Сонячні батареї, як джерело електроенергії, сьогодні вже важко назвати чимось незвичним. Уперше їх почали застосовувати для енергозабезпечення космічних станцій більше 40 років тому, сьогодні сонячні батареї міцно ввійшли в побут як джерело екологічно чистої й безкоштовної енергії.

Сонце завжди посилало й посилає на землю мільярди кіловат променевої енергії й це джерело буде існувати ще багато мільйонів років. Здавалось би, навіщо будувати атомні, теплові й гідроелектростанції? Бери й користуйся сонячною енергією. Однак сонячні батареї, про які піде мова, поки застосовуються в Україні досить обмежено. У чому ж причина?

За принципом роботи сонячна батарея являє собою фотоелектричний генератор постійного струму, який використовує ефект перетворення променевої енергії в електричну. Точніше, у сонячних батареях використана властивість напівпровідників на основі кристалів кремнію. Кванти світла, потрапляючи на пластину напівпровідника, вибивають електрон із зовнішньої орбіти атома даного хімічного елементу, що створює достатню кількість вільних електронів для виникнення електричного струму. Однак для того, щоб напруги й потужності такого джерела було достатньо для застосування в побутових цілях, одного або двох кремнієвих елементів недостатньо. Тому їх збирають у цілі панелі, де з’єднують паралельно або послідовно. При цьому площа таких панелей може становити від декількох квадратних сантиметрів до декількох квадратних метрів. Збільшуючи кількість панелей можна добитися більшої генерованої потужності сонячною батареєю. Однак продуктивність сонячної батареї залежить не тільки від площі, але також від інтенсивності сонячного світла й кута падіння променів. Отже, продуктивність сонячної батареї залежить від місцевості й географічної широти, де розташований будинок, від погоди й пори року, від часу доби.

Крім того, щоб система із сонячних батарей працювала й подавала енергію в мережу, потрібно встановити ряд додаткових електроприладів, зокрема:

— інвертор, що перетворить постійний струм у премінний;

— акумуляторну батарею, роль якої накопичувати енергію й згладжувати перепади напруги через зміну освітленості;

— контролер заряду акумулятора, який не дозволяє акумулятору перезарядитися або розрядитися завчасно. Усе це в комплексі називається автономною системою енергопостачання на основі сонячних батарей.

Усе це в комплексі називається «автономною системою енергопостачання». У той же час у системі, яка працює на постачання енергії в загальну мережу, акумулятори й контролери не потрібні. Необхідний тільки мережевий інвертор.

Як і будь-який технічний пристрій, сонячна батарея має свої експлуатаційні й технічні характеристики, які відрізняються для різних моделей, різних виробників, але з досить невеликою різницею.

При площі сонячної батареї приблизно 0,2м2 потужність модуля становить приблизно 10Вт. Напруга при максимальному навантаженні – близько 25В. Струм короткого замикання становить близько 500мкА. Вага такого модуля близько 2кг. Приблизний ККД сонячної батареї – від 14 до 18%. Термін служби такої пластини не менше 25 років.

Незважаючи на порівняно низький ККД сонячна батарея є найбільш ефективним джерелом електрики серед альтернативних і автономних джерел енергії. Однак через досить високу вартість сонячної батареї, а головне залежності від погодних умов, їх у більшості випадків позиціонують не як основне, а як додаткове джерело енергії. Це зумовлено двома причинами, досить високою вартістю самих сонячних батарей, і порівняно невеликим виходом енергії з одиниці площі.

У ясний сонячний день із одного квадратного метра площі сонячної батареї можна зняти максимум 120Вт потужності. Цього недостатньо навіть для роботи комп’ютера.

Тому для отримання більш істотної потужності сонячні панелі поєднують у міні-електростанції. Із сонячної батареї площею 10м2, можна отримувати вже більш 1кВт енергії, що може забезпечити роботу комп’ютера, телевізора, кількох лампочок. У цілому, для будинку, де живе 3-4 людини (необхідна потужність 200-300кВт на місяць), у світлий час доби й теплу пору року буде достатньо сонячних батарей площі 20м2. Як правило, вистачає орієнтованої на південь сторони даху для установки такої сонячної батареї вистачає. Якщо ж площа сторони даху орієнтованого на південь складає 40м2, то це може при 18-20 сонячних днях дати до 500кВт на місяць.

Сонячна батарея взимку буде неефективна. У той же час не можна не помітити й очевидні переваги:

— тривалий термін служби;

— незалежність від технічних неполадок енергогенеруючої організації;

— низька імовірність поломки сонячної батареї;

— немає необхідності постійно її обслуговувати

— безкоштовність самої енергії (правда після того як у систему були вкладені чималі кошти).

Недоліків у сонячних батарей як джерела енергії не так вже і багато, але вони, на жаль, досить переконливі й конкретні:
— висока вартість і, як наслідок, тривалий строк окупності;
— залежність від погодних умов;
— низький ККД у порівнянні із традиційними джерелами енергії;
— неможливо використання для приладів, що споживають велику потужність.

Панелі сонячних батарей бувають різного розміру й потужності. В європейських країнах сонячні батареї зустрічаються значно частіше, ніж у нас, оскільки там вища купівельна спроможність населення. Крім того, при встановленні сонячних батарей треба вибрати в будинку підходяще приміщення для установки акумуляторів, обладнати схему синхронізації напруги з тією, яка надходить від місцевої трансформаторної підстанції.

Крім того, на Заході будь-який приватний домовласник може скинути  генеровану його сонячною станцією енергію в регіональну мережу. Таким чином, його система може не комплектуватися акумулятором і контролером, що значно знижує вартість системи. А енергія, яка скидається в загальну мережу, держава викуповує по «зеленому» тарифу, який значно перевищує звичайні тарифи на звичайну електроенергію. Таким чином, система є економічно вигідною для власника будинку.

Одним з випадків, коли сонячні батареї себе виправдовують, є ситуація, коли в будинку або на іншому об»єкті обмежено споживання енергії через брак потужностей. Місцева підстанція й обленерго не можуть змінити ліміт споживання, а ціна питання може навіть перевищувати вартість сонячних батарей. Виправдане застосування сонячних батарей у випадках, коли будинок настільки віддалений від трансформаторної підстанції (більше 10-15км), що протягання до нього кабелів або проводів виявиться співвідносною по вартості із самостійним джерелом енергії. Має сенс застосування сонячної електростанції й у тому випадку, коли необхідно забезпечити безперебійне живлення якої-небудь системи, наприклад, охоронної сигнализація або комп’ютерної мережі. Звичайно, рентабельність і окупність систем на основі сонячних батарей тим вище, чим більше сонячних днів у році в певній місцевості, наприклад, у південних районах, у Криму, на високогірних плато й курортах, де небо більшу частину дня чисте від хмар.