Принцип работы солнечные панели: Принцип работы солнечных батарей | Интернет магазин «Акваленд»

Содержание

Принцип работы солнечной батареи: как устроена панель

Эффективное преобразование бесплатных лучей солнца в энергию, которую можно использовать для электроснабжения жилья и иных объектов, – заветная мечта многих апологетов зеленой энергетики.

Но принцип работы солнечной батареи, и ее КПД таковы, что о высокой эффективности таких систем пока говорить не приходится. Было бы неплохо обзавестись собственным дополнительным источником электроэнергии. Не так ли? Тем более что уже сегодня и в России с помощью гелиопанелей “дармовой” электроэнергией успешно снабжается немалое количество частных домохозяйств. Вы все еще не знаете с чего начать?

Ниже мы расскажем вам об устройстве и принципах работы солнечной панели, вы узнаете, от чего зависит эффективность гелиосистемы. А размещенные в статье видеоролики помогут собственноручно собрать солнечную панель из фотоэлементов.

Содержание статьи:

Солнечные батареи: терминология

В тематике «солнечной энергетики» достаточно много нюансов и путаницы. Часто новичкам разобраться во всех незнакомых терминах поначалу бывает трудно. Но без этого заниматься гелиоэнергетикой, приобретая себе оборудование для генерации “солнечного” тока, неразумно.

По незнанию можно не только выбрать неподходящую панель, но и попросту сжечь ее при подключении либо извлечь из нее слишком незначительный объем энергии.

Галерея изображений

Фото из

Установка из солнечных панелей позволяет рационально использовать бесплатную, к тому же неисчерпаемую энергию солнечных лучей

Миниатюрные электростанции, собранные из солнечных батарей, обеспечат энергией неэлектрифицированные объекты и дома, расположенные в регионах с перебоями в поставке электричества

Установки, перерабатывающие УФ излучение в электроэнергию, занимают минимум места. их располагают на крышах домов, хозпостроек, гаражей, беседок, веранд. Реже их располагают на открытых, не занятых постройками и насаждениями площадках

Солнечные батареи — незаменимое оборудование для любителей путешествий. Оно обеспечит энергией вдали от источников электропитания

Использование солнечной энергии предоставит возможность существенно сократить затраты на содержание дач и загородных домов. собрать и установить экономически полезную систему без затруднений можно собственными руками

Расположенные на корме яхты, палубе корабля или носу катера солнечные батареи обеспечат электроэнергией, благодаря которой можно поддерживать стабильную связь с берегом

Портативная солнечная панель с аккумулятором исключит возникновение экстремальных ситуаций вдали от населенных пунктов, гарантирует зарядку мобильных устройств для общения с близкими

Выпускаемые специально для походов легкие компактные зарядные устройства на основе солнечных батарей обеспечат энергией телефоны, рации, планшеты и медиа-технику

Рациональное использование природных ресурсов

Обеспечение энергией неэлектрифицированных объектов

Монтаж солнечных панелей на крыше

Мобильная солнечная батарея в кемпинге

Самостоятельный монтаж на дачном участке

Генератор энергии в морских прогулках

Портативная солнечная панель с аккумулятором

Занимающий минимум места прибор

Вначале следует разобраться в существующих разновидностях оборудования для гелиоэнергетики. Солнечные батареи и солнечные коллекторы – это два принципиально разных устройства. Оба они преобразуют энергию лучей солнца.

Однако в первом случае на выходе потребитель получает энергию электрическую, а во втором тепловую в виде нагретого теплоносителя, т.е. солнечные панели используют для .

Максимум отдачи от солнечной панели можно будет получить, только зная, как она работает, из каких компонентов и узлов состоит и как все это правильно подключается

Второй нюанс – это понятие самого термина «солнечная батарея». Обычно под словом «батарея» понимается некое аккумулирующее электроэнергию устройство. Либо на ум приходит банальный отопительный радиатор. Однако в случае с гелиобатареями ситуация кардинально иная. Они ничего в себе не накапливают.

Солнечной панелью генерируется постоянный электроток. Чтобы преобразовать его в переменный (используемый в быту), в схеме должен присутствовать инвертор

Солнечные батареи предназначены исключительно для генерации электрического тока. Он, в свою очередь, накапливается для снабжения дома электричеством ночью, когда солнце опускается за горизонт, уже в присутствующих дополнительно в схеме энергообеспечения объекта аккумуляторах.

Батарея здесь подразумевается в контексте некой совокупности однотипных компонентов, собранных в нечто единое целое. Фактически это просто панель из нескольких одинаковых фотоэлементов.

Внутреннее устройство гелиобатареи

Постепенно солнечные батареи становятся все дешевле и эффективней. Сейчас они применяются для подзарядки аккумуляторов в уличных фонарях, смартфонах, электроавтомобилях, частных домах и на спутниках в космосе. Из них стали даже строить полноценные солнечные электростанции (СЭС) с большими объемами генерации.

Гелиобатарея состоит из множества фотоэлементов (фотоэлектрических преобразователей ФЭП), преобразующих энергию фотонов с солнца в электроэнергию

Каждая солнечная батарея устроена как блок из энного количества модулей, которые объединяют в себе последовательно соединенные полупроводниковые фотоэлементы. Чтобы понять принципы функционирования такой батареи, необходимо разобраться в работе этого конечного звена в устройстве гелиопанели, созданного на базе полупроводников.

Виды кристаллов фотоэлементов

Вариантов ФЭП из разных химических элементов существует огромное количество. Однако большая их часть – это разработки на начальных стадиях. В промышленных масштабах сейчас выпускаются пока что только панели из фотоэлементов на основе кремния.

Кремниевые полупроводники используются при изготовлении солнечных батарей из-за своей дешевизны, особо высоким КПД они похвастаться не могут

Обычный фотоэлемент в гелиопанели – это тонкая пластина из двух слоев кремния, каждый из которых имеет свои физические свойства. Это классический полупроводниковый p-n-переход с электронно-дырочными парами.

При попадании на ФЭП фотонов между этими слоями полупроводника из-за неоднородности кристалла образуется вентильная фото-ЭДС, в результате чего возникает разность потенциалов и ток электронов.

Кремниевые пластины фотоэлементов различаются по технологии изготовления на:

  1. Монокристаллические.
  2. Поликристаллические.

Первые имеют более высокий КПД, но и себестоимость их производства выше, нежели у вторых. Внешне один вариант от другого на солнечной панели можно различить по форме.

Галерея изображений

Фото из

Гелио-электростанция на загородном участке

Солнечные монокристаллические батареи

Внешний вид солнечных батарей на монокристаллах

Монокристаллическая единица солнечной батареи

Поставка готовой к монтажу солнечной батареи

Поликристаллический фотоэлемент для солнечной батареи

Гелио-батарея из поликристаллических фотоэлементов

Изготовление солнечной батареи своими руками

У монокристаллических ФЭП однородная структура, они выполняются в виде квадратов со срезанными углами. В отличие от них поликристаллические элементы имеют строго квадратную форму.

Поликристаллы получаются в результате постепенного охлаждения расплавленного кремния. Метод этот предельно прост, поэтому такие фотоэлементы и стоит недорого.

Но производительность в плане выработки электроэнергии из солнечных лучей у них редко превышает 15%. Связано это с “нечистотой” получаемых кремниевых пластин и внутренней их структурой. Здесь чем чище p-слой кремния, тем более высокий выходит КПД у ФЭП из него.

Чистота монокристаллов в этом отношении гораздо выше, нежели у поликристаллических аналогов. Их делают не из расплавленного, а из искусственно выращенного цельного кристалла кремния. Коэффициент фотоэлектрического преобразования у таких ФЭП уже достигает 20-22%.

В общий модуль отдельные фотоэлементы собираются на алюминиевой раме, а для защиты их сверху закрывают прочным стеклом, которое нисколько не препятствует солнечным лучам

Обращенный к солнцу верхний слой пластинки-фотоэлемента делается из того же кремния, но уже с добавлением фосфора. Именно последний будет источником избыточных электронов в системе p-n-перехода.

Настоящим прорывов в области использования солнечной энергии стала разработка гибких панелей с аморфным фотоэлектрическим кремнием:

Галерея изображений

Фото из

Гибкий вариант солнечной батареи

Наклейка гибкого фотоэлемента на жалюзи

Зарядка для мобильников на гибкой батарее

Устойчивая к механическим воздействиям панель

Принцип работы солнечной панели

При падении солнечных лучей на фотоэлемент в нем генерируются неравновесные электронно-дырочные пары. Избыточные электроны и «дырки» частично переносятся через p-n-переход из одного слоя полупроводника в другой.

В итоге во внешней цепи появляется напряжение. При этом на контакте p-слоя формируется положительный полюс источника тока, а на n-слоя – отрицательный.

Разность потенциалов (напряжение) между контактами фотоэлемента появляется из-за изменения числа «дырок» и электронов с разных сторон p-n-перехода в результате облучения n-слоя солнечными лучами

Подключенные к внешней нагрузке в виде аккумулятора фотоэлементы образуют с ним замкнутый круг. В результате солнечная панель работает, как своеобразное колесо, по которому вместе белки “бегают” электроны. А аккумуляторная батарея при этом постепенно набирает заряд.

Стандартные кремниевые фотоэлектрические преобразователи являются однопереходными элементами. Переток в них электронов происходит только через один p-n-переход с ограниченной по энергетике фотонов зоной этого перехода.

То есть каждый такой фотоэлемент способен генерировать электроэнергию только от узкого спектра солнечного излучения. Вся остальная энергия пропадает впустую. Поэтому-то и эффективность у ФЭП так низка.

Чтобы повысить КПД солнечных батарей, кремниевые полупроводниковые элементы для них в последнее время стали делать многопереходными (каскадными). В новых ФЭП переходов уже несколько. Причем каждый из них в этом каскаде рассчитан на свой спектр солнечных лучей.

Суммарная эффективность преобразования фотонов в электроток у таких фотоэлементов в итоге возрастает. Но и цена их значительно выше. Здесь либо простота изготовления с невысокой себестоимостью и низким КПД, либо более высокая отдача вкупе с высокой стоимостью.

Солнечная батарея может работать как летом, так и зимой (ей нужен свет, а не тепло) – чем меньше облачность и ярче светит солнце, тем больше гелиопанель сгенерирует электрического тока

При работе фотоэлемент и вся батарея постепенно греется. Вся та энергия, что не пошла на генерацию электротока, трансформируется в тепло. Часто температура на поверхности гелиопанели поднимается до 50–55 °С. Но чем она выше, тем менее эффективно работает фотогальванический элемент.

В итоге одна и та же модель солнечной батареи в жару генерирует тока меньше, нежели в мороз. Максимум КПД фотоэлементы показывают в ясный зимний день. Тут сказываются два фактора – много солнца и естественное охлаждение.

При этом если на панель будет падать снег, то электроэнергию она генерировать все равно продолжит. Более того, снежинки даже не успеют на ней особо полежать, растаяв от тепла нагретых фотоэлементов.

Эффективность батарей гелиосистемы

Один фотоэлемент даже в полдень при ясной погоде выдает совсем немного электроэнергии, достаточной разве что для работы светодиодного фонарика.

Чтобы повысить выходную мощность, несколько ФЭП объединяют по параллельной схеме для увеличения постоянного напряжения и по последовательной для повышения силы тока.

Эффективность солнечных панелей зависит от:

  • температуры воздуха и самой батареи;
  • правильности подбора сопротивления нагрузки;
  • угла падения солнечных лучей;
  • наличия/отсутствия антибликового покрытия;
  • мощности светового потока.

Чем ниже температура на улице, тем эффективней работают фотоэлементы и гелиобатарея в целом. Здесь все просто. А вот с расчетом нагрузки ситуация сложнее. Ее следует подбирать исходя из выдаваемого панелью тока. Но его величина меняется в зависимости от погодных факторов.

Гелиопанели выпускаются с расчетом на выходное напряжение, кратное 12 В – если на аккумулятор надо подать 24 В, то две панели к нему придется подсоединить параллельно

Постоянно отслеживать параметры солнечной батареи и вручную корректировать ее работу проблематично. Для этого лучше воспользоваться , который в автоматическом режиме сам подстраивает настройки гелиопанели, чтобы добиться от нее максимальной производительности и оптимальных режимов работы.

Идеальный угол падения лучей солнца на гелиобатарею – прямой. Однако при отклонении в пределах 30-ти градусов от перпендикуляра эффективность панели падает всего в районе 5%. Но при дальнейшем увеличении этого угла все большая доля солнечного излучения будет отражаться, уменьшая тем самым КПД ФЭП.

Если от батареи требуется, чтобы она максимум энергии выдавала летом, то ее следует сориентировать перпендикулярно к среднему положению Солнца, которое оно занимает в дни равноденствия по весне и осени.

Для московского региона – это приблизительно 40–45 градусов к горизонту. Если максимум нужен зимой, то панель надо ставить в более вертикальном положении.

И еще один момент – пыль и грязь сильно снижают производительность фотоэлементов. Фотоны сквозь такую “грязную” преграду просто не доходят до них, а значит и преобразовывать в электроэнергию нечего. Панели необходимо регулярно мыть либо ставить так, чтобы пыль смывалась дождем самостоятельно.

Некоторые солнечные батареи имеют встроенные линзы для концентрирования излучения на ФЭП. При ясной погоде это приводит к повышению КПД. Однако при сильной облачности эти линзы приносят только вред.

Если обычная панель в такой ситуации будет продолжать генерировать ток пусть и в меньших объемах, то линзовая модель работать прекратит практически полностью.

Солнце батарею из фотоэлементов в идеале должно освещать равномерно. Если один из ее участков оказывается затемненным, то неосвещенные ФЭП превращаются в паразитную нагрузку. Они не только в подобной ситуации не генерируют энергию, но еще и забирают ее у работающих элементов.

Панели устанавливать надо так, чтобы на пути солнечных лучей не оказалось деревьев, зданий и иных преград.

Схема электропитания дома от солнца

Система солнечного электроснабжения включает:

  1. Гелиопанели.
  2. Контроллер.
  3. .
  4. Инвертор (трансформатор).

Контроллер в этой схеме защищает как солнечные батареи, так и АКБ. С одной стороны он препятствует протеканию обратных токов по ночам и в пасмурную погоду, а с другой – защищает аккумуляторы от чрезмерного заряда/разряда.

Аккумуляторные батареи для гелиопанелей следует подбирать одинаковые по возрасту и емкости, иначе зарядка/разрядка будут происходить неравномерно, что приведет к резкому снижению срока их службы

Для трансформации постоянного тока на 12, 24 либо 48 Вольта в переменный 220-вольтовый нужен . Автомобильные аккумуляторы применять в такой схеме не рекомендуется из-за их неспособности выдерживать частые перезарядки. Лучше всего потратиться и приобрести специальные гелиевые AGM либо заливные OPzS АКБ.

Выводы и полезное видео по теме

Принципы работы и не слишком сложны для понимания. А с собранными нами ниже видеоматериалами разобраться во всех тонкостях функционирования и установки гелиопанелей будет еще проще.

Доступно и понятно, как работает фотоэлектрическая солнечная батарея, во всех подробностях:

Как устроены солнечные батареи смотрите в следующем видеоролике:

Сборка солнечной панели из фотоэлементов своими руками:

Каждый элемент в коттеджа должен быть подобран грамотно. Неизбежные потери мощности происходят на аккумуляторах, трансформаторах и контроллере. И их обязательно надо сократить до минимума, иначе и так достаточно низкая эффективность гелиопанелей окажется сведена вообще к нулю.

В ходе изучения материала появились вопросы? Или вы знаете ценную информацию по теме статьи и можете сообщить ее нашим читателям? Пожалуйста, оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке.

Солнечные батареи: принцип работы, как сделать своими руками в домашних условиях

Использование солнечной энергии для обеспечения жизненных потребностей в 21 веке является актуальным вопросом не только для корпораций, но и для населения. Теперь использование солнечных батарей для получения экологической электроэнергии привлекает много людей своей доступностью, автономностью, неиссякаемостью и минимальными вложениями. Теперь эти явления настолько привычны и обыденны, что уже давно прочно обосновались в нашу каждодневную жизнь.

Данный источник электроэнергии используется для освещения, функционирования бытовых электроприборов и отопления. Уличные фонари на солнечных батареях используются повсеместно в городской черте, на дачных участках и территориях загородных коттеджей.

Содержание

Принцип работы солнечной батареи

Устройство предназначено для непосредственного преобразования лучей солнца в электричество. Этот действие называется фотоэлектрическим эффектом. Полупроводники (кремневые пластины), которые используются для изготовления элементов, обладают положительными и отрицательными заряженными электронами и состоят их двух слоев n-слой (-) и р-слой (+). Излишние электроны под воздействием солнечного света выбиваются из слоев и занимают пустые места в другом слое. Это заставляет свободные электроны постоянно двигаться, переходя из одной пластины в другую вырабатывая электричество, которое накапливается в аккумуляторе.

Как работает солнечная батарея, во многом зависит от ее устройства. Первоначально фотоэлементы изготавливались из кремния. Они и сейчас очень популярны, но поскольку процесс очистки кремния достаточно трудоемок и затратен, разрабатываются модели с альтернативными фотоэлементами из соединений кадмия, меди, галлия и индия, но они менее производительны.

КПД солнечных батарей с развитием технологий вырос. На сегодняшний день это показатель возрос от одного процента, который регистрировался в начале столетия, до более двадцати процентов. Это позволяет в наши дни использовать панели не только для обеспечения бытовых нужд, но и производственных.

Технические характеристики

Устройство солнечной батареи довольно простое, и состоит из нескольких компонентов:

  • Непосредственно фотоэлементы / солнечная панель;
  • Инвертор, преобразовывающий постоянный ток в переменный;
  • Контроллер уровня заряда аккумулятора.

Аккумуляторы для солнечных батарей купить следует с учетом необходимых функций. Они накапливают и отдают электроэнергию. Запасание и расход происходит в течение всего дня, а ночью накопленный заряд только расходуется. Таким образом, происходит постоянное и непрерывное снабжение энергией.

Чрезмерная зарядка и разрядка батареи укорачивает ее эксплуатационный срок. Контроллер заряда солнечной батареи автоматически приостанавливают накопление энергии в аккумуляторе, когда он достиг максимальных параметров, и отключают нагрузку устройства при сильной разрядке.

(Tesla Powerwall — аккумулятор для солнечных панелей на 7 КВт — и домашняя зарядка для электромобилей)

Сетевой инвертор для солнечных батарей является самым важным элементом конструкции. Он преобразовывает полученную от солнечных лучей энергию в переменный ток различной мощности. Являясь синхронным преобразователем, он совмещает выходное напряжение электрического тока по частоте и фазе со стационарной сетью.

Фотоэлементы могут соединяться как последовательно, так и параллельно. Последний вариант увеличивает параметры мощности, напряжения и тока и позволяет устройству работать, даже если один элемент потеряет функциональность. Комбинированные модели изготовлены с использованием обеих схем. Эксплуатационный срок пластин около 25 лет.

Установка солнечных батарей

Если конструкции будут использоваться для электрообеспечения жилых пространств, то место установки следует выбирать тщательно. Если панели будут загорожены высотными зданиями или деревьями, то трудно будет получить необходимую энергию. Их необходимо разместить там, где поток солнечных лучей максимален, то есть на южную сторону. Конструкцию лучше установить под наклоном, угол которого равен географической широте месторасположения системы.

Солнечные панели должны размещаться таким образом, чтобы хозяин имел возможность периодически очищать поверхность от пыли и грязи или снега, поскольку это приводит к более низкой способности выработки энергии.

Солнечная батарея своими руками

Те, кто хочет сэкономить, задумываются, как сделать солнечную батарею в домашних условиях самостоятельно, чтобы она обладала необходимыми эксплуатационными параметрами и полностью обеспечивала энергетические потребност. Это особенно актуально для мест отдаленных от главных артерий цивилизации.

Солнечные батареи своими руками в домашних условиях изготавливаются из соответствующих элементов, которые можно купить в открытом доступе в специализированных компаниях или через интернет магазины. Если кремниевые пластины должны приобретаться у производителей, то остальные элементы, такие как лента, рамка, пленка, стекло, припой и прочее можно вполне обнаружить и дома в хозяйстве.

Солнечная батарея своими руками из подручных средств изготавливается некоторыми умельцами из медных листов, зажимов, мощных электроплит, соли и из других материалов. Такие кустарные устройства не смогут полностью обеспечить необходимой электроэнергией и могут использоваться лишь в небольших масштабах.

Лучше всего солнечные батареи купить у производителя, поскольку они обладают гарантией и необходимыми функциональными и эксплуатационными параметрами, и, значит, не подведут. Производство солнечных батарей базируется на применении новейших технологий, которые постоянно развиваются, предлагая более усовершенствованные модели. В зависимости от размеров устройств, они могут использовать для различных целей в местах, где нет снабжения электроэнергией. Они встречаются на калькуляторах, часах, различных мобильных устройствах.

Так, например, рюкзак с солнечной батареей будет незаменимым помощником тех, кто любит путешествовать с комфортом. Он накопит достаточно энергии, чтобы зарядить фонарик для освещения туристической палатки или чтобы во время похода заряжать необходимые гаджеты. Судя по отзывам, солнечные батареи используются часто и с удовольствием для удовлетворения разнообразных нужд не только на природе, но и в быту.

Современные устройства со встроенными солнечными модулями

  • Power bank с солнечной батареей – внешний накопитель с фотоэлементами для преобразования солнечных лучей в заряд аккумулятора. Он обладает несколькими портами и предназначен для зарядки смартфонов или планшетов. Это незаменимое устройство для тех кто, много времени тратят в дороге и пользуются гаджетами. Устройство, зависимо от модели может дополняться различными функциями, как, к примеру, фонариком.
  • Робот конструктор – наборы с различными элементами, из которых можно собрать несколько конструкций, которые двигаются автономно. Это лучшая игрушка для любознательных детей. Робот конструктор на солнечной батарее купить интересно будет не только малышам, но и вполне взрослым дяденькам, поскольку захватывающим является не только движение робота, но и сам процесс сборки.
  • Уличные садовые светильники на солнечных батареях – идеальное решение для сада, огорода или приусадебного участка. Благодаря накопленному заряду они будут светиться всю ночь. Для этого не нужно прокладывать специальную проводку. Их можно брать с собой на рыбалку или семейный поход. Чрезвычайная мобильность, компактность и удобство делают фонари самыми востребованными изделиями на солнечных батареях.

Возможности эксплуатации настолько разнообразны, а технологии так быстро развивается, что скоро солнечные модули охватят все сферы жизни современного человека.

Принцип работы солнечной батареи — как работает гелиобатарея ,виды, плюсы и минусы

Здесь вы узнаете:

Принцип работы солнечной батареи основан на фотоэлектрическом эффекте. Солнечный свет, попадая на кремниевый полупроводник, преобразуется в электрический ток. Затем он накапливается в аккумуляторах и используется для бытовых нужд.

Принцип работы солнечных батарей

Солнечные батареи считаются очень эффективным и экологически чистым источником электроэнергии. В последние десятилетия данная технология набирает популярность по всему миру, мотивируя многих людей переходить на дешевую возобновляемую энергию. Задача этого устройства заключается в преобразовании энергии световых лучей в электрический ток, который может использоваться для питания разнообразных бытовых и промышленных устройств.

Правительства многих стран выделяют колоссальные суммы бюджетных средств, спонсируя проекты, которые направлены на разработку солнечных электростанций. Некоторые города полностью используют электроэнергию, полученную от солнца. В России эти устройства часто используются для обеспечения электроэнергией загородных и частных домов в качестве отличной альтернативы услугам централизованного энергоснабжения. Стоит отметить, что принцип работы солнечных батарей для дома достаточно сложный. Далее рассмотрим подробнее, как работают солнечные батареи для дома подробно.

Как было сказано раньше, принцип работы заключается в эффекте полупроводников. Кремний является одним из самых эффективных полупроводников, из известных человечеству на данный момент.

При нагревании фотоэлемента (верхней кремниевой пластины блока преобразователя) электроны из атомов кремния высвобождаются, после чего их захватывают атомы нижней пластины. Согласно законам физики, электроны стремятся вернуться в свое первоначальное положение. Соответственно, с нижней пластины электроны двигаются по проводникам (соединительным проводам), отдавая свою энергию на зарядку аккумуляторов и возвращаясь в верхнюю пластину.

Эффективность фотоэлементов, созданных при помощи монокристаллического метода нанесения кремния, является существенно выше, поскольку в такой ситуации кристаллы кремния имеют меньше граней, что позволяет электронам двигаться прямолинейно.

Технические характеристики

Устройство солнечной батареи довольно простое, и состоит из нескольких компонентов:

  • Непосредственно фотоэлементы / солнечная панель;
  • Инвертор, преобразовывающий постоянный ток в переменный;
  • Контроллер уровня заряда аккумулятора.

Аккумуляторы для солнечных батарей купить следует с учетом необходимых функций. Они накапливают и отдают электроэнергию. Запасание и расход происходит в течение всего дня, а ночью накопленный заряд только расходуется. Таким образом, происходит постоянное и непрерывное снабжение энергией.

Чрезмерная зарядка и разрядка батареи укорачивает ее эксплуатационный срок. Контроллер заряда солнечной батареи автоматически приостанавливают накопление энергии в аккумуляторе, когда он достиг максимальных параметров, и отключают нагрузку устройства при сильной разрядке.

(Tesla Powerwall — аккумулятор для солнечных панелей на 7 КВт — и домашняя зарядка для электромобилей)

Сетевой инвертор для солнечных батарей является самым важным элементом конструкции. Он преобразовывает полученную от солнечных лучей энергию в переменный ток различной мощности. Являясь синхронным преобразователем, он совмещает выходное напряжение электрического тока по частоте и фазе со стационарной сетью.

Фотоэлементы могут соединяться как последовательно, так и параллельно. Последний вариант увеличивает параметры мощности, напряжения и тока и позволяет устройству работать, даже если один элемент потеряет функциональность. Комбинированные модели изготовлены с использованием обеих схем. Эксплуатационный срок пластин около 25 лет.

Внутреннее устройство гелиобатареи

Постепенно солнечные батареи становятся все дешевле и эффективней. Сейчас они применяются для подзарядки аккумуляторов в уличных фонарях, смартфонах, электроавтомобилях, частных домах и на спутниках в космосе. Из них стали даже строить полноценные солнечные электростанции (СЭС) с большими объемами генерации.


Гелиобатарея состоит из множества фотоэлементов (фотоэлектрических преобразователей ФЭП), преобразующих энергию фотонов с солнца в электроэнергию

Каждая солнечная батарея устроена как блок из энного количества модулей, которые объединяют в себе последовательно соединенные полупроводниковые фотоэлементы. Чтобы понять принципы функционирования такой батареи, необходимо разобраться в работе этого конечного звена в устройстве гелиопанели, созданного на базе полупроводников.

Виды кристаллов фотоэлементов

Вариантов ФЭП из разных химических элементов существует огромное количество. Однако большая их часть – это разработки на начальных стадиях. В промышленных масштабах сейчас выпускаются пока что только панели из фотоэлементов на основе кремния.


Кремниевые полупроводники используются при изготовлении солнечных батарей из-за своей дешевизны, особо высоким КПД они похвастаться не могут

Обычный фотоэлемент в гелиопанели – это тонкая пластина из двух слоев кремния, каждый из которых имеет свои физические свойства. Это классический полупроводниковый p-n-переход с электронно-дырочными парами.

При попадании на ФЭП фотонов между этими слоями полупроводника из-за неоднородности кристалла образуется вентильная фото-ЭДС, в результате чего возникает разность потенциалов и ток электронов.

Кремниевые пластины фотоэлементов различаются по технологии изготовления на:

  1. Монокристаллические.
  2. Поликристаллические.

Первые имеют более высокий КПД, но и себестоимость их производства выше, нежели у вторых. Внешне один вариант от другого на солнечной панели можно различить по форме.

У монокристаллических ФЭП однородная структура, они выполняются в виде квадратов со срезанными углами. В отличие от них поликристаллические элементы имеют строго квадратную форму.

Поликристаллы получаются в результате постепенного охлаждения расплавленного кремния. Метод этот предельно прост, поэтому такие фотоэлементы и стоит недорого.

Но производительность в плане выработки электроэнергии из солнечных лучей у них редко превышает 15%. Связано это с “нечистотой” получаемых кремниевых пластин и внутренней их структурой. Здесь чем чище p-слой кремния, тем более высокий выходит КПД у ФЭП из него.

Чистота монокристаллов в этом отношении гораздо выше, нежели у поликристаллических аналогов. Их делают не из расплавленного, а из искусственно выращенного цельного кристалла кремния. Коэффициент фотоэлектрического преобразования у таких ФЭП уже достигает 20-22%.


В общий модуль отдельные фотоэлементы собираются на алюминиевой раме, а для защиты их сверху закрывают прочным стеклом, которое нисколько не препятствует солнечным лучам

Обращенный к солнцу верхний слой пластинки-фотоэлемента делается из того же кремния, но уже с добавлением фосфора. Именно последний будет источником избыточных электронов в системе p-n-перехода.

Принцип работы солнечной панели

При падении солнечных лучей на фотоэлемент в нем генерируются неравновесные электронно-дырочные пары. Избыточные электроны и «дырки» частично переносятся через p-n-переход из одного слоя полупроводника в другой.

В итоге во внешней цепи появляется напряжение. При этом на контакте p-слоя формируется положительный полюс источника тока, а на n-слоя – отрицательный.


Разность потенциалов (напряжение) между контактами фотоэлемента появляется из-за изменения числа «дырок» и электронов с разных сторон p-n-перехода в результате облучения n-слоя солнечными лучами

Подключенные к внешней нагрузке в виде аккумулятора фотоэлементы образуют с ним замкнутый круг. В результате солнечная панель работает, как своеобразное колесо, по которому вместе белки “бегают” электроны. А аккумуляторная батарея при этом постепенно набирает заряд.

Стандартные кремниевые фотоэлектрические преобразователи являются однопереходными элементами. Переток в них электронов происходит только через один p-n-переход с ограниченной по энергетике фотонов зоной этого перехода.

То есть каждый такой фотоэлемент способен генерировать электроэнергию только от узкого спектра солнечного излучения. Вся остальная энергия пропадает впустую. Поэтому-то и эффективность у ФЭП так низка.

Чтобы повысить КПД солнечных батарей, кремниевые полупроводниковые элементы для них в последнее время стали делать многопереходными (каскадными). В новых ФЭП переходов уже несколько. Причем каждый из них в этом каскаде рассчитан на свой спектр солнечных лучей.

Суммарная эффективность преобразования фотонов в электроток у таких фотоэлементов в итоге возрастает. Но и цена их значительно выше. Здесь либо простота изготовления с невысокой себестоимостью и низким КПД, либо более высокая отдача вкупе с высокой стоимостью.


Солнечная батарея может работать как летом, так и зимой (ей нужен свет, а не тепло) – чем меньше облачность и ярче светит солнце, тем больше гелиопанель сгенерирует электрического тока

При работе фотоэлемент и вся батарея постепенно греется. Вся та энергия, что не пошла на генерацию электротока, трансформируется в тепло. Часто температура на поверхности гелиопанели поднимается до 50–55 °С. Но чем она выше, тем менее эффективно работает фотогальванический элемент.

В итоге одна и та же модель солнечной батареи в жару генерирует тока меньше, нежели в мороз. Максимум КПД фотоэлементы показывают в ясный зимний день. Тут сказываются два фактора – много солнца и естественное охлаждение.

При этом если на панель будет падать снег, то электроэнергию она генерировать все равно продолжит. Более того, снежинки даже не успеют на ней особо полежать, растаяв от тепла нагретых фотоэлементов.

Виды солнечных батарей

В настоящее время солнечные батареи представлены несколькими вариантами в зависимости от типа их устройства, и от материала, из которого изготовлен фотоэлектрический слой.

I. Классификация по типу их устройства:

  1. 1. Гибкие;
  2. 2. Жёсткие.

II. В зависимости от материала, из которого изготовлен фотоэлектрический слой выделяют:

  1. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из кремния. Они в свою очередь бывают монокристаллическими, поликристаллическими и аморфными. Монокристаллические панели достаточно дорогой вариант, но они отличаются высокой мощностью. Поликристаллические дешевле, чем монокристаллические панели. Такие панели медленней теряют свою эффективность с увеличением сроков службы, а так же при нагревании. Аморфные представлены в основном тонкопленочными панелями. Такое устройство солнечной батареи позволяет генерировать солнечный свет, даже в плохих погодных условиях;
  2. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из теллурида кадмия;
  3. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из селена;
  4. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из полимерных материалов;
  5. Из органических соединений;
  6. Из арсенида галлия
  7. Из нескольких материалов одновременно.

Основные типы, которые получили распространение, это многопереходные кремниевые фотоэлементы.

Фотоэлементы, выполненные из кремния, отличаются высокой чувствительностью к нагреванию, компактностью, надежностью и высоким уровнем КПД (коэффициента полезного действия).

Другие материалы не получили широкого распространения в связи с большой стоимостью.

Сфера применения солнечной энергии

Есть три направления использования солнечной энергии:

  • Экономия электроэнергии. Солнечные панели позволяют отказаться от централизованного электроснабжения или уменьшить его потребление, а также продавать излишки электричества электроснабжающей компании.
  • Обеспечение электроэнергией объектов, подведение к которым линии электропередач невозможно или невыгодно экономически. Это может быть дача или охотничий домик, находящийся далеко от ЛЭП. Такие устройства используются также для питания светильников в отдаленных участках сада или автобусных остановках.
  • Питание мобильных и переносных устройств. При походах, поездках на рыбалку и других подобных мероприятиях есть необходимость зарядки телефонов, фотоаппаратов и прочих гаджетов. Для этого также используются солнечные элементы.


Солнечные батареи удобно применять там, куда нельзя подвести электричество

Преимущества солнечных батарей

Солнечная энергия — это перспективное направление, которое постоянно развивается. Они имеют несколько основных достоинств. Удобство использования, долгий срок службы, безопасность и доступность.

Положительные стороны применение данной разновидности аккумуляторных батарей:

  • Возобновляемость – этот источник энергии практически не имеет ограничений притом бесплатный. По крайней мере на ближайшие 6.5 миллиардов лет. Нужно подобрать оборудование, установить его и использовать по назначению (в частном доме или коттеджном участке).
  • Обильность – Поверхность земли в среднем получает около 120 тысяч терравват энергии что в 20 раз превышает нынешнее энергопотребление. Солнечные батареи для коттеджей или частных домов имеют огромный потенциал для использования.
  • Постоянство – солнечная энергия постоянна поэтому человечеству не грозит перерасход в процессе ее использования.
  • Доступность – солнечная энергия может вырабатывать на любой территории, при наличии естественного света. При этом чаще всего она применяется для отопления жилища.
  • Экологическая чистота – солнечная энергетика является перспективной отраслью, которая в будущем заменит электростанции, работающие на невозобновляемых ресурсах: газ, торф, уголь и нефть. Безопасны для здоровья людей и домашних животных.

Важно: Отдельно хочется подчеркнуть термоядерную энергию. Несмотря на то, что «мирный атом» позиционируется, как безопасный, при авариях на АЭС этот фактор полностью перечеркивается (Три-Лонг-Айленд, Чернобыль, Фукусима).

  • При производстве панелей и монтаже солнечных электростанций в атмосферу не происходят значительные выбросы вредных или токсичных веществ.
  • Бесшумность – выработка электроэнергии производится практически бесшумно, и поэтому этот вид электростанций лучше ветровых электростанций. Их работа сопровождается постоянным гулом из-за чего оборудование быстро выходит из строя, а сотрудники должны делать частые перерывы на отдых.
  • Экономичность – при использовании солнечных батарей владельцы недвижимости ощущают значительное снижение коммунальных расходов на электроэнергию. Панели имеют долгий срок службы – производитель дает гарантию на панели от 20 до 25 лет. При этом обслуживание всей электростанции сводится к периодической (раз в 5-6 месяцев) очистке поверхностей панелей от грязи и пыли

Недостатки солнечных батарей

К сожалению, и этот практически неисчерпаемый источник энергии имеет определенные ограничения и недостатки:

  • Высокая стоимость оборудования – автономная солнечная электростанция даже небольшой мощности доступна далеко не каждому. Оборудование частного дома такими аккумуляторами стоит недешево, но помогает снизить расходы на оплату коммунальных услуг (электроэнергии).
  • Обустройство собственного жилища солнечными батареями потребует финансовых затрат.
  • Периодичность генерации — солнечная электростанция не способна обеспечить полноценную бесперебойную электрификацию частного дома.

 Важно: Проблему можно решить, установив аккумуляторы высокой емкости, однако из-за этого возрастет стоимость получения энергии, что сделает ее невыгодной по сравнению с традиционными энергоносителями.

  • Хранения энергии – в солнечной электростанции аккумуляторная батарея является самым дорогим элементом (даже батареи небольшого объема и панели на гелевой основе).
  • Низкий уровень загрязнения окружающей среды – солнечная энергия считается экологически чистой, однако производственный процесс батарей сопровождается выбросами трифторида азота, оксидов серы. Все это создает «парниковый эффект».
  • Использование в производстве редкоземельных элементов – тонкопленочные солнечные панели имеют в своем составе теллурид кадмия (CdTe).
  • Плотность мощности – это количество энергии, которое можно получить с 1 кв. метра энергоносителя. В среднем этот показатель составляет 150-170 Вт/м2. Это гораздо больше по сравнению с другими альтернативными источниками энергии. Однако несравнимо, ниже чем у традиционных (это касается атомной энергетики).

Отопление солнечной энергией домов

Принцип работы солнечной батареи для отопления дома кардинально отличает их от всех описанных выше приспособлений. Это совершенно другое устройство. Описание следует ниже.

Главной деталью отопительной системы, работающей на энергии солнца, является коллектор, принимающий его свет и преобразовывающий его в кинетическую энергию. Площадь этого элемента может варьироваться от 30 до 70 квадратных метров.

Для крепления коллектора используется специальная техника. Между собой пластины соединены металлическими контактами.

Следующим компонентом системы является накопительный бойлер. В нем происходит трансформация кинетической энергии в тепловую. Он участвует в нагревании воды, литраж которой может достигать 300 литров. Иногда такие системы поддерживаются дополнительными котлами на сухом топливе.

Завершают систему солнечного отопления настенные и напольные элементы, в которых по тонким медным трубам, распределенным по всей их площади, циркулирует нагретая жидкость. Благодаря низкой температуре запуска панелей и равномерности теплоотдачи, помещение прогревается достаточно быстро.

Как работает солнечное отопление

Давайте подробно рассмотрим принцип работы солнечных батарей от ультрафиолетового света.

Между температурой коллектора и накопительного элемента появляется разница. Носитель тепла, что чаще всего является водой, в которую добавлен антифриз, начинает циркулировать о системе. Совершаемая жидкостью работа является именно кинетической энергией.

По мере прохождения жидкости через слои системы кинетическая энергия преобразовывается в тепло, которое и используется для отопления дома. Этот процесс циркуляции носителя обеспечивает помещение теплом и позволяет сохранять его в любое время суток и года.

Итак, мы выяснили принцип работы солнечных батарей.

Принцип работы и устройство солнечной батареи

Одним из источников энергии является солнечная батарея, генерирующая альтернативную энергию Солнца. Она появилась сравнительно недавно, но уже успела обрести популярность в странах Евросоюза, за счет высокой эффективности и приемлемой стоимости.

Солнечная батарея является почти неисчерпаемым источником энергии, способным накапливать и преобразовывать световые лучи в энергию и электричество. В странах СНГ новый источник энергии постепенно только набирает популярность. (Кстати, статью о том, как выбрать солнечную батарею, Вы можете прочитать здесь.)

Компоненты

Само устройство и принцип работы энергоисточника можно называть простым. Оно состоит всего из двух частей:

  • основного корпуса;
  • преобразовательных блоков.

В большинстве случаев корпус делают из пластика. Он похож на обыкновенную плитку, к которой прикреплены преобразовательные блоки.

Преобразовательным блоком является кремниевая пластинка. Она может изготавливаться двумя способами:

  • поликристаллическим;
  • монокристаллическим.

Поликристаллический способ является менее затратным, а монокристаллический считается наиболее эффективным.

Все остальные дополнительные части (например, контроллеры и инверторы), гаджеты и микросхемы присоединяют только для увеличения работоспособности и функционирования источника энергии. Без них солнечная батарея также сможет работать.

Имейте в виду: для того чтобы данный источник начал функционировать нужно правильно и аккуратно подключить все преобразовательные блоки.

С расчётом мощности солнечных батарей может помочь данная статья: https://teplo.guru/eko/solnechnyie-batarei-kpd.html

Существует два вида их подключения:

  • последовательное;
  • параллельное.

Разница лишь в том, что в параллельном соединении происходит увеличение силы тока, а при последовательном увеличивается напряжение.

Если есть необходимость в максимальной работе сразу двух параметров, то используется параллельно-последовательное.

Но стоит учитывать, что высокие нагрузки могут способствовать тому, что некоторые контакты могут перегореть. Для предотвращения этого используют диоды.

Один диод способен защитить одну четвертую часть фотоэлемента. Если их нет в устройстве, то есть большая вероятность, что весь источник энергии прекратит своё функционирование после первого же дождя или урагана.

Важный момент: ни накопление, ни сила тока совершенно не соответствуют возможным параметрам современной бытовой техники, поэтому приходится перераспределять и накапливать электроэнергию.

Для этого рекомендуется дополнительно подключать минимум два аккумулятора. Один будет являться накопительным, а второй запасным или резервным.

Приведем пример работы дополнительных аккумуляторов. Когда на улице хорошая и солнечная погода, то заряд идет быстро и через малое количество времени появляется уже лишняя энергия.

Поэтому весь этот процесс контролирует специальный реостат, который способен в определенный момент перевести всю ненужную электроэнергию в дополнительные резервы.

Познакомиться с отзывами владельцев солнечных батарей можно в данной статье: https://teplo.guru/eko/solnechnyie-batarei-dlya-doma-otzyivy.html

Принцип работы

В чем же заключается принцип работы альтернативного источника энергии?

Во-первых, фотоэлементы являются кремниевыми пластинами. В свою очередь, кремний по своему химическому составу имеет максимальную схожесть с чистым силицием. Именно этот нюанс дал возможность понизить стоимость солнечной батареи и запустить ее уже на конвейер.

Кремний в обязательном порядке кристаллизуют, так как сам по себе он является полупроводником. Монокристаллы изготавливаются намного проще, но при этом не имеют много граней, за счет чего электроны имеют возможность двигаться прямолинейно.

Важно знать, что добавлением фосфора или мышьяка повышается электропроводность. Также, одним из важных свойств силиция является невидимость для инфракрасного излучения.

Благодаря этому элементу, преобразовательные блоки поглощают только полезные части солнечного спектра.

Последовательность действий солнечной батареи:

  1. Принцип работы солнечной батареи. (Для увеличения нажмите)

    Энергия солнца попадает на пластины.

  2. Пластины нагреваются и освобождают электроны.
  3. Электроны активно двигаются по проводникам.
  4. Проводники дают заряд аккумуляторам.

Вот мы и выяснили, из чего состоят солнечные батареи и каков их принцип действия.

Подробнее узнать об основных видах солнечных панелей можно здесь: https://teplo.guru/eko/vidyi-solnechnyih-paneley.html

В заключение хотелось бы добавить, что такую альтернативу можно сделать дома самостоятельно, при наличии всех необходимых частей.

Смотрите видео, в котором в легкой и познавательной форме объясняется принцип работы солнечных батарей:

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Доступными словами принципы работы солнечных батарей



Почти 100% всей энергии, которую мы используем в повседневной жизни – это энергия солнца, так или иначе преобразованная. Уголь – это умершие растения, которые жили благодаря фотосинтезу, нефть – растения и животные, которые вымерли миллионы лет назад и росли за счет энергии солнца. Даже когда вы сжигаете дрова – вы даете выход солнечной энергии, которую в себя впитала древесина. По сути, любая тепловая электростанция преобразовывает аккумулированную в виде угля, нефти, газа и др. ископаемых солнечную энергию в электричество.

Солнечная батарея просто делает это напрямую, без участия «посредников». Электричество – наиболее удобная форма применения солнечной энергии. Весь быт человечества сейчас построен вокруг электричества, и цивилизацию без него очень сложно представить. Несмотря на то, что первые фотоэлементы появились более полувека назад, солнечная энергетика пока не нашла должного распространения. Почему? Об этом в конце статьи, а пока разберемся, как это все работает.

Все дело в кремнии

Солнечные батареи состоят из ячеек меньшего размера – фотоэлементов, которые сделаны из кремния.

Солнечная панель состоит из нескольких фотоэлементов.

Важно. Кремний – наиболее распространенный полупроводник на Земле (около 30% всей земной коры)

Кремний располагается между двумя токопроводящими слоями.

«Сэндвич» из кремния и токопроводящих слоев

Каждый атом кремния соединен с соседними четырьмя сильными связями, которые удерживают электроны на месте, поэтому так ток течь не может.

Структура атомов кремния

Для того, чтобы получить ток используют два различных слоя кремния:

  • Кремний N-типа имеет избыток электронов
  • Кремний Р-типа – дополнительные места для электронов (дырки)

Кремний Р и N типа

Там, где соединяются два типа кремния, электроны могут перемещаться через Р-N переход, оставляя положительный заряд на одной стороне и отрицательный на другой.

Чтобы это было легче представить, лучше думать о свете, как о потоке частиц (фотонов), которые ударяются о нашу ячейку настолько сильно, что выбивает электрон из его связи, оставляя дырку. Отрицательно заряженный электрон и место положительно заряженной дырки теперь могут свободно перемещаться, но т.к. мы имеем электрическое поле на Р-N переходе, они движутся только в одном направлении. Электрон – в сторону N-проводника, дырка стремится на Р — сторону пластины.

После «освобождения» электрон стремится к проводнику

Все электроны собираются металлическими проводниками вверху ячейки и уходят во внешнюю сеть, питая токоприемники, аккумуляторы для солнечных батарей или электрический стул для хомяка 🙂 . После проведенной работы электроны возвращаются к обратной стороне пластины и занимают места в тех самых «дырках».

Работа фотоэлемента

Стандартная пластина, 150х150 мм номинально вырабатывает только 0,5 вольта, но если объединить их в одну большую панель, то можно получить бо́льшую мощность и вольтаж. Для зарядки мобильника нужно объединить 12 таких пластин. Для питания дома нужно затратить гораздо больше пластин и панелей.

Благодаря тому, что в фотоэлементах единственной подвижной частью являются электроны, солнечные панели не нуждаются в обслуживании и могут служить 20-25 лет не изнашиваясь и не ломаясь.

Почему человек не перешел на солнечную энергию полностью?



Можно много рассуждать о политике, бизнесе и прочей конспирологии, но в рамках этой статьи хотелось бы рассказать о других проблемах.

  1. Неравномерное распределение солнечной энергии по поверхности планеты. Одни области более солнечные, чем другие и это тоже непостоянною. Солнечной энергии гораздо меньше в пасмурные дни и совсем нет ночью. И чтобы полностью рассчитывать на солнечную энергию, необходимы эффективные способы получения электричества для всех областей.
  2. КПД. В лабораторных условиях удалось достичь результата в 46%. Но коммерческие системы не достигают даже 25% эффективности.
  3. Хранение. Самым слабым звеном в солнечной энергетике является отсутствие эффективного и дешевого способа сохранять полученную электроэнергию. Существующие аккумуляторные батареи тяжелы и значительно снижают эффективность и без того слабые показатели солнечной системы. В целом, хранить 10 тонн угля проще и удобнее, чем 46 мегаватт, выработанных этим же углем или солнцем.
  4. Инфраструктура. Для того, чтобы питать мегаполисы – площадей крыш этих городов будет недостаточно, чтобы удовлетворить все запросы, поэтому для внедрения солнечной энергетики нужно транспортировать энергию, а для этого необходимо строить новые энергетические объекты

Видео о том, как производят солнечные батареи.

В ролике подробно описывается процесс изготовления поликристаллических солнечных батарей, принцип их работы в системе солнечных электростанций, принцип работы контроллера заряда и инвертора.



Окупаются ли солнечные батареи для частного дома Плюсы и минусы вертикальных ветрогенераторов, их виды и особенности Солнечные панели для частного дома: поставь свет себе на службу Виды контроллеров для солнечных батарей и как выбирать

Принцип работы солнечной батареи

Прежде, чем перейти к объяснению основных принципов получения электричества с помощью солнечных батарей, давайте кратко рассмотрим, что же такое электричество.

Все вещества во вселенной состоят из атомов, в состав которых входят протоны, нейтроны и электроны. В центре атома – ядро, состоящее из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов.

Ядро окружено отрицательно заряженными электронами, заряд которых равен заряду протонов, но противоположен ему по знаку. Количество совпадает с количеством протонов в ядре.

Равное соотношение противоположно заряженных частиц в ядре делает атом нейтральным и стабильным.

Когда на атом воздействует внешняя сила, равновесие между протонами и электронами нарушается. Эта внешняя сила вызывает потерю или присоединение электронов. Когда атом теряет электрон, он может свободно перемещаться. Именно это перемещение и называют электрическим током.

Что такое солнечное электричество?

Это образование свободных электронов при падении лучей солнца на поверхность полупроводникового материала, например, кремния.

Можно сказать, что это процесс преобразования энергии солнца в электрическую.

Как работает батарея? Полупроводники, такие как кремний, имеют свойство пропускать через себя электроток, когда на него попадают лучи солнца. Этот процесс также называют «фотоэлектрическим эффектом».

Когда фотоны (частицы, составляющие излучение солнца и имеющие определенную энергию) достигают поверхности полупроводника, его ячейки поглощают энергию фотона, которая переходит к электронам и заставляет их уходить со своих орбит, вызывая электрический ток — этот принцип лежит в основе солнечного электричества.

Множество полупроводниковых ячеек спаиваются между собой и заключаются в закаленное, хорошо пропускающее свет стекло. Это и есть солнечная батарея.

Солнечная панель – ключевой элемент электростанции, производящий электричество из света. Можно соединить любое количество батарей, чтобы получить желаемое количество электричества. Их можно установить в любом месте, благодаря чему мы имеем мобильный источник энергии.

Электрический ток, вырабатываемый солнечной панелью – это постоянный ток, однако большая часть устройств в доме потребляет переменный ток. Именно поэтому требуется устройство, которое преобразовывает постоянный в переменный — инвертор.

С помощью системы из батарей и инвертора можно получить переменный ток подходящий для дома, чтобы пользоваться электроприборами, такими как вентилятор, освещение, телевизор, холодильник и т.д.

У солнечных панелей, в отличие от угля и углеводородного топлива, существует ряд значимых преимуществ:

  • экологичность
  • отсутствие вредных выбросов
  • бесшумная работа
  • практически не требуют обслуживания
  • срок службы 20-25 лет

Принцип работы солнечной батареи

Пример HTML-страницы

Солнечные батареи, как источник альтернативной энергии, сегодня уже не относят к инновационным технологиям науки. Впервые, использованные уже более сорока лет назад для электропитания станций в открытом космосе, они с успехом применяются, в качестве независимого источника экологически чистой электроэнергии.

Элементы солнечных батарей изготавливают из материалов, преобразующих солнечный свет в электричество. Фотоэлектрическая батарея конструктивно состоит из нескольких модулей, электрически и механически соединенных между собой. Каждый солнечный модуль – это устройство, объединяющее несколько фотоэлектрических элементов и выходные клеммы для подключения электроприемников. Фотоэлектрический элемент состоит из 2-х пластин полупроводникового материала. Основную часть, выпускающихся промышленностью элементов батарей, изготавливают из чистого кремния. На одну пластину, с целью придания ей свойств проводника отрицательных зарядов (n-область), наносят бор. Вторую же, с целью создания проводника положительных зарядов, покрывают фосфором (р – область).

Под воздействием солнечных лучей в зоне соприкосновения двух пластин возникает электродвижущая сила, которая способна создавать электрический ток во внешнем контуре, электрически соединенном с р- и n-областями. Для того, чтобы снять ток с батарей их пропаивают тонкими полосами меди. Спаянные друг с другом пластины спаивают, ламинируют, а затем закрепляют на стекле. Для придания конструкции прочностных свойств соединенные пластины размещают в алюминиевую раму.

Явление, в основе которого лежит принцип работы солнечных батарей, имеет название «внешний фотоэффект». Мощность, вырабатываемая батареей, напрямую зависит от площади ее поверхности. На эффективность работы солнечных батарей оказывает влияние также положение относительно Солнца модулей и интенсивность излучения. Таким образом, КПД батарей зависит от времени года, места установки, погоды.

Энергия, генерируемая фотоэлектрической установкой, не предназначена для непосредственного подключения потребителей. Между электрогенерирующей установкой и потребляющей сетью необходимо подключать инвертор, с целью трансформирования напряжения в стандартные величины одно или трехфазного номинала (220 или 380В).

Солнечные фотоэлектрические модули способны вырабатывать электроэнергию в течение 25 и больше лет. Технический износ в большинстве случаев возникает вследствие влияния окружающей среды, поскольку в таких установках отсутствуют подвижные механизмы, а также нет никаких термодинамических процессов. Грамотно смонтированная солнечная батарея станет экологически безопасным, бесшумным и надежным источником электроэнергии на долгие годы.

Как работают солнечные панели?

Солнечные панели венчают крыши и дорожные знаки и помогают обеспечивать питание космических кораблей. Но как работают солнечные панели?

Проще говоря, солнечная панель работает, позволяя фотонам или частицам света выбивать электроны из атомов , создавая поток электричества , согласно Университету Миннесоты в Дулуте . Солнечные панели на самом деле состоят из множества более мелких блоков, называемых фотогальваническими элементами — это означает, что они преобразуют солнечный свет в электричество.Множество ячеек, соединенных вместе, составляют солнечную панель.

Каждый фотогальванический элемент представляет собой бутерброд, состоящий из двух пластин полупроводникового материала. Согласно Proceedings National Graduate Conference 2012 , фотоэлектрические элементы обычно изготавливаются из кремния — того же материала, который используется в микроэлектронике.

Для работы фотогальваническим элементам необходимо создать электрическое поле. Подобно магнитному полю , возникающему из-за противоположных полюсов, электрическое поле возникает при разделении противоположных зарядов.Чтобы получить это поле, производители «припаивают» кремний другими материалами, придавая каждому кусочку сэндвича положительный или отрицательный электрический заряд.

В частности, они вносят фосфора в верхний слой кремния, согласно Американскому химическому обществу , что добавляет к этому слою дополнительные электроны с отрицательным зарядом. Между тем, нижний слой получает дозу бора , что приводит к меньшему количеству электронов или положительному заряду. Все это создает электрическое поле на стыке кремниевых слоев.Затем, когда фотон солнечного света выбивает электрон, электрическое поле вытолкнет этот электрон из кремниевого соединения.

В 2021 году около четырех процентов домов в США питались от солнечной энергии. (Изображение предоставлено Getty Images)

Несколько других компонентов клетки превращают эти электроны в полезную энергию. По данным Управления по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии (EERE), металлические проводящие пластины по бокам ячейки собирают электроны и передают их по проводам.В этот момент электроны могут течь, как любой другой источник электричества.

Исследователи создали ультратонкие гибкие солнечные элементы толщиной всего 1,3 микрона — примерно 1/100 ширины человеческого волоса — и в 20 раз легче листа офисной бумаги. На самом деле, эти элементы настолько легкие, что могут находиться поверх мыльного пузыря , и при этом они производят энергию примерно с такой же эффективностью, как и солнечные элементы на основе стекла, сообщили ученые в исследовании, опубликованном в 2016 году в журнале . Органическая электроника .Более легкие и гибкие солнечные элементы, такие как эти, могут быть интегрированы в архитектуру, аэрокосмическую технологию или даже носимую электронику .

Существуют и другие типы технологий солнечной энергетики, включая солнечную тепловую и концентрированную солнечную энергию (CSP), которые работают иначе, чем фотоэлектрические солнечные панели, но все они используют энергию солнечного света либо для выработки электричества, либо для нагрева воды или воздуха. .

Дополнительные ресурсы

Чтобы узнать больше о солнечной энергии, вы можете посмотреть это видео по НАСА .Кроме того, вы можете прочитать статью «6 вещей, которые вы не знали о солнечной энергии» Министерства энергетики США.

Библиография

«Солнечная энергия: осуществимое будущее». Устойчивое развитие, Миннесотский университет в Дулуте (2020 г.). https://conservancy.umn.edu/bitstream

«Обзор сравнения традиционных кремниевых солнечных элементов и тонкопленочных солнечных элементов CdTe». Материалы Национальной конференции выпускников (2012 г.). https://www.researchgate.net

«Как работают солнечные батареи». Американское химическое общество. https://www.acs.org

«Основы солнечных фотоэлектрических элементов». Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии. https://www.energy.gov/eere/solar/solar-photovoltaic-cell-basics

Солнечная энергетическая система

— Как это работает?

Излишне говорить, что Солнце является крупнейшим источником возобновляемой энергии для Земли. Дело в том, что хотя Земля и получает лишь часть энергии, вырабатываемой Солнцем (т.е. Солнечная энергия), эта часть солнечной энергии также чрезвычайно велика. Земля получает солнечную энергию в виде света и тепла. Но в современном мире слова «мощность» и «энергия» больше склоняются к «электричеству». В этой статье объясняется, как электричество собирается из солнечной энергии и как она используется.

Как работает солнечная энергия?

Электрическая энергия может быть получена из солнечной энергии с помощью фотоэлектрических или концентрированных систем солнечной энергии.

Фотовольтаика (PV)

Фотогальваника напрямую преобразует солнечную энергию в электричество . Они работают по принципу фотоэлектрического эффекта. Когда некоторые материалы подвергаются воздействию света, они поглощают фотоны и высвобождают свободные электроны. Это явление называется фотоэффектом. Фотогальванический эффект — это метод получения электричества постоянным током, основанный на принципе фотоэлектрического эффекта. На основе фотоэлектрического эффекта изготавливают солнечные элементы или фотогальванические элементы.Они преобразуют солнечный свет в электричество постоянного тока. Но один фотоэлемент не производит достаточного количества электроэнергии. Следовательно, несколько фотогальванических элементов установлены на несущей раме и электрически соединены друг с другом, образуя фотогальванический модуль или солнечную панель . Обычно доступные солнечные панели варьируются от нескольких сотен ватт (скажем, 100 Вт) до нескольких киловатт (когда-нибудь слышали о солнечной панели мощностью 5 кВт?). Они доступны в разных размерах и разных ценовых диапазонах.Солнечные панели или модули предназначены для подачи электроэнергии при определенном напряжении (скажем, 12 В), но производимый ими ток напрямую зависит от падающего света. На данный момент ясно, что фотоэлектрические модули производят электричество постоянного тока. Но в большинстве случаев нам требуется питание переменного тока, и, следовательно, солнечная энергетическая система также состоит из инвертора.
Фотоэлектрическая солнечная энергетическая система

В соответствии с потребностью в мощности несколько фотоэлектрических модулей электрически соединяются вместе, чтобы сформировать массив фотоэлектрических модулей и достичь большей мощности.Существуют различные типы фотоэлектрических систем в зависимости от их реализации.

  • Прямые фотоэлектрические системы: Эти системы питают нагрузку только тогда, когда светит солнце. Аккумулятора вырабатываемой энергии нет, а, следовательно, аккумуляторы отсутствуют. Инвертор может использоваться или не использоваться в зависимости от типа нагрузки.
  • Автономные системы: этот тип системы обычно используется в местах, где питание от сети недоступно или ненадежно. Автономная солнечная электростанция не подключена к какой-либо электрической сети.Он состоит из массивов солнечных панелей, аккумуляторных батарей и инверторных цепей.
  • Системы, подключенные к сети: эти солнечные энергетические системы связаны с сетями, так что избыточная необходимая мощность может быть доступна из сети. Они могут или не могут быть подкреплены батареями.

Концентрированная солнечная энергия

Как следует из названия, в этом типе солнечной энергетической системы солнечные лучи концентрируются (фокусируются) на небольшой площади путем размещения зеркал или линз на большой площади. За счет этого в сфокусированной области выделяется огромное количество тепла.Это тепло может быть использовано для нагрева рабочего тела, которое затем может приводить в действие паровую турбину. Существуют различные типы технологий, которые основаны на концентрированной солнечной энергии для производства электроэнергии. Некоторые из них — параболический желоб, тарелка Стирлинга, башня солнечной энергии и т. д. Следующая схема показывает, как работает башня солнечной энергии.

Принцип работы солнечной панели

— руководство по электрике

Привет, друзья, в этой статье я собираюсь обсудить принцип работы солнечной панели и надеюсь, что вам понравятся мои усилия.

В солнечной фотоэлектрической системе солнечная энергия напрямую преобразуется в электрическую. Это делает систему гораздо более удобной и компактной по сравнению с тепловыми методами преобразования солнечной энергии.

Технология солнечных батарей является самой быстрорастущей технологией производства электроэнергии в мире. Это связано с тем, что становятся доступными солнечные элементы с эффективностью преобразования более 40%.

 
Фотогальванический элемент также называют солнечным элементом.Это полупроводниковое устройство, которое преобразует солнечный свет в энергию постоянного тока с помощью фотоэлектрического эффекта. Практически все солнечные элементы представляют собой фотодиоды, изготовленные из полупроводникового материала, такого как кремний. Солнечная батарея работает в три этапа:

  • Фотоны солнечного света попадают на солнечный элемент и поглощаются полупроводниковым материалом.
  • Отрицательно заряженные электроны отрываются от своих атомов и начинают течь в том же направлении, создавая электрический ток.
  • Типичный кремниевый солнечный элемент может производить до 0.5 В и током до 6 А. Таким образом, его максимальная мощность составляет 3 Вт.

Поскольку мощность одного солнечного элемента очень мала, большое количество солнечных элементов соединяются между собой, образуя солнечный модуль, комбинация солнечных модулей называется панелью, а комбинация панелей называется солнечной батареей. Это делается для получения необходимой выходной мощности фотоэлектрической системы.

Когда солнечные элементы соединены последовательно, их напряжение увеличивается настолько, насколько число элементов соединено последовательно.Но ток остается прежним.
 
Когда ячейки соединены параллельно, напряжение остается постоянным, как и у одной ячейки, но ток увеличивается. Ячейки, модули или панели могут быть соединены параллельно, только если их напряжения одинаковы. Основные компоненты солнечной фотоэлектрической системы:
 

Блокировочные диоды

 
Массивы SPV подключены к аккумулятору. В солнечные часы панели вырабатывают электричество, которое заряжает аккумулятор. Но когда нет солнечного света или ночью течение попытается течь в обратном направлении, т.е.е. от батареи к массивам. Это может повредить массивы. Поэтому, чтобы избежать этого обратного потока тока, используются блокировочные диоды.
 

Регулятор напряжения

 
Выходное напряжение фотоэлектрических панелей зависит от интенсивности солнечного света. Это приведет к колебаниям тока нагрузки. Регуляторы напряжения обеспечивают удержание колебаний напряжения в установленных пределах.
 

Инвертор

 
Поскольку мощность, производимая фотоэлектрической батареей, представляет собой постоянный ток, инвертор используется для преобразования ее в мощность переменного тока, чтобы мы могли легко ее использовать.Инверторный блок, оснащенный различными защитными устройствами, обеспечивает безопасность системы и выполняет автоматическое переключение нагрузки и имеющихся источников питания.
 

Аккумуляторы

 
Используются для хранения солнечной энергии. Они являются наиболее важными компонентами солнечной фотоэлектрической системы. Успех солнечной фотоэлектрической системы во многом зависит от системы хранения аккумуляторов.
 

Контроллеры батарей

 
Это устройства, обеспечивающие правильную зарядку аккумуляторов.Они контролируют зарядный ток и защищают аккумулятор от перезаряда. Это делается путем постоянного контроля тока батареи, напряжения и температуры.
 

Типы солнечной фотоэлектрической системы

 
По способу использования может быть две конфигурации:

  • Автономная система
  • Система, подключенная к сети

Автономная система

 
В этой системе питание подается на нагрузку без использования какой-либо общей сети или подключения к какой-либо другой системе и работает автономно и независимо.Он используется для резервного питания, где подключение к сети очень дорого. Его можно использовать для питания нагрузок постоянного тока, а также нагрузок переменного тока с помощью инвертора.
 
Существуют различные типы автономных систем. Но чаще всего используется гибридная автономная система .

В гибридной автономной системе помимо фотоэлектрических панелей используется один или несколько источников. Такие источники, как генераторы, топливные элементы, сеть переменного тока и т. д., могут использоваться вместе с фотоэлектрическими батареями. Таким образом снижается зависимость от любого отдельного источника.Это также снижает емкость аккумулятора и размер фотоэлектрических массивов.
 

Система, подключенная к сети

 
В этой системе мощность, вырабатываемая фотоэлектрическим массивом, передается в сеть или напрямую на нагрузки переменного тока. Когда выработка электроэнергии превышает потребность нагрузки, она подается в коммерческую сеть. Таким образом, система становится частью большой сети. В этой системе, когда мощность, производимая фотоэлектрическим массивом, превышает требования местной нагрузки, она подается в сеть. Счетчик энергии используется для контроля подаваемой энергии.
 
Спасибо, что прочитали о принципе работы солнечной панели .

Электростанции | Все сообщения

 

© https://yourelectricalguide.com/ принцип работы солнечной панели.

Солнечная батарея: принцип работы и конструкция (схемы включены)

Что такое солнечная батарея?

Солнечный элемент (также известный как фотоэлектрический элемент или фотоэлектрический элемент) определяется как электрическое устройство, которое преобразует световую энергию в электрическую посредством фотогальванического эффекта.Солнечная батарея — это, по сути, диод с p-n переходом. Солнечные элементы — это форма фотоэлемента, определяемая как устройство, электрические характеристики которого, такие как ток, напряжение или сопротивление, изменяются под воздействием света.

Отдельные солнечные элементы могут быть объединены в модули, широко известные как солнечные панели. Обычный кремниевый солнечный элемент с одним переходом может создавать максимальное напряжение холостого хода примерно от 0,5 до 0,6 вольт. Само по себе это немного, но помните, что эти солнечные элементы крошечные.При объединении в большую солнечную панель можно генерировать значительное количество возобновляемой энергии.

Конструкция солнечной батареи

Солнечная батарея представляет собой диод с переходом, хотя по своей конструкции он немного отличается от обычных диодов с p-n переходом. Очень тонкий слой полупроводника p-типа выращивается на относительно более толстом полупроводнике n-типа. Затем мы наносим несколько более тонких электродов на верхнюю часть слоя полупроводника p-типа.

Эти электроды не препятствуют доступу света к тонкому слою p-типа.Непосредственно под слоем p-типа находится p-n переход. Мы также предоставляем токосъемный электрод в нижней части слоя n-типа. Мы герметизируем всю сборку тонким стеклом, чтобы защитить солнечный элемент от любого механического удара.

Принцип работы солнечной батареи

Когда свет достигает p-n перехода, световые фотоны могут легко проникнуть в переход через очень тонкий слой p-типа. Энергия света в виде фотонов поставляет в соединение достаточно энергии для создания ряда электронно-дырочных пар.Падающий свет нарушает условие теплового равновесия перехода. Свободные электроны в обедненной области могут быстро попасть на n-сторону перехода.

Точно так же отверстия в истощении могут быстро прийти к p-типу стороны соединения. После того, как вновь созданные свободные электроны переходят на сторону n-типа, они не могут далее пересечь переход из-за барьерного потенциала перехода.

Точно так же вновь созданные дырки, оказавшись на стороне p-типа, не могут далее пересекать соединение, становясь таким же барьерным потенциалом соединения.Поскольку концентрация электронов становится выше с одной стороны, т. е. со стороны n-типа перехода, а концентрация дырок становится больше с другой стороны, то есть со стороны p-типа перехода, p-n-переход будет вести себя как маленькая аккумуляторная батарея. Устанавливается напряжение, известное как фотонапряжение. Если мы подключим небольшую нагрузку к переходу, через него будет протекать крошечный ток.

V-I Характеристики фотогальванического элемента

Материалы, используемые в солнечном элементе

Материалы, используемые для этой цели, должны иметь ширину запрещенной зоны, близкую к 1.5эв. Обычно используемые материалы:

  1. Кремний.
  2. GaAs.
  3. CdTe.
  4. CuInSe 2

Критерии для материалов, используемых в солнечных элементах

  1. Должен иметь ширину запрещенной зоны от 1 до 1,8 ev.
  2. Должен иметь высокое оптическое поглощение.
  3. Должен иметь высокую электропроводность.
  4. Сырье должно быть в изобилии, а стоимость материала должна быть низкой.

Преимущества солнечной батареи

  1. Отсутствие загрязнения окружающей среды.
  2. Должно хватить надолго.
  3. Без затрат на обслуживание.

Недостатки солнечной батареи

  1. Высокая стоимость установки.
  2. Низкая эффективность.
  3. В пасмурный день энергия не может быть произведена, а ночью мы не получим солнечную энергию.

Использование систем солнечной генерации

  1. Может использоваться для зарядки батарей.
  2. Используется в экспонометрах.
  3. Используется для питания калькуляторов и наручных часов.
  4. Может использоваться в космических кораблях для получения электроэнергии.

Вывод: хотя солнечный элемент имеет некоторые недостатки, связанные с ним, но ожидается, что недостатки будут преодолены по мере развития технологии, поскольку технология развивается, стоимость солнечных пластин, а также стоимость установки будут уменьшаться вниз так что каждый может попытаться установить систему. Кроме того, правительство уделяет большое внимание солнечной энергии, поэтому через несколько лет мы можем ожидать, что каждое домашнее хозяйство, а также каждая электрическая система питаются от солнечной или возобновляемой энергии.

Принцип работы и разработка солнечной батареи

Теплые подсказки: В этой статье около 2600 слов, а время чтения около 15 минут.

Сводка

Из-за постоянного спроса человечества на возобновляемые источники энергии, люди посвящают себя разработке новых источников. Энергия, которую солнце излучает на поверхность Земли за 40 минут, может быть использована в течение одного года со скоростью текущего глобального потребления энергии.Разумное использование солнечной энергии будет долгосрочной стратегией развития человечества для решения энергетических проблем, а также одной из наиболее изученных исследовательских горячих точек. В этой статье будут представлены различные типы новых солнечных элементов, а также принцип и разработка солнечных элементов. При этом сравним эффективность преобразования и перспективы развития.

 


Каталог

 

 


Ⅰ Фон солнечной батареи

Энергетика является не только базовой отраслью народного хозяйства, но и высокотехнологичной отраслью.« Безопасный, эффективный и низкоуглеродный » воплощает в себе характеристики современных энергетических технологий, а также является основным направлением для захвата командной высоты энергетических технологий будущего.

 

В настоящее время разработка новых источников энергии в основном сосредоточена на возобновляемых источниках энергии, таких как солнечная энергия, водородная энергия, энергия ветра и геотермальная энергия, среди которых ресурсы солнечной энергии многочисленны и широко распространены и являются наиболее перспективными возобновляемыми источниками энергии.В условиях глобальной нехватки энергии и загрязнения окружающей среды, которые становятся все более заметными, солнечная фотоэлектрическая энергетика привлекла внимание всего мира и сосредоточилась на развитии новых отраслей из-за ее экологически чистых, безопасных, удобных, эффективных и других характеристик.

 

С момента открытия французским ученым Э. Беккерелем в 1839 году фотогальванического эффекта жидкости (называемого фотогальваническим явлением) солнечный элемент претерпел долгую историю развития, насчитывающую более 160 лет.С точки зрения общего развития, как фундаментальные исследования, так и технический прогресс сыграли положительную роль в их продвижении. Практическое применение солнечных элементов сыграло решающую роль с момента успешной разработки солнечных элементов из монокристаллического кремния тремя учеными из Bell Laboratories в США, что является важной вехой в истории развития солнечных элементов. До сих пор основная структура и механизм солнечных элементов не изменились.

 

Из-за постоянного спроса человечества на возобновляемые источники энергии, люди посвящают себя разработке новых источников.Энергия, которую солнце излучает на поверхность Земли за 40 минут, может быть использована в течение одного года со скоростью текущего глобального потребления энергии. Разумное использование солнечной энергии будет долгосрочной стратегией развития человечества для решения энергетических проблем, а также одной из наиболее изученных исследовательских горячих точек. В этой статье будут представлены различные типы новых солнечных элементов, а также принцип и разработка солнечных элементов. При этом сравним эффективность преобразования и перспективы развития.

 


Ⅱ Типы солнечных элементов

2.1 Кремниевый солнечный элемент

Кремниевые солнечные элементы делятся на монокристаллические кремниевые солнечные элементы, поликристаллические кремниевые тонкопленочные солнечные элементы и аморфные кремниевые тонкопленочные солнечные элементы.

 

Солнечные элементы

из монокристаллического кремния имеют эффективность преобразования ячеек, технология которых также является наиболее зрелой. Максимальная эффективность преобразования в лаборатории составляет 24,7 %, а производительность в масштабах производства — 15 %.Он по-прежнему доминирует в крупномасштабных приложениях и промышленном производстве. Однако из-за высокой стоимости монокристаллического кремния резко снизить стоимость очень сложно. В целях экономии кремниевых материалов разработка поликристаллического кремния и пленки аморфного кремния появляется в качестве заменителей монокристаллических кремниевых солнечных элементов.

 

По сравнению с монокристаллическим кремнием, тонкопленочный солнечный элемент из поликристаллического кремния имеет более низкую стоимость.Между тем, он имеет более высокую эффективность, чем тонкопленочные элементы из аморфного кремния. Его наивысшая эффективность преобразования составляет 18% в лабораторных условиях и 10% в промышленных масштабах. В результате тонкопленочные батареи из поликристаллического кремния вскоре будут доминировать на рынке солнечной энергии.

 

Тонкопленочные солнечные элементы из аморфного кремния обладают большим потенциалом благодаря преимуществам низкой стоимости, высокой эффективности преобразования и простоты массового производства. Однако из-за эффекта затухания фотоэлектрической эффективности, вызванного материалом, стабильность невысока, что напрямую влияет на его практическое применение.Если мы сможем дополнительно решить проблему стабильности и улучшить коэффициент преобразования, то солнечный элемент на основе аморфного кремния, несомненно, станет одним из основных направлений развития солнечных элементов.

 

2.2 Многокомпонентные тонкопленочные солнечные элементы

Материал многосоставных тонкопленочных солнечных элементов представляет собой неорганические соли, в том числе соединения арсенида галлия III-V, сульфид кадмия, сульфид кадмия и тонкопленочный элемент из селена, окклюдированный медью.

 

Поликристаллические тонкопленочные элементы из сульфида кадмия, теллурида кадмия обеспечивают более высокую эффективность, чем тонкопленочные солнечные элементы из аморфного кремния, более низкую стоимость, чем элементы из монокристаллического кремния, а также просты в массовом производстве.Однако кадмий очень токсичен, что приведет к серьезному загрязнению окружающей среды; следовательно, это не идеальная замена кристаллическим кремниевым солнечным элементам.

 

 

Эффективность преобразования составных элементов GaAs III-V может достигать 28%. Соединения GaAs имеют очень хорошую оптическую ширину запрещенной зоны и высокую эффективность поглощения. Они обладают сильной защитой от облучения и нечувствительны к теплу, что подходит для производства высокоэффективных однопереходных элементов.Однако цена GaAs-материалов высока, что в значительной степени ограничивает популярность GaAs-элементов.

 

Тонкопленочные элементы из селенида меди и индия (называемые CIS) подходят для фотоэлектрического преобразования. Проблем с фотодеградацией нет. Они имеют такую ​​же эффективность преобразования, как и поликремний. С низкими ценами, хорошей производительностью и простотой процессов и т. д. СНГ станет важным направлением будущего развития солнечных батарей. Единственная проблема заключается в источнике материала, так как индий и селен являются относительно редкими элементами, поэтому разработка таких батарей должна быть ограничена.

 

2.3 Полимерный многослойный модифицированный электродный солнечный элемент

Замена неорганических материалов органическими полимерами является научным руководителем недавно начатого производства солнечных элементов. Обладая преимуществами хорошей гибкости, простоты изготовления, широкого спектра источников материалов и низкой стоимости, органические материалы имеют большое значение для крупномасштабного использования солнечной энергии и обеспечения дешевой электроэнергии. Однако изучение производства солнечных элементов из органических материалов только началось, и их срок службы, и эффективность батареи не могут сравниться с неорганическими материалами, особенно с кремниевыми элементами.Вопрос о том, можно ли превратить его в практический продукт, требует дальнейшего изучения.

 

 

2.4 Нанокристаллические солнечные элементы

Нанокристаллический TiO 2 Химия Солнечные элементы — это недавно разработанный продукт. Его преимущества включают низкую стоимость, простоту процесса и стабильную работу. В то же время его фотоэлектрическая эффективность стабильно превышает 10%, а стоимость производства составляет всего от 1/5 до 1/10 стоимости кремниевого солнечного элемента, а срок его службы может достигать более 20 лет.

 

Однако, поскольку исследования и разработка таких элементов только начались, предполагается, что нанокристаллические солнечные элементы будут постепенно выходить на рынок в ближайшем будущем.

2.5 Органические солнечные элементы

Органические солнечные элементы, как следует из названия, представляют собой солнечные элементы, которые образуют органические материалы. Мы не знакомы с органическими солнечными батареями, что разумно. Более 95% современных солнечных элементов изготовлены на основе кремния, а менее 5% остальных солнечных элементов изготовлены из других неорганических материалов.

 

Вот таблица эффективности преобразования различных типов солнечных элементов:

Типы солнечных батарей

Кристаллические кремниевые солнечные элементы

Тонкопленочный солнечный элемент

 

кремний монокристаллический

поликристаллический кремний

CdTe

СНГ

А-Си

МС-Si

Эффективность промышленного производства

19.6%

18,5%

11,1%

12%

7%

9%

Достижимые цели эффективности

>20%

20%

18%

18%

10%

15%

 

 


Ⅲ Некоторые причудливые конструкции солнечных элементов

3.1 батарея для энергосбережения

E-Saving Battery имеет идеальный баланс площади солнечных элементов (эффективность выработки энергии) и портативности. Этот продукт ничем не отличается от обычного портативного повербанка. Он по-прежнему имеет колонновидную форму и вывод через USB-порт — но имеет встроенные гибкие солнечные элементы, при необходимости удерживая заднюю часть удилища, и можно вытягивать солнечный элемент как катушку, чтобы получить максимальную площадь освещения. , тем самым повысить эффективность производства электроэнергии.В мирное время можно и панель поставить вверх, что и удобно и не занято.

 

3.2 Складная солнечная батарея

В разделе «Энергосберегающая батарея» мы упомянули гибкий солнечный элемент, который можно свернуть. Тогда можно ли свернуть солнечную батарею или нет? Еще в 2009 году американец по имени Фредерик Кребс создал солнечную пленку, которую можно скручивать или распрямлять, к которой даже была прикреплена ультратонкая литиевая батарея и светодиод. В течение дня вы можете расправить его и прикрепить к стене, и он сможет преобразовывать солнечную энергию в электричество и накапливать.вечером можно поставить в доме как комнатное освещение. При желании его также можно свернуть в трубочку, как фонарик. По замыслу Кребса, стоимость каждого будет меньше 7 долларов США при окончательном массовом производстве такой солнечной светодиодной пленки.

 

3.3 SunCats

SunCats — дизайн Кнута Карлсена. На самом деле, это больше похоже на солнечную наклейку, чем на солнечный элемент, эквивалентный солнечным элементам, прикрепленным к поверхности обычной перезаряжаемой батареи.Поэтому, когда он выключен, бросьте его на подоконник и дайте ему поймать немного солнечного света.

3.4 SunLight

SunLight разработан немецким дизайнером Германом Эске. Основной корпус sunLight представляет собой солнечную панель, которую можно свернуть вместе. Помимо прямой зарядки электроники, как это делают большинство солнечных устройств, у него есть и другие специальные функции. Если вы посмотрите на него крупным планом, вы обнаружите, что он выглядит немного иначе. Сзади шесть полых маленьких цилиндров.Все загадки кроются в этих цилиндрах, любой из которых можно представить как небольшой светодиодный фонарик, работающий от двух встроенных аккумуляторов типа АААА, и свернутый в виде мощного фонарика с шестью светодиодами.


Ⅳ Принцип работы солнечных элементов

Солнечные элементы, тип полупроводникового устройства, которое эффективно поглощает солнечное излучение и преобразует его в электрическую энергию, также известны как фотоэлектрические элементы из-за их фотоэлектрического эффекта с использованием различных потенциальных барьеров.Основой этих устройств является полупроводник, высвобождающий электроны.

 

Наиболее часто используемым полупроводниковым материалом является кремний. Поскольку запасы кремния в земной коре богаты, можно сказать, что он неисчерпаем. Когда солнечный свет падает на поверхность полупроводника, валентные электроны атомов в N- и P-областях полупроводника возбуждаются солнечными фотонами, а энергия за пределами запрещенной полосы получается за счет оптического излучения. Таким образом, зона проводимости создает множество электронно-дырочных пар, находящихся в неуравновешенном состоянии внутри полупроводникового материала.Эти фотовозбужденные электроны и дырки свободно сталкиваются или рекомбинируют в полупроводнике до равновесного состояния.

 

Композитный процесс не проявляет внешнего проводящего эффекта. Это часть автоматической потери энергии солнечных батарей. Небольшое количество носителей в фотовозбужденных носителях может перемещаться в область PN-перехода и дрейфовать в противоположную область из-за эффекта вытягивания неосновных носителей PN-перехода, а противоположное направление формируется напротив электрического поля барьера PN-перехода. Фотоэлектрическое поле.

 

После подключения к внешней цепи вы можете получить выходную мощность. Когда большое количество таких небольших солнечных фотоэлектрических элементов объединено последовательно и параллельно для формирования модуля фотоэлектрического элемента, под действием солнечной энергии вырабатывается достаточно большая электрическая мощность. Полупроводниковые материалы для солнечных элементов должны иметь подходящую ширину запрещенной зоны.

 

Полупроводник с другой шириной запрещенной зоны поглощает только часть энергии солнечного излучения для генерации электронно-дырочных пар.Чем меньше ширина запрещенной зоны, тем большую часть солнечного спектра можно поглотить, и в то же время количество теряемой энергии будет больше вблизи пиков солнечного спектра. Видно, что более эффективно использовать солнечный спектр можно только при выборе полупроводниковых материалов с подходящей шириной запрещенной зоны. Поскольку полупроводник с прямым переносом имеет более высокую эффективность поглощения света, чем тип с непрямым переносом, он должен быть полупроводником с прямым переносом.

 


Ⅴ Фотогальванический эффект

Как упоминалось выше, здесь необходимо объяснить фотогальванический эффект.

Вот видео о фотогальваническом эффекте: 

Адъюнкт-профессор материаловедения и инженерии Джефф Гроссман объясняет фотогальванику/солнечные элементы

 

Так называемый фотогальванический эффект заключается в том, что при освещении объекта распределение заряда внутри объекта изменяется под действием электродвижущей силы и тока.Когда солнечный свет или другой свет падает на PN-переход полупроводника, по обе стороны от PN-перехода появляется напряжение, которое называется фотоиндуцированным напряжением.

 

Когда свет попадает на PN-переход, генерируется электронно-дырочная пара. Носители, генерируемые вблизи PN-перехода в полупроводнике, не рекомбинируют, чтобы достичь области пространственного заряда. За счет притяжения внутреннего электрического поля электрон перетекает в N-область, а дырка — в P-область.В результате избыточные электроны накапливаются в N-области, а избыточные дырки присутствуют в P-области. Они формируют фотогенерируемое электрическое поле, противоположное барьеру, вблизи p-n-перехода. Помимо частичного противодействия роли электрического поля потенциального барьера, фотогенерируемое электрическое поле также делает область P положительной, а область N отрицательной. Затем возникает электродвижущая сила между тонким слоем в области N и P, что является фотогальваническим эффектом.

 


Ⅵ Часто задаваемые вопросы

1. Каков принцип работы солнечных батарей?

Солнечная батарея — это устройство, которое напрямую преобразует энергию света в электрическую энергию посредством фотогальванического эффекта. Солнечные элементы или фотоэлектрические элементы изготавливаются на основе принципа фотоэлектрического эффекта. Они преобразуют солнечный свет в электричество постоянного тока.

 

2. Что такое солнечная батарея и кратко объясните, как она работает?

Когда солнечный свет падает на солнечный элемент, из кремния выбрасываются электроны, что приводит к образованию «дырок» — вакансий, оставленных вылетевшими электронами.Если это произойдет в электрическом поле, то поле переместит электроны в слой n-типа, а дырки — в слой p-типа.

 

3. Каковы преимущества солнечных батарей?

• Возобновляемый источник энергии. Среди всех преимуществ солнечных батарей самым важным является то, что солнечная энергия является действительно возобновляемым источником энергии.

• Уменьшает счета за электроэнергию.

• Различные приложения.

• Низкие затраты на обслуживание.

• Развитие технологий.

 

4. Что такое солнечный элемент?

Солнечный элемент, также называемый фотогальваническим элементом, любое устройство, которое непосредственно преобразует энергию света в электрическую энергию посредством фотогальванического эффекта.

 

5. Каковы характеристики солнечных батарей?

Основными характеристиками солнечного элемента являются ток короткого замыкания (ISC), напряжение холостого хода (VOC), коэффициент заполнения (FF) и эффективность преобразования солнечной энергии (η).

 

6. Какие существуют типы солнечных батарей?

Существует три типа солнечных панелей: монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные солнечные панели. Каждый из этих типов солнечных элементов изготавливается уникальным образом и имеет разный эстетический вид.

 

7. Каковы три преимущества солнечной энергии?

Солнечная энергия не загрязняет окружающую среду и не вызывает выбросов парниковых газов после установки.Снижение зависимости от иностранной нефти и ископаемого топлива. Возобновляемая чистая энергия, доступная каждый день в году, даже в пасмурные дни производит некоторую энергию. Возврат инвестиций в отличие от оплаты счетов за коммунальные услуги.

 

8. Почему кремний используется в солнечных элементах?

Чистый кристаллический кремний плохо проводит электричество, так как по своей сути является полупроводниковым материалом. … В солнечном элементе слои расположены рядом друг с другом, и таким образом создается электрическое поле.Когда солнечный свет попадает на солнечный элемент, энергия стимулирует электроны, которые оставляют после себя дырки.

 

9. Что такое напряжение холостого хода солнечных элементов?

Напряжение холостого хода, VOC, является максимальным напряжением, доступным от солнечного элемента, и это происходит при нулевом токе. Напряжение холостого хода соответствует величине прямого смещения на солнечном элементе из-за смещения перехода солнечного элемента с генерируемым светом током.

 

10.Почему солнечная энергия полезна для окружающей среды?

Солнечная энергия снижает выбросы парниковых газов.

Выработка электроэнергии с использованием солнечной энергии вместо ископаемого топлива может значительно сократить выбросы парниковых газов, особенно двуокиси углерода (CO2). Переходя на солнечную энергию, вы можете снизить спрос на ископаемое топливо, ограничить выбросы парниковых газов и уменьшить свой углеродный след.

 


Книга рекомендаций

 

Эта книга представляет собой всестороннее введение в физику фотогальванического элемента.Он подходит для студентов, аспирантов и исследователей, плохо знакомых с этой областью. Он охватывает основы физики полупроводников в фотоэлектрических устройствах; физические модели работы солнечных батарей; характеристики и конструкция распространенных типов солнечных батарей; и подходы к повышению эффективности солнечных батарей. Текст объясняет термины и понятия физики солнечных батарей и показывает читателю, как формулировать и решать соответствующие физические задачи. Упражнения и рабочие решения включены.Содержание: Фотоны на входе, электроны на выходе: основные принципы PV; Электроны и дырки в полупроводниках; Генерация и рекомбинация; Соединения; Анализ p-n-перехода; Монокристаллические солнечные элементы; Тонкопленочные солнечные элементы; Управление светом; За пределом: стратегии повышения эффективности.

 

— Дженни Нельсон (Автор)

В основном книги посвящены кремниевым устройствам с одним переходом, но также описаны некоторые полупроводники III-V. В основном освещается физика солнечных элементов, но есть и информация по практическим вопросам установки.

 

—Мартин А. Грин (Автор)

 


Актуальная информация о «Принципе работы и разработке солнечных элементов»

О статье «Принцип работы и развитие солнечной батареи». Если у вас есть лучшие идеи, не стесняйтесь писать свои мысли в следующей области комментариев. Вы также можете найти дополнительные статьи об электронных полупроводниках через поисковую систему Google или обратиться к следующим связанным статьям.

 

Альтернативные модели

Часть Сравнить Производители Категория Описание
Произв.Деталь №: 34.3123 Сравните: Текущая часть Производитель: Schurter Категория: Предохранители Описание: Картриджные предохранители FST 5×20, 4 А, 250 В перем. тока, с задержкой срабатывания T, несбрасываемый предохранитель
ПроизводительНомер детали: 0034.3123 Сравните: 34.3123 VS 0034.3123 Производитель: Schurter Категория: Термовыключатели/выключатели/предохранители Описание: ШУРТЕР 0034.3123 Предохранитель, картридж, серия FST, 4 А, 250 В, 5 мм x 20 мм, 0,2 дюйма x 0,79 дюйма, 40 А
Изготовитель Деталь №:0034.3123.G Сравните: 34.3123 ВС 0034.3123.Г Производитель: Schurter Категория: Предохранители Описание: Fuse Miniature 4A 250V Slow Blow 2Pin Cartridge Holder Bulk
ПроизводительДеталь №: 312-3 Сравните: 34.3123 ВС 312-3 Производитель: Schurter Категория: Описание: Электрический предохранитель,
Принцип работы фотоэлемента

| Как работают солнечные фотоэлектрические элементы

Изучите принцип работы фотоэлектрических элементов или как работают солнечные фотоэлектрические элементы.

Здесь мы узнаем о принципах работы фотоэлектрических элементов или о том, как работают солнечные фотоэлектрические элементы .

Что такое фотоэлектрическая или солнечная батарея?

Фотоэлектрическая батарея или солнечная батарея со своим символом

Фотоэлектрический элемент, или солнечный элемент, или фотоэлектрический элемент — это наименьший и основной строительный блок фотоэлектрической системы (солнечный модуль и панель солнечных батарей ). Эти клетки различаются по размеру от 0,5 до 4 дюймов. Они состоят из солнечного фотоэлектрического материала, который преобразует солнечное излучение в электричество постоянного тока ( DC ).

Материалы, используемые для фотогальваники, включают монокристаллический кремний, поликристаллический кремний, микрокристаллический кремний, теллурид кадмия и селенид/сульфид меди-индия.

Различные типы фотоэлементов

Сегодня разрабатывается много новых типов фотоэлементов, но в основном из двух разных материалов:

1. Кристаллические кремниевые фотоэлементы (монокристаллические)

Эти солнечные элементы изготовлены из кристаллического кремния. Многие из вас, должно быть, знают, что кремний является вторым наиболее распространенным материалом на Земле и в изобилии содержится в песке.Чтобы сделать солнечные элементы из кремния, изготовленные кристаллы кремния нарезают до толщины около 300 микрометров и покрывают, чтобы они работали как полупроводник для захвата солнечной энергии.

2. Тонкопленочные или поликристаллические фотоэлементы

Тонкопленочные фотоэлементы используют аморфный кремний или альтернативу кремнию в качестве полупроводника. Эти солнечные элементы относительно гибкие и могут быть установлены непосредственно со строительными материалами. Они отлично работают даже в облаках, когда мало солнечного света. Недостатком здесь является то, что тонкопленочные фотоэлементы генерируют меньше электроэнергии, чем кристаллические кремниевые элементы.

Солнечные фотоэлектрические панели

Массив или солнечные фотоэлементы электрически соединены вместе, чтобы сформировать фотоэлектрический модуль, а массив таких модулей снова электрически соединен вместе, чтобы сформировать солнечную панель. Это соединение выполняется пайкой с использованием проволоки с флюсовым сердечником и ленты PV.

Солнечная батарея, солнечный модуль и солнечная панель

Характеристики фотоэлектрического или солнечного элемента

Знаете ли вы, что солнечный свет мы получаем на Земле частицами солнечной энергии, называемыми фотонами.Когда эти частицы ударяются о полупроводниковый материал (кремний ) солнечного элемента, свободные электроны освобождаются и движутся к обработанной передней поверхности элемента, создавая тем самым отверстия. Этот механизм повторяется снова и снова, и все больше и больше электронов ( Отрицательный заряд ) направляются к передней поверхности клетки и создают дисбаланс электронов. Теперь, когда передняя () и задняя ( + ) поверхности фотогальванического элемента соединены проводником, таким как медный провод, генерируется электричество.

Принцип работы фотоэлемента для выработки электроэнергии

Солнечные элементы преобразуют энергию солнечного света в электрическую энергию. Солнечные элементы содержат такой материал, как кремний, который поглощает световую энергию. Энергия выбивает электроны, чтобы они могли свободно течь и создавать разницу в электрической потенциальной энергии или напряжении.

Поток электронов или отрицательный заряд создает электрический ток. Солнечные элементы имеют положительные и отрицательные контакты, как клеммы в батарее.Если контакты соединены токопроводящим проводом, ток течет от отрицательного контакта к положительному. На рисунке ниже показано, как фотоэлемент работает для выработки электроэнергии.

Принцип работы фотоэлемента

или как работает фотоэлемент

Сколько электроэнергии может генерировать фотоэлектрическая батарея

Один фотоэлектрический элемент может производить от 1 до 2 Вт электроэнергии. Этой энергии слишком мало для использования в любом домашнем хозяйстве или в коммерческих целях.

Чтобы увеличить выход электроэнергии, несколько фотоэлементов электрически соединяются вместе, чтобы сформировать фотоэлектрический модуль, и эти модули дополнительно электрически соединяются, чтобы сформировать фотоэлектрическую панель / фотоэлектрический массив.Количество модулей, соединенных в массив, зависит от количества необходимой солнечной электроэнергии.

Преобразование постоянного тока в переменный ток

Фотоэлементы генерируют постоянный или постоянный ток. Это электричество постоянного тока должно быть преобразовано в переменный или переменный ток, чтобы его можно было использовать в системе домашнего освещения или работающих приборах. Инвертор используется для преобразования постоянного тока в переменный. Это то же самое, что и преобразование постоянного тока из батареи в переменный ток.

Хранение электроэнергии, вырабатываемой солнечными батареями

Электричество, вырабатываемое солнечными элементами с использованием солнечной энергии, должно храниться, чтобы его можно было использовать позже по мере необходимости.Это делается путем подачи тока в банк солнечных батарей.

Видео: Как работают солнечные батареи?

Похожие сообщения:

Принцип солнечной батареи | О солнечной энергии | Наш дух солнечной энергии | Солнечная энергия | Продукция

  Преобразование солнечного света в электричество

Солнечная батарея
(поликристаллический кремний)
Фотоэлектрические модули, обычно называемые солнечными модулями, являются ключевыми компонентами, используемыми для преобразования солнечного света в электричество.Солнечные модули изготавливаются из полупроводников, очень похожих на те, что используются для создания интегральных схем для электронного оборудования. Наиболее распространенный тип полупроводников, используемых в настоящее время, состоит из кристаллов кремния. Кристаллы кремния ламинированы в слои n-типа и p-типа, уложенные друг на друга. Свет, падающий на кристаллы, вызывает «фотоэлектрический эффект», который генерирует электричество. Произведенное электричество называется постоянным током (DC) и может быть использовано немедленно или сохранено в батарее.Для систем, установленных в домах, обслуживаемых коммунальной сетью, устройство, называемое инвертором, преобразует электричество в переменный ток (AC), стандартную мощность, используемую в жилых домах.

  Выработка электроэнергии с использованием затвора P-N
Кристаллы кремния высокой чистоты используются для производства солнечных элементов. Кристаллы перерабатываются в солнечные элементы методом плавления и литья.Отливка в форме куба затем разрезается на слитки, а затем нарезается на очень тонкие пластины.

Обработка пластин
Атомы кремния имеют четыре «руки». В стабильных условиях они становятся идеальными изоляторами. При объединении небольшого количества пятилучевых атомов (с избыточным электроном) возникает отрицательный заряд, когда солнечный свет (фотоны) попадает на избыточный электрон. Затем электрон выбрасывается из руки, чтобы свободно перемещаться. Кремний с такими характеристиками проводит электричество.Это называется полупроводником n-типа (отрицательным) и обычно возникает из-за того, что кремний «легирован» фосфорной пленкой.

Напротив, объединение трехлучевых атомов, у которых отсутствует один электрон, приводит к образованию дырки с отсутствующим электроном. В этом случае полупроводник будет нести положительный заряд. Это называется полупроводником p-типа (положительным) и обычно получается при легировании кремния бором.


P-n-переход образуется путем размещения полупроводников p-типа и n-типа рядом друг с другом.P-тип, с одним электроном меньше, притягивает лишний электрон от n-типа, чтобы стабилизировать себя. Таким образом, электричество вытесняется и генерирует поток электронов, иначе известный как электричество.

Когда солнечный свет падает на полупроводник, электрон вылетает и притягивается к полупроводнику n-типа. Это вызывает больше негатива в полупроводниках n-типа и больше плюсов в p-типе, тем самым генерируя более высокий поток электричества. Это фотоэлектрический эффект.




 Региональные офисы

Дополнительная информация

.
Принцип работы солнечные панели: Принцип работы солнечных батарей | Интернет магазин «Акваленд»

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.