Устройство солнечной батареи

Солнечная батарея представляет из себя “пирог”, который спекается при высокой температуре.

Этот пирог отправляют в печь, где всё это спекается – склеивается. Плёнка намертво расплавляется и прилипает к стеклу, элементы полностью герметизируются внутри, прикрываясь плотно к пленкам с обеих сторон.

Солнечная батарея состоит из солнечных элементов, это фотоэлектрические модули (ФЭМ), их можно назвать ячейками. Ячейки в солнечной батарее соединяются последовательно, чтобы увеличить напряжение батареи до требуемого, так-как напряжение одной ячейки составляет всего 0,6V. А для зарядки 12-ти вольтового аккумулятора требуется как минимум 14 вольт. Но напряжение солнечного элемента зависит от освещённости, и чтобы напряжение даже в пасмурную погоду было выше 14 вольт, количество ячеек в батарее обычно равно 36. Напряжение холостого хода при этом 21.6 вольта. Бывают батареи с с другим количеством ячеек, для систем на 24 вольта изготавливаются солнечные панели на 72 ячейки, а так-же на 60 ячеек.

Один солнечный элемент выдаёт напряжение максимум 0,6 вольт, но достаточно большой ток. Например ячейка размером 156×156мм с эффективностью 17% даёт ток короткого замыкания порядка 9А. Максимальная мощность одного элемента будет при просадке напряжения до 0,47-0,50 вольт. Таким образом батарея состоящая из 36 элементов будет максимально эффективна при напряжении 17-18 вольт. При этом ток под нагрузкой будет составлять чуть более 8 Ампер, а мощность порядка 150 ватт.

Но если мы используем простой PWM контроллер зарядки АКБ, то напряжение будет равно текущему напряжению аккумулятора. А если напряжение достигнет 14 вольт, то контроллер будет отключать солнечную батарею чтобы аккумулятор не перезарядился. Это я к тому что при заряде напряжение солнечной панели не 17-18 вольт, а 13-14 вольт, а это значит что батарея выдаёт не всю свою мощность, так-как ток она даёт всего 8А, отсюда 14*8=112 ватт. Таким образом 30% энергии просто теряется.

Такую-же мощность (112 ватт) можно получить если бы в солнечной батарее было не 36 элементов, а 28 элементов. При солнце была-ба такая-же мощность что и с 36 элементов, да хоть с 72 элемента, так-как ток не может быть больше 8 ампер, а напряжение проседает до напряжения АКБ. Но тогда в пасмурную погоду не будет зарядки, так-как напряжение упадет и будет ниже напряжения АКБ. Только для стабильной зарядки ставят лишние 8 солнечных элементов в батареи. Чтобы снимать до 98% энергии с солнечной батареи ставят MPPT контроллеры, которые держат панель в точке максимальной мощности и получаемую энергию преобразуют снижая напряжение на выходе и повышая ток. Так на входе контроллера будет 18 вольт и 8А, а на выходе 14 вольт и 10 Ампер.

Выпускают солнечные батареи и на 60 элементов, напряжение холостого хода которых 36 вольт, они предназначены для АКБ на 24 вольта, или если соединить две последовательно то для систем на 48 вольт.

Многие спрашивают что лучше, монокристаллические батареи или поликристаллические?

Монокристаллические панели немного дороже так-как в их производстве ячеек используется кремний высокой очистки, до 100%, и процесс образования кристаллов происходит при 1300°. КПД монокристаллических панелей немного выше, и кристаллы в ячейках направлены строго параллельно, и однородны. От этого максимальный КПД только при прямых солнечных лучах, а при свечении под углом КПД значительно падает.

Поликристаллические ячейки производятся методом осаждения паров кремния при температуре 300°, и кристаллы усаживаются неравномерно, и направлены в разные стороны. Из-за этого ниже КПД, но они лучше работают при рассеянном свете, и высоких температурах.

Но разница совсем незначительна, и зависит от качества самих ячеек, их светочувствительности и других факторов. В итоге разница не превышает 5%, и это заметно только в пасмурную погоду. Или при очень острых углах падения солнечных лучей.

e-veterok.ru

Принцип работы и устройство солнечной батареи

В профессиональных кругах панели, преобразующие солнечный свет в электроэнергию, называют фотоэлектрическими преобразователями, которые в разговорной речи или при написании понятных для широких масс статей принято называть солнечными батареями. Принцип работы этих устройств, первые рабочие экземпляры которых появились достаточно давно, на самом деле достаточно простой для понимания человеком, имеющим только знания со школьной скамьи.

Не секрет, что p-n переход может преобразовывать свет в электроэнергию. В школьных опытах нередко проводят эксперимент с транзистором со спиленной верхней крышкой, позволяющей свету падать на p-n переход. Подключив к нему вольтметр, можно зафиксировать, как при облучении светом такой транзистор выделяет мизерный электрический ток. А если увеличить площадь p-n перехода, что в таком случае произойдет? В ходе научных экспериментов прошлых лет, специалисты изготовили p-n переход с пластинами большой площади, вызвав тем самым появление на свет фотоэлектрических преобразователей, называемых солнечными батареями.

Принцип действия современных солнечных батарей сохранился, несмотря на многолетнюю историю их существования. Усовершенствованию подверглась лишь конструкция и материалы, используемые в производстве, благодаря которым производители постепенно увеличивают такой важный параметр, как коэффициент фотоэлектрического преобразования или КПД устройства. Стоит также сказать, что величина выходного тока и напряжения солнечной батареи напрямую зависит от уровня внешней освещенности, который воздействует на неё.

В структуре солнечной батареи используется p-n переход и пара электродов для снятия выходного напряжения

На картинке выше можно видеть, что верхний слой p-n перехода, который обладает избытком электронов, соединен с металлическими пластинами, выполняющими роль положительного электрода, пропускающими свет и придающими элементу дополнительную жесткость. Нижний слой в конструкции солнечной батареи имеет недостаток электронов и к нему приклеена сплошная металлическая пластина, выполняющая функцию отрицательного электрода.

Технология, по которой изготовлена солнечная батарея, влияет на её КПД

Считается, что в идеале солнечная батарея имеет близкий к 20 % КПД. Однако на практике и по данным специалистов сайта www.sun-battery.biz он примерно равен всего 10 %, при том, что для каких солнечных батарей больше, для каких то меньше. В основном это зависит от технологии, по которой выполнен p-n переход. Самыми ходовыми и имеющими наибольший процент КПД продолжают являться солнечные батареи, изготовленные на основе монокристалла или поликристалла кремния. Причем вторые из-за относительной дешевизны становятся все распространеннее. К какому типу конструкции солнечная батарея относится можно определить невооруженным глазом. Монокристаллические светопреобразователи имеют исключительно чёрно-серый цвет, а модели на основе поликристалла кремния выделяет синяя поверхность. Поликристаллические солнечные батареи, изготавливаемые методом литья, оказались более дешевыми в производстве. Однако и у поли- и монокристаллических пластин есть один недостаток — конструкции солнечных батарей на их основе не обладают гибкостью, которая в некоторых случаях не помешает.

Ситуация меняется с появлением в 1975 году солнечной батареи на основе аморфного кремния, активный элемент которых имеет толщину от 0,5 до 1 мкм, обеспечивая им гибкость. Толщина обычных кремниевых элементов достигает 300 мкм. Однако, несмотря на светопоглощаемость аморфного кремния, которая примерно в 20 раз выше, чем у обычного, эффективность солнечных батарей такого типа, а именно КПД не превышает 12 %. Для моно- и поликристаллических вариантов при всем этом он может достигать 17 % и 15 % соответственно.

Материал, из которого изготовлены пластины, влияет на характеристики солнечных батарей

Чистый кремний в производстве пластин для солнечных батарей практически не используется. Чаще всего в качестве примесей для изготовления пластины, вырабатывающей положительный заряд, используется бор, а для отрицательно заряженных пластин мышьяк. Кроме них при производстве солнечных батарей все чаще используются такие компоненты, как арсенид, галлий, медь, кадмий, теллурид, селен и другие. Благодаря ним солнечные батареи становятся менее чувствительными к перепадам окружающих температур.

Большинство солнечных батарей могут накапливать энергию, представляя собой системы

В современном мире отдельно от других устройств солнечные батареи используются все реже, чаще представляя собой так называемые системы. Учитывая, что фотоэлектрические элементы вырабатывают электрический ток только при прямом воздействии солнечных лучей или света, ночью или в пасмурный день они становятся практически бесполезными. С системами на солнечных батареях всё иначе. Они оборудованы аккумулятором, способным накапливать электрический ток днем, когда солнечная батарея его вырабатывает, а ночью, накопленный заряд может отдавать потребителям.

Солнечная система представляет собой совокупность солнечной батареи и аккумулятора

Для увеличения мощности, выходного напряжения и тока на основе солнечных батарей создаются панели, где отдельные элементы соединяются последовательно или параллельно.

www.sun-battery.biz

Устройство солнечной батареи

Конструктивная схема солнечной батареи достаточно проста, но в то же время изящна. Модули, преобразующие ультрафиолетовое излучение в электрическую энергию, состоят из следующих составных частей:

1. Внешнее противоударное закаленное стекло, выполняющее прежде всего защитную функцию;
2. Фотоэлементы поликристаллического или монокристаллического типа, осуществляющие выработку электроэнергии при воздействии на их поверхность ультрафиолетового излучения;
3. Защитная ламинирующая пленка;
4. Защитная тыльная пленка;
5. Распределитель с диодами;
6. Профильная конструкция, обеспечивающая сочленение фотоэлементов и облегчающая его установку в самых различных локациях.

Схема, демонстрирующая устройство солнечной батареи, приведена на иллюстрации

Основные технические характеристики

Технические характеристики, на которые стоит обратить внимание потенциальному покупателю подобного оборудования, непосредственно определяют сферу применения конкретных соляризационных модулей и их пригодность для решения конкретной задачи в рамках проекта станции автономного электроснабжения объекта.

Такими определяющими показателями, указываемыми в паспорте изделия, являются:

• Номинальная мощность, Вт;
• Тип фотоэлементов;
• Их количество в данной модели;
• Общая площадь светочувствительной поверхности, квадратных метров;
• Коэффициент полезного действия модели, зависящий от разновидности используемых фотоэлементов (моно/поликристаллические);
• Напряжение холостого хода, В;
• Величина тока короткого замыкания, А;
• Общие размеры и площадь модели, мм и квадратных метров соответственно;
• Масса оборудования, кг.

Выбирая солнечные батареи для дома либо дачи, стоит обращать внимание и на другие критерии. В частности, не имеющие прямого отношения к техническим характеристикам такой техники – бренд, цена устройства, гарантийный срок и так далее – также играют определенную роль в предпочтениях покупателей. Только четкое и глубокое сравнение вариантов батарей для домашних гелеостанций поможет заказчикам оборудования избежать неоправданных финансовых расходов и ошибок в выборе.

Продажа солнечных батарей российского и заграничного производства выполняется многими компаниями. Но правильно подобрать модель устройства, их количество и номенклатуру остальных комплектующих автономной системы энергоснабжения жилого объекта помогают далеко не все из поставщиков оборудования. Поэтому если Вы хотите получить профессиональную помощь в подборе составляющих домашней гелиостанции, мы рекомендуем обращаться к менеджерам «АССОЛАР».

as-solar.ru

Характеристика устройств

Ученым удалось обнаружить природные вещества, в которых происходит преобразование света в электроэнергию. Этот процесс они стали называть фотоэлектрическим эффектом. Впоследствии им удалось научиться управлять этим явлением. Потом благодаря полупроводниковым материалам они смогли создать небольшие эффективные приборы – фотоэлементы.

После этого было налажено производство миниатюрных преобразователей и эффективных гелиопанелей. КПД кремниевых панелей составляет 18–22%.

Из данных модулей собирают солнечные батареи, преобразующие фотоны солнечной энергии в постоянный ток, накапливающийся в аккумуляторах или трансформирующийся в переменный ток напряжением 220 V, необходимый для питания многих бытовых и промышленных электроприборов.

Такие источники питания незаменимы для удаленных районов, где нет централизованного электроснабжения или часто случаются перебои с электричеством. Кроме того, они позволяют экономить затраты на электроснабжение в быту и в некоторых отраслях промышленности.

Разновидность солнечных батарей

В зависимости от материала изготовления и способа производства, солнечные батареи подразделяют на кремниевые и плёночные.

Кремневые элементы – это устройства, сделанные из кремния, так как этот химический элемент обладает повышенной производительностью, поэтому на него сейчас огромный спрос на мировом рынке. По структуре их подразделяют на три подтипа.

Монокристаллические батареи

Это солнечные батареи состоят из силиконовых ячеек, соединенных между собой. Их удается создавать только из чистейшего кремния, который добывают с помощью выращивания кристаллов. Когда монокристалл становится твёрдым, его делят на тончайшие пластинки, которые соединяют между собой с помощью сетки из металлических электродов. Такая технология изготовления очень дорогая и трудоемкая, поэтому её используют меньше, хотя у монокристаллических батарей высокий КПД, около 22%.

Поликристаллические батареи

Это солнечные батареи состоят из поликристаллов, полученных благодаря постепенному охлаждению сплава кремния. Данная технология изготовления обходится дешевле. Но в этом случае понижается КПД на 4–5%. Это характеризуется тем, что в поликристаллах образуются зоны с зернистыми границами, именно они понижают эффективность поликристаллических батарей.

Аморфные батареи

Это солнечные батареи делают из кремневодорода или силана. У аморфных батарей маленький КПД, порядка 5%, но они обладают многими достоинствами:

• гибкие;
• эффективно работают в пасмурную погоду;
• очень тонкие (1 мкм).

Плёночные батареи подразделяются на несколько видов:

• на основе теллурида кадмия;
• на основе сплава меди, индия и селена, их КПД достигает 16–20%;
• полимерные фотоэлементы из органики, у которых КПД небольшой 5–6%.

Принцип работы

На отрицательно заряженную панель воздействует солнечный свет, при этом образуется еще множество отрицательных зарядов и «пустот». Электрическое поле, присутствующее в p-n переходе, разделяет положительные и отрицательны частицы. При этом положительные переходят в верхний слой, а отрицательные в нижний. Это приводит к разности потенциалов, в результате возникает постоянное напряжение. Поэтому становится ясно, что каждый фотопреобразователь действует как батарейка. И если к нему подключить нагрузку, в цепи возникнет ток. При этом его сила зависит от следующего:

• степень инсоляции;
• габариты фотопреобразователя;
• вид фотоэлемента;
• полное сопротивление подключенных электроприборов.

Схема работы солнечного электроснабжения

Когда рассматривается схема солнечной батареи, то становятся заметны в ней загадочные наименования узлов. Но на первый взгляд, схема электрической цепи и устройство батареи выглядят просто.

Солнечные модули – это основные элементы солнечной батареи. Эти прямоугольные солнечные панели собирают из определенного количества фотоэлементов. Изготавливают фотопанели разные по мощности и напряжению, кратному 12V.

Панели плоской формы хорошо ложатся на поверхностях. Модульные блоки соединяются с помощью взаимосвязанных подключений в гелиобатарею. Главная цель устройства – это трансформация энергии света в постоянный ток необходимой величины.

Аккумуляторы – это устройства, накапливающие электричество. Когда потребители подключены к электрической сети, энергонакопители сохраняют в себе излишки электроэнергии.Аккумуляторный блок питает сеть нужным объемом энергии и в то же время поддерживает в ней стабильное напряжение, после возрастания величины потребления до высоких значений. Это бывает ночью и в пасмурную погоду, когда не работают солнечные панели.

Контроллер является посредником между солнечным модулем и аккумуляторами. Он корректирует степень заряженности батарей и защищает их от выкипания, что может произойти от перезарядки или уменьшения электрического потенциала ниже приделов, требуемых для стабильного функционирования системы.

Инвертор – это узел, который выполняет функцию трансформации постоянного тока солнечных панелей и аккумуляторов в переменный ток напряжением 220V. Именно это напряжение требуется для большинства бытовых и промышленных электроприборов.

Пример устройства

Основной смысл подключения солнечных источников электропитания в точном определении нагрузки и правильной настройке контролёра заряда. Самая примитивная схема представлена в устройстве садового фонаря. Эти фонари сегодня становятся очень популярными за счёт яркого освещения. Конечно, зимой свет фонарей, питающихся с помощью фотоэлектрического эффекта солнечной энергией, не такой яркий. В этом случае в схему входит фотоэлемент, накопительный аккумулятор и лампа.

teplyhouse.ru

В последнее время активно развиваются технологии получения альтернативной энергии. Это солнечные батареи (СБ), ветровые станции и ряд иных устройств. Особенно перспективными считаются СБ или так называемые фотоэлектрические панели, ведь с учетом почти вечной жизни солнца такая энергия является неисчерпаемой. Несмотря на их пока что сравнительно высокую стоимость, они обеспечивают получение бесплатной и экологически чистой энергии. Тем не менее, цены на СБ год из года снижаются, что свидетельствует о больших перспективах их повсеместного внедрения.

Устройство солнечных батарей

Солнечная батарея представляет систему полупроводниковых устройств в виде фотоэлектрических преобразователей, которые преобразуют энергию солнца в постоянный электрический ток с применением принципа фотоэффекта.

1 — Контроллер
2 — Батарея
3 — Инвертор
4 — Модуль
5 — Электрооборудование

Солнечная батарея включает в себя следующие элементы:

• Материал-полупроводник, состоящий из двух слоев материалов с различной проводимостью. К примеру, это может быть поликристаллический или монокристаллический кремний с включением иных химических соединений для создания принципа фотоэффекта p-n перехода. То есть, один материал имеет недостаток электронов, а другой – их избыток.
• Диэлектрик, тончайший слой элемента, который противостоит переходу электронов.
• Источник электропитания. При его подключении к противостоящему слою, запорная зона легко преодолевается электронами. В результате появляется упорядоченное движение зараженных частиц, то есть электрический ток.
• Аккумулятор. Обеспечивает накопление и сохранение энергии.
• Штатный контроллер заряда.
• Инвертор-преобразователь. Производит преобразование постоянного тока, идущего от солнечной батареи, в переменный.
• Стабилизатор напряжения. Обеспечивает в системе солнечной батареи создание напряжения необходимого диапазона.

Принцип действия

• Солнечный свет в виде фотонов света попадает на поверхность солнечной батареи.
• При столкновении с поверхностью полупроводника фотоны передают энергию электронам полупроводника.
• Электроны, выбитые из полупроводника вследствие удара, преодолевают защитный слой, имея при себе дополнительную энергию.
• В результате отрицательные электроны переходят в проводник n из p-проводника, а положительные совершают обратный маневр. Подобному переходу способствуют электрические поля, которые на данный момент имеются в проводниках. Впоследствии они увеличивают разность и силу зарядов.

Если батарея, освещенная солнцем, замкнута на определенную нагрузку с сопротивлением R, то наблюдается появление электрического тока I. Его величина определяется сопротивлением нагрузки, интенсивностью освещения и качеством фотоэлектрического преобразователя. Мощность P, выделяемая в нагрузке определяется формулой P= I*U, где U показывает напряжение на зажимах батареи.

Виды

В зависимости от применяемых материалов солнечные батареи могут быть:

• Панели из монокристаллических фотоэлектрических элементов. Они эффективны, однако более дороги, КПД составляет 14-16%. У монокристаллических элементов многоугольная форма, вследствие чего всю площадь заполнить трудно;
• Панели из аморфного кремния. Такие батареи демонстрируют низкий КПД в пределах 6-8%. Но среди кремниевых технологий преобразователей у них наиболее дешевая электроэнергия;
• Панели из теллурида кадмия выполняются на базе пленочной технологии. Нанесение полупроводникового слоя осуществляется слоем в несколько сотен микрометров. КПД составляет 11%, но в сравнении с кремниевыми батареями ватт мощности обходится дешевле на десятки процентов;
• Панели на базе полупроводников CIGS, которые состоят из селена, галлия, индия и меди. КПД таких панелей доходит до 15%;
• Полимерные панели. Это разновидность тонкопленочных батарей, принцип работы которых напоминает фотосинтез растений. Включает слой полимера, защитный слой, гибкую подложку и алюминиевые электроды. КПД 5-6%;
• Наиболее распространенными вследствие оптимального соотношения КПД и цены являются панели из поликристаллических фотоэлектрических элементов. Их КПД достигает 12-14%.

СБ также можно условно разбить на следующие типы:

• Тонкопленочные или гибкие (на базе теллурида кадмия, кристаллические и аморфные);
• Жесткие (из кристаллического кремния, иногда аморфного);
• Односторонние (поглощают свет одной стороной);
• Двухсторонние (поглощают свет обеими сторонами).

Особенности

• Заряд аккумуляторной батареи при слабом солнечном свете уменьшается, отдавая электроприемнику электрическую энергию, то есть идет постоянная работа в режиме зарядки и разряда. Контроль выполняется специальным контроллером.
• СБ не требуют никаких специальных профилактических работ. Может потребоваться лишь протирание пыли.
• Панели можно использовать и зимой, однако производительность в этот период уменьшается в полтора-два раза. Чтобы на панелях не накапливается снег, их следует устанавливать под углом 70 градусов на возвышении.
• Солнечные батареи лучше всего подойдут для автономных систем, в которых много бытовых энергоэффективных электроприборов, не включенных постоянно.

Применение

Солнечные батареи могут применяться практически повсеместно:

• Электромобили.
• Портативная электроника.
• Калькуляторы, фонарики, плееры и так далее, то есть везде, где требуется подзарядки аккумуляторов различной бытовой электроники.
• Авиация. Так создан самолет Solar Impulse, работающий только на солнечной энергии.
• Энергообеспечение домов, школ, аэропортов и иных зданий. Солнечные батареи широко используются в субтропических и тропических регионах, где много солнечных дней. В особенности популярны они в странах Средиземноморья.
• Использование в космосе. СБ ставят на МКС, устанавливают на спутниках, космических и межпланетных аппаратах, а также многое другое.

Достоинства и недостатки

Среди преимуществ можно отметить:

• Экологичность;
• Долговечность, фотоэлементы служат несколько десятков лет;
• Простой принцип работы. Благодаря чему поломок в солнечной батарее практически не бывает;
• Бесшумность;
• Возможность постоянной работы;
• Не нужно топлива;
• Общедоступность;
• Возможность изменения мощности системы.

Среди недостатков можно отметить:

• Низкий КПД. Нужна большая площадь батарей, чтобы обеспечить нужды даже небольшой семьи;
• Сложность сборки системы и наладки;
• Достаточно высокая стоимость солнечных батарей, а также низкая окупаемость системы.

Перспективы

Стремление человечества к экологичности и отказу от нефти приведет к внедрению все больших энергосберегающих технологий. Это значит, что солнечные батареи будут использоваться повсеместно. А создание панелей с более высоким КПД позволит:

• Оборудовать большинство зданий панелями для получения энергии;
• Монтировать их в автомобили, дороги, роботы и многочисленные иные приборы;
• Устанавливать их в одежду и даже вживлять в человека. Южнокорейские ученые уже создали подкожную солнечную батарею, которая в 15 раз тоньше волоса. Она обеспечивает бесперебойную работу приборов, которые имплантированы в тело, к примеру, кардиостимулятора.

Похожие темы:

• Солнечные элементы. Виды, особенности, принцип действия

• Окна батареи. Прозрачные солнечные

• Фотоэлементы. Классификация. Устройство и принцип действия

• electrosam.ru

  Фотогальванический эффект впервые наблюдал в 1939 году Антуан Анри Беккерель, французский физик, но первый прототип солнечной батареи был сделан Чарльзом Фриттсом, американским изобретателем в 1883 году. Устройство этой солнечной батареи представляло собой полупроводник, который был покрыт тончайшим слоем золота. Такая батарея имела эффективность около 1%.

  

  Александр Столетов в 1888 году изобрел первый во всем мире фотоэлектрический элемент. Альберт Эйнштейн в 1905 году объяснил в своей работе явление фотоэлектрического эффекта, за что в 1921 году был удостоен Нобелевской премии по физике. Солнечная батарея, имеющая современный вид, была запатентована Расселом Олом в 1946 году.

  Современные солнечные батареи на основе кристаллического кремния были разработаны в Лабораториях Белла инженерами Кельвином Соулзером Фуллером, Дэрил Чапин и Геральдом Пирсоном в 1954 году.

  Сегодня солнечные батареи выполняются в основном на основе кремния. Есть две технологии изготовления – поликристаллическая и монокристаллическая. Первая технология более современна и применяется для получения солнечных батарей, стоимость которых дешевле.

  Есть также солнечные батареи на основе теллурия, селенидов меди, кадмия, галлия и индия, аморфного кремния.

  • Цены на солнечную энергию более конкурентны, чем принято думать
  • Хевел завершает возведение завода, который будет производить солнечные модули
  • Фотохимические и органические солнечные модули: фотовольтаический взгляд
  • Учёные разработали солнечные элементы с жидкими нанокристаллами
  • Ученые разработали дешевую и высокоэффективную солнечную технологию
  • Ученые изобрели более дешевый и устойчивый аналог панелей
  • Улучшение измерений мощности может ускорить развитие солнечных элементов
  • Тибет получает солнечный проект

  Солнечная батарея (ее называют также фотоэлектрические элементы) – это электрические твердотелые устройства, предназначенные для преобразования энергии солнца в электроэнергию посредством фотоэлектрического эффекта. Каждая солнечная батарея в своем устройстве содержит солнечные ячейки.

  Солнечные ячейки объединяют для создания модулей, вырабатывающих электричество из энергии солнца. Эти сборки монтируются вместе, чтобы получалась группа из солнечных модулей. Они устанавливаются на специальные стеллажи и поворотные устройства, которые направляют группу солнечных модулей, которая включает в себя электронный обвес, на солнце. Такие сборки имеют название солнечных панелей.

  В русском языке солнечными батареями называются и все детали сборки вместе, и по отдельности. Это неверно, так как слово «батарея» подразумевает аккумулирование или/и выделение энергии. С другой стороны, в солнечной панели иногда тоже есть батареи – это могут быть аккумуляторы, накапливающие заряд, который поступает от солнечных сборок. Но солнечная панель и её сборка – это уже больше генератор.

  В английском языке упоминается и солнечный модуль, и солнечная панель, и фотоэлектрическая панель. Отличие заключается в том, что солнечный модуль представляет собой спаянное, самостоятельное гидроизолированное устройство, он не разбирается на солнечные ячейки. Солнечную панель можно разделить на солнечные модули.

  Мы будем использовать словосочетание – солнечная батарея, которое будет означать именно неразборный солнечный модуль, скомпонованный из солнечных ячеек в солнечную панель.

  Существует много видов фотогальванических ячеек. Они не обязательно используются для обустройства солнечных батарей. Они служат также для обнаружения света в других системах, например, обнаруживая инфракрасное излучение. Также они применяются для измерения интенсивности светового потока.

  Существуют различные обозначения фотоэффекта. Фотовольтаический эффект – это появление электродвижущей силы под действием сил электромагнитного поля. Фотогальванический эффект – образование электрического тока в процессе освещения диэлектрика или полупроводника или образование электродвижущей силы на освещаемом образце при разомкнутой цепи.

  Одновременно с этим, фотоэффект – это испускание электронов или другого электромагнитного излучения в жидких или твердых веществах.

  Мы будем использовать термин фотогальванические элементы.

  Устройство солнечных батарей

  Как правило, устройство солнечной батареи таково, что фотогальванические модули заключены в корпус. Сверху они покрыты стеклом, позволяющим проникать солнечному свету до самих ячеек, одновременно защищая их от вредных химических и механических воздействий. Сзади модули защищает крышка из пластика с креплениями. Солнечные ячейки соединены в модулях в серии для создания необходимого напряжения, они соединяются в этом случае последовательно. В случае параллельного соединения будет выдаваться большой ток, но из-за электрических эффектов, происходящих в панелях, и условий внешней среды оно проблематично. Например, если отдельные строки из ячеек (а солнечному модулю свойственна строчная структура) будут затенены, то это может привести к обратным токам через затененные ячейки от ячеек, которые освещены. Это приведет к резкому снижению результативности и даже выходу из строя ячеек в устройстве солнечной батареи.

  Нужно, чтобы строки из ячеек были самостоятельными элементами, четыре строки по 10 вольт, например. Чтобы предотвратить теневые эффекты применяются специальные схемы защиты и распараллеливания строк.

  Для достижения нужного соотношения силы тока и напряжения солнечные модули соединяются в панели параллельно или последовательно. Но специалисты рекомендуют применять специальные независимые системы способствующие распределению нагрузки – maximum power point trackers (MPPT).

  Данные системы помогают избежать фиксированной цепи в процессе переключения модулей в последовательный или параллельный режимы для компенсации затененных участков в устройстве солнечной батареи или панели.

  Энергия, собранная с солнечной панели идет к потребителям через инвенторы напряжения. Энергия в автономных системах запасается в батареях и применяется по мере необходимости.

  Принцип работы солнечных батарей

  1. Фотоны попадают на поверхность солнечной батареи, ударяются о ее поверхность, а затем поглощаются ее рабочим материалом, кремнием, например.

  2. Фотоны, встречаясь с атомами вещества, начинают выбивать из него его собственные электроны. В итоге возникает разность потенциалов. Электроны, которые свободны, начинают двигаться внутри вещества для погашения разности потенциалов. Образуется электрический ток. Так как солнечная батарея по своему устройству является полупроводником, то электроны могут двигаться в одном направлении.

  3. Полученный ток солнечная батарея преобразует в постоянный ток и направляет его аккумулятору или потребителю.

  Стоимость солнечных панелей (батарей) ежегодно неуклонно снижается. Происходит это благодаря созданию новых методов изготовления ячеек, изучения и обработки материалов.

  Начиная с середины 2010 года стоимость ватта электроэнергии, производимой солнечной батареей, снизилась до 1,2-1,5 долларов для кристаллических модулей.

  Технологии и материалы

  Солнечные батареи создаются из кристаллического кремния. Сегодня это самое распространенное вещество для обустройства ячеек в солнечных батареях. Его еще называют «кремний солнечного качества». Данный вид кремния разделяется на виды, которые определяются размером кристаллов и методиками изготовления.

  Монокристаллический кремний. Изготовляется в основном тигельным методом или методом Чохральского. Он не отличается принципиально от методов выращивания медного купороса или кристаллов соли.

  Кремний расплавляется в большом тигле. Затем в него добавляется затравка, являющаяся кремниевым стержнем, вокруг которой начинается процесс нарастания нового кристалла. Затравка и тигель вращаются в разные стороны. В итоге образуется огромный круглый кристалл кремния, его нарезают на пластинки, из которых выполняются ячейки солнечной батареи. Основным недостатком метода является множество обрезков и специфическая форма солнечных монокристаллических ячеек – квадрат, у которого обрезаны углы.

  Поликристаллический кремний. Этот материал является более простым и дешевым в изготовлении. В отличие от монокристаллического кремния, являющегося единым кристаллом с регулярной решеткой, поликристаллический кремний представляет собой совокупность из множества разных кристаллов, которые образуют единый кусок. Отсюда и специфический блик на поверхности солнечных батарей, в устройстве которых он содержится, напоминающий металлические хлопья.

  Ленточный кремний. Это вид поли-кремния. Он создается путем наплавления тонких кремниевых слоев друг на друга. Образуется поликристаллическая решетка. Последующая распиловка не требуется, поэтому его производство еще дешевле. Но он мене эффективен.

  zeleneet.com

  
  
  Полезное по теме

  1. Утеплить пол в квартире на 1 этаже
  2. Солнечная батарея аккумулятор
  3. Vaillant котел
  4. Электрическое отопление на даче
  5. Бакси луна 3 комфорт 240 fi инструкция
  6. Как разобрать масляный обогреватель
  7. Как обшить дом металлопрофилем