Солнечных дней в средней полосе России не так уж много. И потому первая реакция нашего соотечественника, владельца частного дома, на предложение использовать гелиоустановку может быть примерно такой: «А зачем мне эта головная боль? Система наверняка сложная, дорогая, а газ пока ещё дешёвый». Но не будем спешить с выводами. Мы предлагаем сначала разобраться с устройством и принципом работы гелиоустановок, а затем попробовать подсчитать экономическую выгоду от их применения.

Фотоэлектрические солнечные батареи

Итак, начнём с фотоэлектрических батарей (фотогальванических элементов, модулей). Принцип их действия заключается в прямом преобразовании солнечного света в электрический ток. Основу фотоэлектрической панели (ФЭП) составляют кремниевые пластины. При изготовлении в них формируют две зоны, способные проводить ток отличающимися друг от друга способами. Это зона n-типа (где содержится больше отрицательно заряженных электронов) и зона р-типа (где больше «дырок», на месте которых должны были бы находиться отрицательно заряженные электроны, что сообщает участку положительный заряд). В данные зоны вводят примеси химических элементов (обычно — бора и фосфора) для придания необходимых электрических свойств. Солнечный свет (фотоны), падая на ФЭП, выбивает электроны со своих мест и наделяет их энергией, достаточной для перетекания через p-n-переход. Они отрываются от n-слоя и проникают в р-слой, притягиваясь его положительным зарядом. Электроны соседних атомов занимают «дырки», оставленные подвижными электронами. В итоге между двумя слоями создаётся электрический ток. Он течёт в наружную электрическую цепь по металлической контактной сетке, установленной в верхней части пластины. Сверху ФЭП имеет стеклянное или прозрачное пластиковое покрытие. Весь «пирог» панели заключён в жёсткую алюминиевую раму. Чтобы выработать ток, требуемый для питания множества домашних электроприборов, одного фотоэлектрического модуля мало. Поэтому их, как правило, соединяют последовательно и/или параллельно между собой, формируя таким образом батарею.

Завершив этот обязательный для понимания устройства ФЭП небольшой «урок физики», обратимся к практике. Чтобы в доме появился независимый источник электроэнергии, необходима фотоэлектрическая система, включающая в себя несколько модулей для генерирования постоянного тока достаточной силы; инвертор для преобразования постоянного тока в переменный; батареи аккумуляторов, а также контроллер заряда аккумуляторной батареи, предотвращающий губительные для неё глубокий разряд и перезаряд. Энергия может идти напрямую к различным потребителям постоянного тока, накапливаться в аккумуляторных батареях для дальнейшего использования или покрытия пиковой нагрузки, преобразовываться в переменное напряжение 220 В.

Рассмотрим преимущества и недостатки фотоэлектрических систем электроснабжения. К первым относится полная энергонезависимость. В солнечные дни обеспечивается гарантированная выработка электроэнергии, причём её качество не зависит от перегруженности сетей, а благодаря работе инвертора нет скачков напряжения. Ещё одно достоинство фотоэлектрических батарей — их долговечность (30 лет и больше). Устройства не нуждаются в техобслуживании (за исключением периодического очищения от пыли и снега) или ремонте, поскольку в них отсутствуют движущиеся механические детали и они герметичны. Ну и, наконец, это экологически чистый и постоянно возобновляемый источник электроэнергии.

Что же касается недостатков, то главный из них — сезонность использования установки. Летом в средней полосе России солнечной энергии поступает примерно в 15 раз больше, чем в зимнее время, следовательно, эффективность фотоэлектрической системы электроснабжения зимой резко снижается. Есть и ещё один серьёзный минус — дороговизна ФЭП: 1 кВт установленной мощности фотоэлектрической батареи стоит порядка 130 000 руб. Требуемая мощность панелей для среднего дома — 2-3 кВт. Расходы на вспомогательное оборудование (инвертор переменного тока, аккумуляторы и др.) составляют около 20-40% стоимости солнечной батареи. Итак, получается довольно крупная сумма. Цена электроэнергии, вырабатываемой модулями, колеблется в пределах 5-6 руб./кВт*ч, что значительно превышает расценки на электроэнергию от традиционных источников (2 руб./кВт*ч). Стоит ли овчинка выделки? Компании-разработчики подобных систем считают, что использование фотоэлектрических батарей в частных российских домах пока ещё неэффективно.

Завершая разговор об эксплуатации ФЭП в России, не хотелось бы оставлять читателей в пессимистическом настроении и с убеждением «это не для нас». Не секрет, что бум строительства в родном отечестве породил серьёзную проблему обеспечения энергией загородных домов. Во многих пригородных зонах сети электроснабжения оказались перегружены. Зачастую для подключения нового пользователя не хватает пропускной способности сетей и генерирующих мощностей. Столкнувшиеся с данной проблемой владельцы строящихся коттеджей являются потенциальными потребителями альтернативной солнечной энергии.

На российском рынке представлены ФЭП как отечественного («СОЛНЕЧНЫЙ ВЕТЕР»,«КВАНТ-COЛАР», ОКБ завода «КРАСНОЕ ЗНАМЯ», TELECOM-STV), так и зарубежного производства (SCHUCO, VIESSMANN, WOLF, VAILLANT BUDERUS и др.) с КПД преобразования света 15-18% и пиковой мощностью 2,8-150 Вт. Стоимость фотоэлектрических батарей — от 135 до 200 руб. за пиковый Ватт.