В 1991 году в Германии, в столице Баварии Мюнхене, открылась выставка INTERSOLAR EUROPE. На этой выставке ведущие производители систем солнечной энергетики представили свои самые новейшие разработки.

По замыслу организаторов этой выставки – компании Freiburg Wirtschaft Touristik und Messe GmbH & Co. KG – эта международная выставка была полностью посвящена использованию в различных сферах солнечных элементов фотовольтаики, а также компонентов солнечного теплоснабжения. Выставка сразу же привлекла внимание специалистов из многих стран мира. Она имела большой успех, поэтому организаторы решили сделать ее традиционной и проводить ежегодно.

На выставку, которая проходит в мае-июне, съезжаются руководители крупнейших компаний-производителей, а также компаний, использующих различные виды изделий солнечной энергетики, приезжают разработчики, инженеры, ученые, работающие в этой области.

Все хотят ознакомиться с новыми идеями, новейшими технологиями в области применения энергии солнца. Специалисты обмениваются опытом, представляют свои последние разработки. В выставочных залах можно увидеть миниатюрные зарядные устройства и самые мощные солнечные батареи, прозрачный телевизор на солнечных батареях и солнечный дом, различные приборы, устройства, машины, работающие исключительно от энергии солнца.

Эта выставка не предназначена для широкой публики, а рассчитана исключительно на профессионалов. На ее площадках проводятся семинары, конференции для специалистов, работающих в областях фотовольтаики, систем хранения энергии, возобновляемых отопительных технологий. Для презентации самых интересных разработок выделяются отдельные павильоны.

На двух последних выставках китайские и южнокорейские производители солнечных модулей представили свои новейшие изделия - панели мощностью более 300 ватт.

Солнечная батарея LG 315 N1C-G4 NeON™2

Уже из самого названия этого солнечного модуля южнокорейской компании LG следует, что заявленная мощность этого модуля составляет 315 ватт. Для компании LG очень важно выйти на рынок альтернативных источников энергии не просто в качестве одного из производителей, а в качестве одного из ведущих производителей систем фотовольтаики.

Поэтому гарантия качества продукции является одним из главных приоритетов компании. Солнечные панели разработаны и производятся с использованием самых передовых технологических процессов.

И фотопреобразователи, из которых составлена эта солнечная батарея, выполнены с наивысшими показателями качества и эффективности.

Ячейки выполнены на базе монокристаллического кремния по специальной двусторонней технологии. Благодаря своим качествам эти ячейки способны пропускать солнечные лучи, которые, отражаясь от специального покрытия тыльной стороны ячейки, способствуют повышению генерации электрического тока. То есть каждая ячейка может вырабатывать электрический ток обеими своими сторонами, повышая тем самым мощность модуля.

Модуль LG 315 N1C-G4 NeON™2. Лицевая сторона

Перед сборкой модуля каждая пластина проходит тщательнейший контроль на предмет строгого соответствия размерам (точность до микрометра) и обнаружения возможных механических повреждений. После проверки отобранные ячейки проходят очередную стадию подготовки. Для минимизации отражения солнечного света ячейки проходят стадию жидкостного травления щелочью. Ячейки с лицевой стороны ламинируются трехслойным покрытием EVA (этиленвинилацетат) и специальной отражающей пленкой с тыльной.

Модуль LG 315 N1C-G4 NeON™2. Тыльная сторона

Затем собранный модуль инкапсулируется для защиты ячеек от проникновения влаги, после чего покрывается трехмиллиметровым антибликовым противоударным стеклом. Рама модуля выполнена из анодированного профильного алюминия. На тыльной стороне устанавливается многофункциональная распределительная коробка с байпасными диодами.

Многофункциональная распределительная коробка

Благодаря такой технологии изготовления модули LG NeON ™ 2 имеют характерный черный цвет, что делает их привлекательными еще и с эстетической точки зрения.

Номинальная мощность 315 ватт.
Эффективность 19.2%

N-типа
Размеры (ДхШхТ) 1640х1000х40 миллиметров
Вес 17. 0 ± 0.5 кг
Тип разъемов МС-4
Класс защиты IP67
Стоимость модуля 30000 рублей

Солнечная батарея BenQ SunForte 333 PM096B00

В 2001 году на Тайване, в городе Синьчжу, произошло объединение двух крупных китайских компаний, работающих в области фотовольтаики. Новое объединение получило название BenQ Solar. Эта объединенная компания сразу заявила о себе, выпустив на мировые рынки высококачественные мощные гелиевые модули.

Солидная научно-исследовательская база и высокотехнологичные производственные мощности позволяют компании постоянно совершенствовать свою продукцию, внедряя самые передовые технологии. Начиная с 2013 года, компания приступила к производству гелиевых модулей по так называемой «обратно-контактной технологии.

Применение этой технологии дало возможность резко повысить мощность солнечных батарей при одновременном уменьшении размеров. Параллельно была увеличена и эффективность изделий.

Солнечная батарея SunForte PM096B00

Модуль SunForte PM096B00 – это на сегодняшний день самый мощный модуль, выпускаемый компанией BenQ Solar. Он выполнен по обратно-контактной технологии, что позволило получить выходную мощность 333 ватта при подтвержденной эффективности 20.4%.

По сравнению с традиционными модулями при равных габаритных размерах эти солнечные батареи производят значительно больше электроэнергии, что дает возможность уменьшить количество модулей и занимаемую ими площадь. Потери мощности составляют 5% за 5 лет, 13% за 25 лет эксплуатации.

Площадь, занимая обычными батареями для домашней электростанции в 4410 ватт

Площадь, занимая батареями SunForte PM096B00 для домашней электростанции в 5940 ватт

Модули сертифицированы по IEC/EN 61215 , IEC/EN 61730 и UL 1703.
Ячейки модуля ламинированы трехслойным покрытием пленки EVA, сам модуль защищен закаленным противоударным стеклом с антибликовым покрытием, толщиной 3.2 миллиметра. На тыльной стороне модуля расположена многофункциональная распределительная коробка с байпасными диодами и соединительными кабелями. Модуль заключен в профиль из анодированного алюминия, покрытого черной краской.

Основные характеристики модуля.
Номинальная мощность 333 ватта.
Эффективность 20.4%
Количество ячеек 96 (8х12) штук
Материал Монокристаллический кремний
Тип ячеек Высокоэффективные с задними проводниками
Размеры (ДхШхТ) 1559х1046х46 миллиметров
Вес 18.6
Тип разъемов ТЕ, совместимые с МС-4
Класс защиты IP67
Стоимость модуля 34000 рублей.

Солнечная батарея NeON™ 2 BiFacial

Настоящей изюминкой Мюнхенской выставки INTERSOLAR EUROPE в 2016 году стала гелиевая панель NeON™ 2 BiFacial южнокорейской компании LG, которая каждый год представляет здесь свои новейшие разработки. И в последние годы эти новинки удостаиваются высших наград выставки. Не стал исключением и 2016 год. Двусторонний гелиевый модуль NeON™ 2 BiFacial заслуженно получил очередную награду.

Гелиевая батарея компании LG NeON™ 2 BiFacial

На сегодняшний день это самый мощный модуль с повышенной эффективностью. Его прозрачные фотоэлементы собирают не только свет, попадающий на его лицевую сторону, но и отраженный, попадающий на тыльную сторону ячеек.

Обычная ячейка LG и ячейка NeON™ 2 BiFacial

Лицевая сторона этой солнечной панели при оптимальных условиях генерирует электрический ток мощностью 310 ватт. Тыльная сторона панели генерирует дополнительно до 30% мощности лицевой панели. Подтвержденная максимальная мощность модуля составляет 400 ватт! Номинальная мощность не менее 375 ватт.

Кроме того, в модуле NeON™ 2 BiFacial используется новейшая технология LG, получившая название Сello Technology™. Эта технология дала возможность перенаправить токопроводящие пути. Пути генерируемого электричества к выходу модуля были распределены на 12 тонких проводников, что позволило снизить потери электроэнергии по сравнению с традиционными схемами.

Новые технологии компании LG

Основные характеристики модуля.
Номинальная мощность 375 ватт.
Максимальная мощность 400 ватт.
Отклонение номинальной мощности 0/+3%
Эффективность 19.6%
Количество ячеек 60 (6х10) штук
Материал Монокристаллический кремний
Тип разъемов МС-4
Класс защиты IP67

Солнечная батарея NeON™ 2 BiFacial на выставке INTERSOLAR EUROPE 2016

С 31 мая по 2 июня 2017 года в Мюнхене будет проходить очередная выставка INTERSOLAR EUROPE. И нет сомнения в том, что на ней появятся очередные новинки и солнечные модули гораздо большей мощности. Наука ведь не стоит на месте.

Принципиально новый солнечный элемент, созданный в лаборатории НИТУ "МИСиС" под руководством приглашенного профессора из Университета Техаса Анвара Захидова, будет стоить в три раза дешевле лучших аналогов из кремния. А при массовом производстве разница станет 4-6-кратной. Это сулит настоящий прорыв в солнечной энергетике.

Впрочем, уже сегодня она бурно развивается, а планы вообще грандиозные. Так, Европа намерена к 2020 году довести вклад Солнца в общий объем электропотребления до 25 процентов, а к 2040 году до 40 процентов. Не менее амбициозные планы и у США: к 2020 году выработка солнечной электроэнергии в стране должна составлять 25 процентов.

Словом, ведущие страны делают ставку на Солнце. Правда, с одной оговоркой: пока она нуждается в серьезной подпорке государства. Ей предоставляются самые льготные условия для интенсивного развития.

Впрочем, высокая цена по сравнению с традиционными источниками энергии не единственный минус солнечного ватта. Само получение кремния, из которого изготавливаются солнечные батареи, создает массу проблем. Оно токсично, дорого, требует много энергии. Более того, такими батареями неудобно пользоваться: они жесткие, тяжелые и хрупкие, для установки нужны специальные прибамбасы. Словом, с ними много возни. Совсем другое дело - батарея гибкая. Ее можно раскатать как рулон на любой изогнутой поверхности. Что сразу расширяет сферы применения. Именно такие солнечные элементы впервые в России созданы учеными и инженерами МИСиС.

В них вообще нет кремния, что и позволило придать батарее необходимую гибкость, - объясняет сотрудник лаборатории Данила Саранин. - Это тандем из материала, который называется перовскит, и полупроводниковых полимеров. В отличие от дорогого кремния перовскит стоит копейки. Но главное преимущество такого тандема даже не в этом. Технология изготовления батареи из кремния очень сложна, для нее требуются глубокий вакуум и дорогостоящее оборудование. А наш метод намного проще и дешевле. Фактически солнечные элементы можно печатать на простых устройствах.

Старт перовскитной электронике дали японцы, которые впервые создали солнечный тандем с КПД 3,9 процента. В мире сразу же оценили перспективы, в гонку включилось множество ведущих зарубежных лабораторий, и сейчас КПД уже достиг 21,3 процента. Но если для кремния эта цифра почти близка к пределу его возможностей, преодолеть который не позволяют законы физики, то солнечный тандем способен на большее. Дело в том, что кремний собирает только небольшую часть видимого солнечного спектра, а тандем практически весь. Здесь и лежат перспективы роста.

Кроме того, мы намерены еще больше повысить КПД за счет своего другого ноу-хау, - говорит Саранин. - Если совсем просто, то суть в следующем. Наш элемент состоит из восьми слоев, то есть похож на сэндвич. Зачем столько? Свет не сразу превращается в электрический ток, для этого ему требуется пройти несколько каскадов преобразований. Так вот наши конкуренты соединяют все эти слои последовательно, плюс к минусу. Мы предложили иной вариант - соединять параллельно, плюс к плюсу, минус к минусу. Как показали эксперименты, это позволяет существенно поднять КПД.

60 лет прошло с тех пор, как первые солнечные батареи были установлены на внешнюю обшивку американских и советских спутников. С тех пор технологии шагнули далеко вперед. Энергию солнца используют не только для космических объектов, но и для обеспечения электричеством жилых домов. Появилось множество способов улавливать и перерабатывать солнечный свет. В ряду обычных выделяется гибридная солнечная панель.

Кремний (Si) – материал, который использовали еще для создания первых конструкций, перерабатывающих энергию солнечного света.

Долгое время существовало три типа таких батарей:

• (производят из цельных кристаллов). Обладают самым высоким , но не способны улавливать рассеянный свет;
• Поликристаллические (сделанные из кристаллов, направленных в разные стороны), способные улавливать даже рассеянный свет.
• Аморфные – с невысоким КПД, которые можно установить на поверхность любой конфигурации.

Гибридные солнечные панели на основе кремния сочетают аморфный кремний и монокристаллы. Эти панели эффективны в условиях недостаточной освещенности и способны эффективно работать дольше, чем стандартные аморфные устройства.

На основе перовскита

Один из самых эффективных и недорогих способов преобразовывать в электроэнергию свет, который испускает солнце, – использовать перовскит. Этот материал впервые обнаружили в Уральских горах еще в ХХ веке. На него обратили внимание благодаря особой кристаллической решетке, свойственной полупроводникам. Про устройства на основе перовскита уже говорят, что это солнечные батареи нового поколения.

Для создания такого аккумулятора нужен тонкий слой проводящего материала и полимерная подложка. В итоге получается гибкая полупрозрачная панель, которую можно использовать не только как стационарную батарею, но и как материал для стекол, например. Она будет не только улавливать свет, но и защищать помещение от перегрева.

Единственная причина, по которой гибридная солнечная панель из перовскита еще не завоевала весь мир – более низкая эффективность относительно кремниевых. Но, как показывают некоторые исследования, КПД можно улучшить при помощи правильно подобранного полимера. Например, швейцарские физики представили вещество FDT, недорогой материал, способный улучшать работу перовскитных батарей.

Еще одна удачная разработка – сочетание перовскита с кремнием. Используя эту методику, можно получить устройства, эффективно улавливающие и перерабатывающие УФ-лучи. Эти устройства могут быть гибкими и/или полупрозрачными. Значит, их можно использовать не только как стационарные источники энергии, но и для портативной техники, например.

Из пентацена и сульфида свинца

В 2012 году выдающиеся физики Нил Гренхам и сэр Ричард Френд предложили новый вариант гибридного аккумулятора. От изобретенных ранее он отличается способностью преобразовывать все спектры УФ-излучения и высоким КПД. Эти аккумуляторы обладают внутренней квантовой эффективностью в 50%.

Представленная гибридная солнечная панель состоит из неорганического соединения (PbS, сульфид свинца) и полициклического ароматического углеводорода (пентацен). В этой связке PbS улавливает красную часть спектра, а пентацен – синюю, более насыщенную энергией. Благодаря взаимодействию между слоями на каждый пойманный синий фотон приходится по два электрона. Таким образом, КПД этой новинки в два раза больше, чем у других подобных устройств (обычно на один фотон приходится один электрон).

Два минуса изобретения – его сомнительная безвредность для окружающей среды и возможная недолговечность. Пентацен относится к группе соединений, способных провоцировать различные мутации и являющихся мощными канцерогенами.

Самый простой способ производства этого углеводорода – из бензола, являющегося производным нефти, запасы которой на нашей планете не бесконечны.

Недолговечность объясняется просто: пентацен склонен чрезмерно окисляться под воздействием кислорода в условиях облучения ультрафиолетом. Что, собственно, и будет происходить при эксплуатации такого аккумулятора. Так что практическое использование этой разработки находится под большим вопросом.

Наука не стоит на месте, ежедневно радуя человечество новейшими разработками в той или иной области. Так что можно надеяться, что рано или поздно появится достаточно эффективный солнечный аккумулятор, который будет и долговечным, и безвредным для окружающей среды.

Два года назад, осенью 2015 года, я установил на крыше загородного дома две солнечные панели и инвертор. С того момента я постоянно контролирую выработку и ежегодно делюсь статистикой. Первый год эксплуатации показал, что я смогу вернуть свои вложения в солнечную энергетику примерно через 30 лет. Более подробно со статистикой и расчётами можно ознакомиться в статье «Вся правда о солнечных панелях» .

Но за последний год произошли изменения как в сетевых тарифах, так и в используемом оборудовании. Я заменил инвертор и выработка увеличилась...

...но чуда, к сожалению, не произошло.

Напомню, что в моей системе полностью отсутствуют накопители в виде аккумуляторов, т.к. во-первых они совершенно не нужны (вся вырабатываемая солнечными панелями энергия гарантированно потребляется), а во-вторых они лишь увеличат стоимость оборудования и потребуют регулярной замены каждые несколько лет (в текущей конфигурации система не требует обслуживания в течение всего срока службы).

Изначально для системы я купил грид мощностью 300 ватт, который был установлен в доме. У него было два недостатка - во-первых, это шум вентилятора, который периодически включался для охлаждения внутренних компонентов, а во-вторых, потери на проводах от солнечных панелей до инвертора. Но в процессе эксплуатации выявился ещё один недостаток. Оказалось, что купленный грид был расчитан на мощность панелей 500 ватт и это тот самый случай, когда инвертор не должен иметь запас по мощности. Мои панели общей мощностью 200 ватт не могли его нагрузить полностью и в результате он имел низкий КПД в облачную погоду и генерация часто срывалась.

Я решил заменить грид на другой. Для этих целей я приобрёл микро инвертор в герметичном корпусе, устанавливаемый в непосредственной близости к солнечным панелям с максимальной мощностью 230 ватт. А от него в сеть дома протянут провод с напряжением 220 вольт. Уже первое включение показало, что этот грид способен выдавать энергию (пусть и немного) даже в облачную погоду.

Солнечные панели установлены на стационарной раме на крыше и направлены строго на юг. Примерно 4 раза в год я меняю их угол наклона. Почти горизонтально летом, под углом 45 градусов в межсезонье и максимально близко к вертикали зимой. Но всё равно зимой их засыпает снегом. Периодически их нужно протирать от пыли и грязи. Поворотный механизм (трекер) не использую т.к. его стоимость не отобъётся никогда.
Начался сентябрь: мало солнца, много облаков - выработка очень сильно упала. В дождливые дни она просто ничтожна (менее 50 ватт часов в сутки).

Вот график выработки электроэнергии за последние 6 месяцев. Новый грид был установлен в середине мая. Кстати, если днём отключают электричество в СНТ, то и выработка тоже прекращается (такое было несколько раз этим летом).

А вот статистика помесячной выработки за этот год. Самое кардинальное изменение не в том, что выработка увеличилась, а в том, что у нас в СНТ снизились тарифы - теперь СНТ приравниваются к сельским поселениям и электроэнергия стала стоить на 30% дешевле. В то время, как замена инвертора повысила эффективность примерно на 15%.

Напомню, что у солнечной энергетики в Московской области есть две проблемы:
1. Низкие тарифы на сетевое электричество.
2. Малое количество солнечных дней.

Выработка энергии за лето 2017 года по месяцам (в скобках выработка за прошлый год):
Май - 20,98 (19,74) квтч
Июнь - 18,72 (19,4) квтч
Июль - 22,72 (17,1) квтч
Август - 22,76 (17,53) квтч

На текущий момент общая выработка за 2017 год составила 105 квтч. По текущим тарифам (4,06 руб/квтч) это всего 422 рубля. Основной пик выработки закончился, впереди облачная осень и зима. Давайте будем считать, что выработка за этот год составит 500 рублей. А в оборудование я вложил 20 000 рублей (грид удалось заменить без доплат).

При этом напомню, что в прошлом году выработка составила 650 рублей (из-за того, что стоимость электроэнергиии составляла 5,53 рубля/квтч). То есть несмотря на увеличение КПД солнечной системы, срок её окупаемости увеличился с 32 до 40 лет!

Даже если пофантазировать и представить, что в Московской области целый год не будет облаков, то за год с панелями на 200 ватт можно получить всего 240 квтч (теоретический максимум при максимальном КПД солнечных панелей, производимых в настоящее время). Или около 1000 рублей. То есть всё равно срок окупаемости составит 20 лет. И это только в теории, поскольку в реальной жизни такого быть не может. И это тарифы Московской области, в то время как в некоторых регионах России электроэнергия стоит менее 2 рублей за квтч. А если добавить в систему аккумуляторы, то эта система не окупится никогда.

Поэтому солнечные панели рентабельны только там, где нет сетевого электричества, а его подключение либо невозможно в принципе, либо стоит очень дорого.

А для того, чтобы сэкономить на содержании загородного дома есть множество других, более эффективных решений: соблюдение технологии строительства, использование современных материалов (газобетон, экструзионный пенополистирол), утепление без мостиков холода, использование теплового насоса (кондиционера), использование ночного тарифа.

В текущей конфигурации мой энергоэффективный дом совершенно не требует кондиционирования летом, в нём круглогодично поддерживается комфортная температура (даже если в нём никого нет), а годовой расход энергии составляет около 7000 квтч. Это в 3 раза дешевле, чем содержание квартиры аналогичной площади в Москве.

Более подробно со всеми материалами, посвящёнными строительству современного энергоэффективного дома своими руками, можно ознакомиться . Дом построен пять лет назад, в 2012 году.