казались микрокалькуляторы с фотоэлементами, что позволяло не менять в них «батарейку-таблетку» годами. Сейчас же мобильные телефоны со встроенной в заднюю крышку солнечной панелью никого не удивляют. А ведь это мелочь в сравнении с автомобилями и самолетами (пусть и беспилотными), которые научились передвигаться при помощи одной лишь солнечной энергии.

Будущее солнечных батарей видится точно таким же светлым, как само солнце. Хочется верить, что именно солнечные батареи позволят наконец-то вылечить смартфоны и планшеты от «розеткозависимости».

Перспективы использования солнечной черепицы: преимущества и недостатки технологии

Дата публикации: 10 мая 2019

Из чего состоит солнечная черепица
Преимущества и недостатки
Особенности монтажа
Сравнение компаний, изготавливающих солнечную черепицу

Фотогальваническая черепица — достойная замена громоздким солнечным батареям. Альтернативный вид кровли выпускают фирмы Tesla, Certainteed, SolteQ.

Из чего состоит солнечная черепица

Фотогальваническая черепица, называемая также солнечной, — это вид кровли, преобразующий энергию солнца. Лист состоит из битума, на который крепятся фотогальванические ячейки. Сверху на материал наносится в 2–3 слоя аморфный кремний для создания антибликового эффекта. Элементы соединяются диодами с выведенным кабелями, которые покрыты полимером для защиты от агрессивных внешних факторов.

Плюс гибкого материала: возможность установить на крышу любой формы. Пластины при необходимости ставятся под наклоном. При этом черепица с фотоэлементами сочетается с гонтами и другими кровельными материалами. При установке применяется комплексный подход: солнечная сторона крыши покрывается фоточерепицей, затемненная — обычным покрытием, которое выглядит идентично и не портит внешнего вида здания.

Преимущества и недостатки

Выбирая подходящий вид кровли, важно учесть такие факторы: прочность, экономическая выгода, возможность установки. Новый вид кровли имеет следующие плюсы и минусы:

Преимущества	Недостатки
Высокая прочность: черепица с фотоэлементами выдерживает вес человека, не разрушается под действием дождя, града	Высокая стоимость
Простая процедура монтажа	Зависимость от климатических условий: выгодно использовать только в средних широтах
Легкость эксплуатации: черепицу редко нужно ремонтировать	Понижение эффективности во все сезоны, за исключением летних месяцев
Солнечные лучи не слепят, отражаясь от фотогальванических элементов	Невозможность использовать, если дом расположен в тени
Хороший коэффициент полезного действия при любых погодных условиях	Ограниченность выбора: производством занимается малое количество компаний

Солнечная панель на черепице из битума выигрывает у батарей по техническим параметрам. Низкий спрос на продукцию спровоцирован высокой ценой. В дальнейшем, по прогнозам экспертов, спрос на солнечную черепицу будет возрастать, рынок расширятся, а технологии совершенствоваться. Альтернативные способы выработки энергии набирают популярность и на пространстве СНГ.

Особенности монтажа

Для установки черепицы и солнечных батарей необходимо нанять кровельщика. Монтаж фотогальванических пластин занимает столько же времени, сколько и укладка обычной кровли.

Дополнительно черепицу нужно подключить к электросети. Для проверки обязательно вызывается электрик. Хотя установка несложная, самостоятельно и без ошибок покрыть крышу фотогальваническими пластинами сложно: можно ошибиться из-за большого количества соединений.

Сравнение компаний, изготавливающих солнечную черепицу

Солнечную черепицу изготавливают компании:

Sunrise Solar Solution;
Tesla;
Apollo II от Certainteed;
Powerhouse 3.0 от RGS;
SolteQ.

Выбирая альтернативный источник питания, нужно учитывать 2 параметра: мощность и стоимость за 1 кв. м. Сравнительная таблица ведущих компаний:

Компания производитель	Мощность, Вт/пик/кв.м	Стоимость с установкой. € на кв. м.
SolteQ	208	390
Tesla	48,5	217,5
Certainteed	60	294

Чтобы сравнить цены компаний, мощность можно привести к одному показателю: цена материала SolteQ при мощности 48,5 Вт/пик/кв.м — 90,94 евро за кв. м. Стоимость кровли от Tesla при мощности 208 Вт/пик/кв.м равнялась бы 932,78. То есть, компания SolteQ выигрывает по параметрам стоимости и мощности, дополнительный плюс — генерация тепловой энергии.

Солнечная черепица от Certainteed уступает в эффективности продукции Tesla, SolteQ на 5–6%, так как из-за нарушенного круговорота воздуха под панелями фотогальванические части подвергаются воздействию повышенных температур. Sunrise Solar активно занимается разработками и вскоре выпустит на рынок фотопластины с мощностью 55, 105 Вт. Дополнительный плюс — в 2 раза меньше проводки, чем в пластинах от других компаний.

Luma Solar выпускает фотопластины с высокой эффективностью — преобразуется до 20–21% энергии Солнца, благодаря решенной проблеме циркуляции воздушных масс. Показатель у Powerhouse 3.0 от RGS — 17,1%. Разработкой фотогальванических покрытий также планирует заняться фирма Sunflare.

Проанализировав рынок, можно сделать вывод: наиболее выгодное предложение поступает от компании SolteQ. Технология все еще находится на стадии активной разработки и резкого снижения цен, по прогнозам экспертов, в ближайшие 2-3 года не предвидится. Для массового внедрения солнечной кровли требуются государственные субсидии, льготы для частных лиц, использующих альтернативные способы выработки электроэнергии.

Обеспечиваем корректную и стабильную работу солнечных батарей
Cолнечные батареи — одежда для окон
Окрасим солнечную энергетику яркими фактами
Электрификация дома солнцем. Варианты, подробности, цены

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

«Солнечная крыша» как вариант кровельного покрытия

Выбираете энергоэффективные решения?

Обратите внимание на геотермальные тепловые насосы FORUMHOUSE

Геотермальный тепловой насос EU (старт/стоп)

Геотермальный тепловой насос IQ (псевдоинвертор)

Геотермальный тепловой насос IQ (инвертор)

Многие из загородных жителей, особенно в южных регионах, не прочь поставить на крышу своего коттеджа солнечные батареяи. Традиционно солнечные батареи устанавливаются на крыше дома, но есть люди, которые считают, что фотоэлементы портят внешний вид дома, особенно, если в качестве кровельного покрытия использованы элитные материалы. Солнечная крыша – новое изобретение, которое решает эту проблему.

Как результат, даже домовладельцы, располагающие средствами для монтажа солнечных батарей, не ставят их на крышу или вынуждены отводить место на участке под установку фотоэлектрических панелей.

Решение проблемы предлагает изобретатель из Калифорнии Зак Тейлор. Он разработал систему, объединившую в себе высокоэффективные солнечные батареи и классическую фальцевую кровлю.

Однажды мне в голову пришла идея. Любому загородному дому нужна электрическая энергия и красивая крыша, надо объединить их вместе!

Система представляет собой многослойную систему (пирог изнутри наружу), состоящую из следующих компонентов:

Скрытая система крепления.
Оцинкованная металлическая подложка, имитирующая фальцевую кровлю (характерные рёбра).
Солнечные батареи.
Специальная оптическая плёнка.
Сверхпрочное закалённое стекло.

Т.е. фотоэлементы работают, как обычные батареи. Лучи солнца беспрепятственно проходят сквозь стекло и пленку и попадают на фотоэлементы, но создаётся полная оптическая иллюзия, что крыша покрыта фальцевой кровлей.

Сверхпрочное стекло выполняет защитную функцию (в случае града и т.п.). Мы также предусмотрели воздушный зазор, который сделан между основанием крыши и фотоэлементами. Благодаря этому осуществляется вентиляция подкровельного пространства, а система не перегревается в жаркие дни.

По словам разработчиков «солнечной крыши», гарантия на систему составляет 40 лет. На выбор доступно 8 цветовых вариантов окрашивания панелей, это полностью готовый продукт. С монтажом солнечных панелей на крыше легко справится тот, кто разбирается в нюансах строительства крыш и укладки кровельных покрытий.

Кровля из солнечных батарей эстетично выглядит и отлично
смотрится на коттедже любого дизайна: от хай-тека до
классики. Домовладелец раз и навсегда избавлен от
«головной боли», как смонтировать солнечные панели
так, чтобы не испортить дорогое кровельное покрытие.
Вся крыша дома сделана из солнечных батарей!
Фотоэлементами покрыта вся ее площадь, за счёт чего
повышается КПД системы и количество вырабатываемой
ею электроэнергии.

На данном этапе устройство проходит финальные испытания. Запуск изделия в серийное производство и продажа намечены на 2018 год.

На FORUMHOUSE есть статья, где собран практический опыт пользователей портала по строительству автономного дома применительно к нашему суровому климату и условиям эксплуатации.

Также рекомендуем материалы, где описывается крыша с интегрированными солнечными коллекторами и внешне неотличимая от сланцевой кровли, и необычная отопительная система «тёплый потолок».

Выгодна ли солнечная черепица Tesla для применения в России

Февраль 19 2018

Американская компания Tesla начала продажу давно ожидаемой новинки – черепицы, производящей электроэнергию без солнечных панелей. Эта уникальная инновация – продолжение концепции компании по производству продуктов для экологичного образа жизни. Философия эко-дома заключается в использовании возобновляемых источников энергии и отказе от ископаемых топливных ресурсов. Кровля, покрытая этой черепицей, на вид не отличается от обычной и при этом способна обеспечить весь дом электричеством.

Презентация солнечной черепицы состоялась в октябре 2016 года, однако с тех пор масштабное производство и массовая продажа черепицы несколько раз откладывались. Первая партия продукта должна была появиться на рынке в середине 2017 года, а предварительные заказы на солнечную черепицу начали принимать уже в мае 2017 года, при этом с клиентов бралась предоплата в размере 1 000 долларов. Однако анонсированная премьера в срок не состоялась, а в ноябре 2017 года руководство компании Tesla объявило, что черепица должна пройти испытания в течение полугодового периода. Причем ТОП-менеджмент компании лично проверял черепицу на соответствие всем заявленным параметрам – первые экземпляры инновационных солнечных панелей были установлены на их частных домах.

Особенность обустройства такой инновационной кровли заключается в том, что не все черепицы должны вырабатывать электричество. Крыша полностью покрывается плитками Tesla, но лишь определенное их количество является батареями и способно генерировать энергию. Внешне плитки ничем друг от друга не отличаются.

Цена солнечной черепицы Tesla весьма внушительная – стоимость одного квадратного метра кровли составляет порядка 220 долларов. Это сумма рассчитана для крыши, на 35% состоящей из солнечных плиток. По утверждению специалистов компании Tesla, максимально допустимое количество солнечных черепиц составляет 70%, но в большинстве случаев достаточно 40%.

Но эта стоимость все равно на 10-15% меньше, чем обходится крыша с обычными солнечными панелями. При этом компания Tesla дает пожизненную гарантию на солнечную черепицу, а предполагаемый срок службы всей крыши – не менее 30 лет.

Компания Tesla не оглашает данные о количестве клиентов, внесших предоплату. Известно лишь то, что массовое производство черепицы началось в четвертом квартале 2017 года и новая кровля появится на домах первых заказчиков уже в течение 2-3 месяцев. Солнечная черепица Tesla будет доступна в трех вариантах, с поверхностями, имитирующими камень, дерево и обычную глиняную черепицу.

Естественно, этой новинкой заинтересовались как эксперты строительной отрасли, так и потенциальные потребители, в том числе и на отечественном рынке. Попробуем разобраться в этом вопросе и рассмотреть возможности применения солнечной черепицы Tesla в условиях российских климатических условий.

Специалисты российского строительного рынка сходятся во мнении, что появление такого продукта, как солнечная черепица – вполне закономерное и ожидаемое явление. Востребованная в современном мире философия эко-дома заключается в принципах ЭКОлогичности и ЭКОномичности жилища. Таким образом, эко-концепция заключается в использовании природных возобновляемых строительных и отделочных материалов, а также в идее максимальной автономности дома.

На первое место выходит необходимость эффективного энергообеспечения частного дома и солнечная черепица – именно тот продукт, который позволяет потреблять минимум ресурсов и при этом обеспечивать полное энергоснабжение дома. Однако, так ли хороша солнечная черепица от Tesla в условиях российских реалий.

Генеральный директор одной из ведущих строительных компаний России Vesco Construction Вадим ИВКИН полагает, что солнечная черепица Tesla вряд ли имеет серьезные шансы прижиться на отечественном строительном рынке по нескольким причинам.

Во-первых, простые финансовые расчеты показывают экономическую нецелесообразность обустройства такой инновационной кровли.

Стоимость материала для самого дешевого варианта покрытия крыши площадью 300 кв.м. для дома общей площадью около 200 кв.м., например, из металлочерепицы составляет порядка 150 000-200 000 руб. Цементно-песчаная черепица для такой площади крыши обойдется дороже – около 600 000 руб, при этом монтаж покрытия составит порядка 1 500 000 руб. Итого, крыша из вполне экологичной цементно-песчаной черепицы обойдется в целом около 2 100 000 руб.
Стоимость монтажа крыши из солнечной черепицы пока не известна – в России еще никто ее не устанавливал. Однако можно предположить, что она будет составлять цену монтажа обычной черепицы плюс 30-50% дополнительно.
Таким образом, при цене на 1 кв.м. солнечной черепицы в 220 долларов, примерная стоимость 300 кв.м. крыши из черепицы Tesla составит 3 800 000 руб. + 3 000 000 руб. за монтаж = 6 800 000 руб. — это более чем в 3,2 раза дороже привычного, не самого дешевого, варианта крыши из цементно-песчаной черепицы.

Во-вторых, особенности эксплуатации солнечной кровли заключаются в том, что для максимально высокого КПД необходимо правильно выставить направление и угол уклона этих панелей. В идеале они должны смотреть в одну сторону, поэтому крыша дома должна быть односкатной или плоской. Кроме того, в зависимости от времени года этот угол уклона должен подвергаться корректировке, вручную или автоматически. Россия – страна с не самым большим количеством солнечных дней в году, поэтому пренебрегать этим обстоятельством никак нельзя, необходимо будет минимум 2 раза в год панели перенастраивать.

В-третьих, точные технические характеристики солнечной черепицы Tesla производителем не раскрываются, поэтому дать достоверный ответ о количестве кВт вырабатываемой электроэнергии не представляется возможным. И вопрос о том, сколько нужно потреблять электричества жителям дома в 200 кв.м. площади, чтобы покрыть разницу минимум в 4 700 000 руб. при прогнозируемом сроке службы черепицы Tesla в 30 лет – остается открытым.

Таким образом, отвечая на вопрос о жизнеспособности новой технологии Tesla в России, можно сделать следующие выводы:

Использование солнечной черепицы Tesla в России будет целесообразно только для солнечных регионов Юга и при условии точной настройки панелей минимум 2 раза в год.
Рассчитать эффективность возможно только зная точные технико-технологические характеристики новинки, что в данный момент не представляется возможным.
Черепица Tesla экономически не выгодна, поскольку обустройство такой кровли более чем в 3 раза превышает стоимость текущих предложений на рынке автономных электростанций.

Не исключено, что некоторая часть владельцев частных домов, любителей технических инноваций и современных технологий, заинтересуются солнечной черепицей Tesla и отдадут дань модному продукту, установив у себя дорогостоящую новинку. Однако клиенты с рациональным подходом к строительству и эксплуатации своей недвижимости, скорее всего, предпочтут более оптимальные для российских реалий энергосберегающие технологии.

Солнечные панели Tesla — все, что нужно знать о высокотехнологичной кровле

Генеральный директор компании Tesla Илон Маск во время презентации нового продукта – солнечных панелей для крыши, заявил о старте продаж инновационного детища ближе к середине 2017 года. Продукт известен под названием “солнечная крыша” (solar roof) и был разработан в SolarCity, совладельцем которого являлся господин Илон. В ноябре 2016 года Tesla motors приобрела компанию за $2,1 млрд, другими словами, solar roof сменила только юридического владельца, а не фактического. В преддверии долгожданного выхода продукта на рынок, расскажем, что известно о солнечной кровле сегодня.

Виды черепицы Tesla
Из чего состоят панели Tesla Solar roof?
Ориентировочная стоимость “солнечной” крыши
Фото домов с применением кровли Tesla

Виды черепицы Tesla

Что представляет из себя солнечная крыша Тесла? Это всем известные солнечные батареи (преобразователи энергии солнца в другие виды энергии), но выполняющие одновременно функции защитной конструкции – кровельного материала. Согласно презентации, известно о четырех видах стеклянных панелей, рассчитанных для различных предпочтений застройщиков и архитекторов. Будут предлагаться керамическая черепица итальянского стиля, сланец, текстурированная или гладкая плитка. Вся коллекция представлена ниже:

Вероятно, ассортимент цветов и моделей будет пополняться с растущей популярностью кровельного материала.

Из чего состоят панели Tesla Solar roof?

Каждая черепица состоит из трех слоев:

Верхний слой – сверхпрочное и ударостойкое закаленное стекло;
Высокоэффективная солнечная батарея;
И наконец слой с цветной пленкой или текстурой, имитирующей популярные виды кровли: керамику, сланец или дранку.

В своем твиттере Тесла опубликовала видео механических испытаний своего продукта в сравнении с обычными материалами для крыши.

Скорее всего, такая прочность в период реальной эксплуатации не понадобится, но свойства стекла безусловно впечатляют.

В своем микроблоге Маск подчеркнул, что при необходимости можно включать нагревательные элементы на поверхности стеклянных панелей для очистки их от снега.

Он добавил, что такой процесс не будет энергоемким, но позволит сильно увеличить КПД солнечных батарей в зимний период.

Ориентировочная стоимость “солнечной” крыши

Буквально на днях Илан Маск сделал шокирующее для многих застройщиков заявление: солнечная крыша будет стоить дешевле традиционных материалов. Так ли это? Возможно, сами батареи и будут чуть ниже цены, например, керамической черепицы. Но не стоит забывать о дополнительном оборудовании, без которого продукция Tesla не будет функционировать должным образом, а именно генерировать солнечную энергию и преобразовывать ее в электрическую. Можно интерпретировать сказанное основателем компании как: стоимость новой технологии будет ниже обычного кровельного материала + солнечные батареи, что совершенно меняет картину.

Как минимум к стеклянной кровле нужно будет прикупить фирменный аккумулятор Powerwall 2-ого поколения. Его стоимость составляет порядка $5,5 тыс. Немного о его технических характеристиках:

Габариты – 1150×755×155 мм;
Вес – 122 кг;
Диапазон температур для работы устройства – от −20°С до +50°С;
Потребляемая мощность – 14 кВт.ч;
Непрерывная мощность – 5 кВт, макс. – 7 кВт;
Гарантийный срок – 10 лет.

В состав Powerwall 2 также входит инвертор напряжения.

Батарея Tesla Powerwall 2 благодаря рабочему диапазону температуры можно устанавливать как внутри помещения, так и снаружи. Например, его можно закрепить на фасаде здания.

Подключение панелей Тесла ничем не отличается от традиционной схемы солнечных батарей. Напряжение постоянного тока из крыши попадает в аккумулятор Powerwall, который передает его в инвертор для преобразования в переменный ток.

Общая схема подключения солнечных батарей для преобразования энергии солнца в электроэнергию

Попробуем рассчитать ориентировочную стоимость на оборудование Tesla для дома, площадь крыши которого – 200 м2. Если солнечная кровля будет дешевле обычного материала (например, керамической черепицы), тогда цена 1 м2 не должна превышать $35. Не забываем учесть затраты на батарею: 5500 / 200 = $27,5. Итого 35 + 27,5 = $62,5, умножим полученный результат на общую площадь: 62,5*200 = $12,5 тыс. Именно столько потребуется отдать за современные технологии для частного дома средних размеров. Разумеется, расчеты ориентировочны, но не стоит забывать о дополнительных затратах на монтаж и дополнительные элементы энергоэффективной системы.

Еще немного цифр. Согласно данным сайта greentechmedia.com система Тесла будет генерировать порядка 9000 кВт.ч в год (экономию можно посчитать самостоятельно). Также портал ссылается на недостаточное количество профессиональных установщиков, что повлечет за собой высокие затраты на первоначальный монтаж и настройку оборудования. Учитывая все факторы, цена такой высокотехнологичной кровли будет находится в диапазоне от $ 33000 до $ 37000 за все те же 200 кв.м.

Фото домов с применением кровли Tesla

Солнечные панели будут производится на заводе в Буффало (штат Нью-Йорк). Вот как выглядит дом с только что установленными панелями Tuscan Glass Tile (Тосканская стеклянная плитка).

Панели со стороны двора или улицы будут выглядеть непрозрачными. Разглядеть стеклянное происхождения материала можно будет только в солнечное время, просматривая здание сверху-вниз. Изображения Slate Glass Tile: