Солнечная или гелиоэнергетика основывается на преобразовании электромагнитного солнечного излучения в другие, удобные для использования виды энергии электрическую или тепловую энергию. Энергия солнца — альтернативный или «зеленый» вид энергии, наравне с энергией ветра и воды. Она также считается условно экологически чистой, потому что имеет возобновляемый источник и не производит вредных отходов во время использования.
Солнечная энергия в настоящее время используются в частных домах для двух основных целей: для нагрева бытовой воды/обогрева и для получения электричества.
Теплоснабжение от солнца
Для для нужд горячего водоснабжения и отопления помещений применяются гелиоустановки с солнечными коллекторами.
Гелиоустановки могут быть различных видов. В зависимости от принципа работы они делятся на:
- Низкотемпературные, например, плоские солнечные коллекторы, которые работают при естественной плотности лучистой энергии солнца.
- Установки с гелиоконцентраторами (зеркала или линзы, фокусирующие лучи) для повышения плотности солнечной радиации.
По типу конструкции:
- Плоские солнечные коллекторы. Представляют собой плоский металлический корпус с прозрачной внешней поверхностью. Внутри корпуса находится элемент, поглощающий солнечное излучение (абсорбер) и слой термоизолирующего материала. Солнечная энергия улавливается абсорбером, который нагревает теплоноситель, поступающий по трубопроводу внутрь здания. К плюсам относится высокая производительность летом, возможность установки практически под любым углом и доступная цена. К минусам — высокие теплопотери и низкая производительность в холодное время года.
- Вакуумные солнечные коллекторы. Представляют собой панель, состоящую из множества стеклянных вакуумированных (изолированных от внешней среды) трубок, внутри которых находится адсорбер. К плюсам относятся низкие теплопотери, возможность работать при температуре значительно ниже нуля, простота монтажа и обслуживания, низкая парусность. К минусам — требовательность к углу наклона установки, относительно высокая цена.
Электроснабжение от солнца
Для получения электричества используются панели солнечных батарей. Это комплекс фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов), которые трансформируют солнечную энергию в постоянный электрический ток, в отличие от солнечных коллекторов, нагревающих теплоноситель.
Солнечные батареи могут быть различными по типу конструкции:
- Монокристаллические солнечные батареи. Представляют собой единый кристалл кремния с однородной структурой. КПД — до 23%.
- Поликристаллические солнечные батареи имеют вкрапления из-за примесей в поликристаллическом кремнии. КПД — до 18%.
- Тонкопленочные солнечные батареи из кадмий-индий-галлий теллурида. Гибкие, КПД — до 20%.
Эффективность солнечных коллекторов и батарей
Из-за своей низкой эффективности, которая в лучшем случае достигает 20%, солнечные элементы сильно нагреваются. Остальная энергия солнечного света нагревает конструкцию (температура может достигать 50 градусов Цельсия). При этом с увеличением температуры фотогальванического элемента на 1 градус его эффективность падает на 0,5%. Дополнительные элементы охлаждения (вентиляторы или насосы), перекачивающие хладагент, потребляют значительное количество энергии, требуют обслуживания и снижают эффективность всей системы.
Существуют способы отведения излишков тепла из системы, однако они также снижают ее экономическую эффективность и требуют дополнительных затрат на проектирование и монтаж.
Для расчета оптимальной мощности оборудования солнечной батареи или коллектора следует учитывать назначение устройства, потребности объекта в тепле и электричестве, климатические особенности региона, особенности установки коллектора и другие уникальные факторы.
