Как работают солнечные батареи: Как работают солнечные батареи — Naked Science

Содержание

Солнечные батареи: конструкция и принцип действия

Полет человека в космос стал толчком к развитию технологий, которые в последствие пригодились и людям на Земле. Одна из них – использование солнечных батарей для производства электроэнергии. Во второй половине 20 века солнечные батареи можно было встретить лишь на космических кораблях и орбитальных станциях. Однако с началом нового столетия солнечные батареи уже можно было обнаружить в простом калькуляторе, а в наши дни любой может приобрести и установить солнечные батареи на крыше своего дома для производства электроэнергии. Во многих странах с благоприятным климатом для использования солнечных батарей (Италия, Испания, Португалия), на солнечную энергетику приходится существенная доля в общем объеме производства электроэнергии. Ряд стран оказывает государственную помощь компаниям и индивидуальным потребителям, которые используют солнечные батареи.

Самый простой способ использовать энергию Солнца – это преобразовывать ее в тепловую. Эти человечество занимается уже не одно тысячелетие, а в современных условиях это помогают делать солнечные коллекторы. Коллектор – передает солнечную тепловую энергию теплоносителю, в качестве которого выступает воздух или вода. Затем уже нагретый теплоноситель поступает в жилые помещения для их обогрева. Однако имеется два существенных недостатка в использовании тепловой энергии – невозможность ее хранить долгое время и передавать ее на большие расстояния. Поэтому наиболее удобным для накопления и транспортировки видом энергии является электричество. Для хранения электрической энергии нужны всего лишь аккумуляторные батареи, а для ее передачи – электрические провода.

Солнечный коллектор: устройство, конструкция, монтаж

Как работают солнечные батареи?

Солнечная батарея представляет собой несколько соединенных между собой фотоэлементов, сердцем которых являются кремниевые кристаллы. Из кремниевых кристаллов изготавливают пластины, на которые с одной стороны наносят тончайший слой фосфора, с другой стороны – тончайший слой бора. В месте контакта кремния с фосфором и бором возникает связь, а именно: при взаимодействии четырехвалентного атом кремния с трехвалентным атомом бора возникают так называемые «дырки», а при взаимодействии с пятивалентным атомом фосфора – один электрон становится свободным. Таким образом, с точки зрения физики, на стыке сред, обладающих избытком и недостатком электронов, образуется p-n переход. Фотоны от солнечного света бомбардируют поверхность пластины и вышибают избыточные электроны фосфора к недостающим электронам бора. В результате возникает упорядоченное движение электронов или электрический ток.

Пока мощность фотоэлементов недостаточна для полного перехода человечества исключительно на солнечную энергию. Поэтому для промышленного производства электроэнергии с использованием солнечных батарей необходимо огромное число пластин с фотоэлементами.

Система слежения за Солнцем для солнечных батарей
Расчет мощности солнечных батарей
Светильники на солнечных батареях

Однако особенность солнечных батарей – преобразование световой энергии Солнца, в том числе и ультрафиолетового излучения, позволяет использовать солнечные батареи даже зимой. Единственным условием, при котором солнечная батарея не сможет функционировать эффективно – повышенная облачность. Уже сейчас ученые предлагают создать две гигантские солнечные электростанции в Арктике и Антарктике, которые будут накапливать энергию во время полугодового полярного дня. На севере полярный день наступает летом, а на юге – зимой, что позволит производить электроэнергию круглый год.

Солнечные батареи для яхты | ЭлектроФорс

Стоимость электрической энергии на катере или яхте очень высока. Особенно, если во время стоянки владелец заряжает аккумуляторы двигателем, на котором не установлен ни внешний регулятор напряжения ни DC-DС зарядное устройство. В этом случае любое оборудование, вырабатывающее электричество дешевле, чем ДВС становится экономически выгодным и быстро окупается.

Содержание статьи

Типы солнечных панелей

Солнечные батареи преобразуют в электричество бесплатный свет солнца, а с учетом того, что цена полупроводников, из которых они сделаны, с каждым годом снижается на яхте или катере панели окупаются в течении нескольких месяцев — года. Их экономически выгодно устанавливать на лодку как можно больше. Однако результат разочарует, если не правильно подобрать мощность батарей или смонтировать их не в тех местах.На катерах и яхтах используется три типа солнечных панелей:

В монокристаллических панелях каждая ячейка вырезана из одного кристалла кремния. Хотя некоторые полугибкие модели также используют монокристаллические ячейки, как правило панели этого типа жесткие и не переносят изгибов. Коэффициент преобразования света в электрическую энергию у них достигает 22%, но чаще всего составляет 16 — 18%.

У большинства монокристаллических панелей сплошная жесткая задняя стенка. Недавно появились двухсторонние модели, позволяющие собирать свет обоими сторонами. Это удобно, когда под панелью расположена отражающая поверхность, например, белая верхняя часть кабины.

 
Эффективность ячеек, % 22,2-22,4
Мощность в рабочей точке (Pmpp), Wp 310
Напряжение холостого хода (Uoc), B 23,1
Напряжение в рабочей точке (Umpp), B 18,8
Ток в рабочей точке (Impp), А 16,46
Ток короткого замыкания, (Isc), A 17. 54
Тип Монокристаллические.
Гибкие. Материал поверхности ETFE или PET

 

В поликристаллических солнечных батареях каждая ячейка состоит из нескольких небольших кристаллов. Такие панели менее эффективны, чем монокристаллические, особенно при низких уровнях освещенности, но зато легче и дешевле.

Во время производства аморфных пластин, испаренный кремний осаждается на подложке. Аморфные панели самые дешевые и очень гибкие, однако их эффективность наименьшая.

Каждая кремниевая ячейка, независимо от размера, при попадании на нее прямого солнечного света создает напряжение около 0,6 вольт. Напряжение всей батареи можно приблизительно определить умножив 0,6 на количество ячеек. Например, напряжение солнечной панели, состоящей из 30 ячеек —  18,0 вольт.

Выходной ток ячейки зависит от ее типа, качества и площади занимаемой поверхности. Поэтому чтобы получить одинаковую выходную мощность с помощью аморфных и монокристаллических панелей, аморфными придется занять в два раза большую площадь.

Кроме того, мощность аморфных батарей примерно на 10% меньше номинальной в течение одного – двух лет после производства. В дальнейшем она стабилизируется.

Характеристики солнечных батарей

В спецификации на солнечную батарею производитель указывает следующие характеристики:

  • Voc — напряжение разомкнутой цепи. Это напряжение отсоединенной от аккумулятора солнечной батареи
  • Isc — ток короткого замыкания. Максимальный ток, который выдает панель, если замкнуть между собой ее клеммы. Выходное напряжение батареи в этом случае равно нулю
  • Imp — максимальный ток нагрузки
  • Vmp — напряжение при максимальной мощности
  • Pmax — максимальная мощность солнечной батареи. Это произведение двух предыдущих параметров. Иногда приводят только максимальную мощность и соответствующее напряжение на нагрузке. В этом случае ток нагрузки можно найти, разделив мощность на напряжение.

Ни одна из приведенных характеристик не описывает реальную производительность солнечной батареи – выходной ток при напряжении зарядки аккумулятора

Напряжение панели при максимальной мощности зависит от количества ячеек и их температуры.
Оно всегда выше, чем рекомендуемое напряжение зарядки, но при подключении к аккумулятору снижается. Из-за этого даже при стандартных условиях тестирования выходная мощность при напряжении зарядки аккумулятора всегда меньше номинальной на 20-25%.

Солнечные батареи испытывают в стандартных условиях. С точки зрения владельца катера или яхты наиболее важные из них — это предположение о том, что лучи солнца падают на батарею под углом 90 градусов, а ее температура составляет 25 ° C. Результаты испытаний изображают в виде вольтамперной характеристики. Иногда производители приводят данные для нескольких разных температур. Максимальная мощность солнечной батареи соответствует изгибу вольтамперной характеристики при 25 ° C.

Два способа подключения солнечных панелей к электрической системе катера или яхты. Слева — распределительная коробка обеспечивает безопасное и надежное электрическое соединение и гарантированно выдерживает атмосферные воздействия. Устанавливается с тыльной стороны панели. Если предполагается поверхностный монтаж, распределительную коробку можно установлена на передней стороне панели. Справа — два кабеля с силиконовой изоляцией и пластиковый кабельный ввод, расположены сзади панели. Электрическая полярность четко указана цветом изоляции. Альтернатива распределительной коробке.

Напряжение панели при максимальной мощности зависит от количества ячеек и их температуры. Оно всегда выше, чем рекомендуемое напряжение зарядки, но при подключении к аккумулятору снижается. Из-за этого даже при стандартных условиях тестирования выходная мощность при напряжении зарядки аккумулятора всегда меньше номинальной на 20-25%.

Точно узнать насколько падает мощность, можно если измерить ток, отдаваемый солнечной батареей во время зарядки аккумулятора. Например, 50-ваттная панель с номинальным напряжением 17 вольт обеспечивает ток 2,94 ампера (Вт / вольт = ампер). По вольтамперной характеристике при температуре 25-градусов находим, что при напряжении 13,0 вольт выходной ток солнечной батареи составляет 3,0 А (Напряжение 13 вольт подходит для зарядки разряженного аккумулятора и аккумулятора с подключенной нагрузкой).

Хотя выходной ток изменился незначительно по сравнению со значением при номинальном напряжении, выходная мощность снизилась до 13,0 вольт × 3,0 ампер = 39 Вт. Это на 22% меньше номинальной мощности.

Существуют и другие потери, которые необходимо учесть перед установкой солнечных батарей на яхту или катер. На суше панели монтируют на опорах, расположенных под углом к горизонту. В этом случае на поверхность попадает максимальное количество лучей солнца. Но если таким образом установить панели на катере или яхте, после каждого поворота они будут терять солнце. Чтобы избежать этого панели на лодках почти всегда устанавливают в фиксированном месте горизонтально. Однако даже в тропиках солнечный полдень (время, когда солнце находится прямо над головой) продолжается всего несколько часов в день. В остальное время лучи солнца падают на панель при меньших углах и количество передаваемой ими энергии заметно уменьшается.

Мощность солнечных панелей

Связь между температурой и мощностью для трех солнечных панелей. Кривые представляют максимальную выходную мощность при ярком солнечном свете, а не реалистичный выход в нормальных условиях эксплуатации. При температуре поверхности 50 ° C выход панели с 36 ячейками уменьшается на 15 вольт, а на 30-элементной панели на 11 вольт. Это слишком мало для эффективной зарядки аккумулятора в жарком климате.

Реальная мощность панели снижается еще больше, если облако заслоняет солнце или на поверхность батареи падает тень от такелажа, парусов или мачты. Даже частичное затенение одной ячейки в цепи соединенных последовательно значительно уменьшает выходной ток.

Резкие тени влияют на выходную мощность сильнее, чем тени с нечеткими краями. Если на ячейках не установлены шунтирующие диоды, то резкая тень на одной ячейке уменьшит выходной ток всей панели пропорционально затененной площади (например, 50% затенения только одной ячейки снизят выход всей панели на 50%). Ячейка, оказавшаяся в тени, потребляет ток от соседних и перегревается.

Шунтирующие диоды уменьшают проблемы от затенения. Они изолируют попавшую в тень ячейку и останавливают развитие «горячих точек». Однако каждая изъятая из общей цепи ячейка уменьшает напряжение всей панели. Поскольку из-за нагрева выходное напряжение панели снижается, то может возникнуть ситуация, когда оно окажется ниже уровня пригодного для зарядки аккумулятора. В этом случае выгода от шунтирующих диодов исчезает.

Резких теней, падающих на поверхность солнечной батареи на яхте или катере необходимо избегать

Даже в солнечном климате, энергия, реально генерируемая панелью в течении дня, редко превышает уровень 4-5 часов работы при максимальной мощности. Часто это значение еще меньше. Расчеты лучше основывать на предположение, что дневная выработка электричества соответствует 3-4 часам работы батареи на номинальной мощности.

Такой способ сопоставления реальной энергии, вырабатываемой солнечной батареей с максимальной называется пиковыми солнечными часами —  Peak Solar Hours (PSH). Существуют веб-сайты, которые рассчитывают PSH для разных частей света и для разных периодов года. Однако почти все они предполагают, что солнечные панели установлены под углом к горизонту и на них не падает тень. В этом случае PSH получается значительно завышенным. Поскольку реалистичная оценка PSH – 3, то число, получаемое от онлайн-калькулятора, необходимо уменьшить минимум на 30%.

6-ваттная солнечная панель, работающая 3 часа в день, в 12-вольтовой электрической системе произведет 18 Втч = 1,5 ампер-часа электрической энергии в день. 30-ваттная — 90 ватт-час или 7,5 ампер-часов в день (количество ампер-часов в день при напряжении 12,0 вольт = номинальная мощность / 4). Если ежедневное потребление электрической энергии известно, например, 60 ампер-часов при напряжении 12 вольт, то мощность солнечной панели определяют умножив ампер-часы на 4 (60 Ач × 4 = 240 Вт)

Напряжение солнечной батареи

Выходное напряжение и сила тока солнечной батареи относительно «солнечного полдня». Напряжение падает при повышении температуры в солнечный полдень и в начале дня. Солнечная батарея работает на номинальной мощности в течении небольшого промежутка времени. Выходную мощность панели можно увеличить, если регулировать ее положение в течении дня

Чтобы заряжать аккумулятор, напряжение солнечной батареи, как и любого другого зарядного устройства, должно быть выше напряжения аккумулятора. Причем разность должна существовать даже в том случае, когда напряжение аккумулятора вырастает до 14,0 вольт.

12-вольтовая солнечная панель, состоящая из 30 —  44 ячеек, при разомкнутой цепи обеспечивает номинальное напряжение от 18,0 до 26,0 вольт. На первый взгляд этого достаточно для зарядки аккумулятора. На самом деле это не всегда так.

В «солнечный полдень» черный кремний в солнечной батарее нагревается. Если температура панели превысит 25 ° C, то ее выходное напряжение уменьшится по сравнению с номинальным — 1,0 вольт на каждые 12 ° — 15 ° C роста температуры. При температуре поверхности 50 ° C выходное напряжение панели с 30 ячейками упадет до 13,3 вольт. У панели с 33 ячейками до 14,8 вольт, а у панели с 36 ячейками — до 16,3 вольт.

Гибкие солнечные панели установлены на крыше катера. Модули изготовлены под заказ, поэтому точно вписались в место, выбранное заказчиком

Скорость заряда аккумуляторов, подключенных к солнечной батарее с 30 ячейками будет постоянно снижаться, поскольку напряжение на аккумуляторах будет расти, и такая панель не зарядит полностью аккумулятор.

Солнечные батареи, уложенные горизонтально, нагреваются сильнее — между их задней стороной и основанием на котором они установлены нет воздушного зазора. Чтобы компенсировать повышенное падение напряжения, в них увеличивают количество ячеек. В некоторых моделях до 42 штук.

Во время установки в цепь панели иногда добавляют блокирующий диод в дополнение к шунтирующим диодам, описанным ранее. На блокирующем диоде дополнительно падает около 0,6 вольт. Из-за этого 30-элементная панель с блокирующим диодом, особенно в жарком климате, плохо заряжает аккумуляторы. Эффективность панели с 33 ячейками также снижается по мере роста напряжения аккумуляторной батареи.

В южном климате для зарядки аккумуляторов в панели должно быть, как минимум 30 ячеек. 33-элементная солнечная батарея будет давать достаточное напряжение для зарядки, но запас на потери (падение напряжения на диодах, в кабелях, соединениях и плохой солнечный свет) у нее будет небольшой. Панель с 36 ячейками справится с зарядкой аккумуляторов практически в любой ситуации. В умеренном климате панель с 33 ячейками выдает подходящее для зарядки аккумуляторов напряжение всегда, кроме самых жарких дней.

Для эффективной зарядки аккумулятора в жарком климате минимальное напряжение панели  (при стандартных условиях испытания), после вычитания падения напряжения на диодах должно составлять 16,0 — 17,0 В. В умеренном климате — 15,0 до 16,0 вольт.

Регуляторы напряжения солнечных батарей

По мере заряда аккумулятора саморегулируемая солнечная панель, состоящая из 30 ячеек уменьшает выходной ток. Если учесть нагрев панели в жарком климате, падение напряжения в блокирующем диоде и на других участках цепи, саморегулирующаяся солнечная панель будет плохо заряжать аккумуляторы независимо от ее номинальной мощности. Для эффективной зарядки требуется больше ячеек.

Pricing table with an Table ID of «classic-blue_11» is not defined.

Но панель, которая поддерживает напряжение, подходящее для зарядки аккумуляторов, медленно перезарядит их, в то время, пока катер или яхта не используются. Критическая точка возникает, если номинальная мощность панели при напряжении 14,0 вольт превышает 0,5% от емкости аккумуляторной батареи (например, панель с выходным током 1 А, подключена к аккумулятору емкостью 200 Ач).

Если мощность панели выше, необходимо установить регулятор напряжения или отключать панель, когда лодка остается на стоянке. Из-за чрезвычайной чувствительности литий-ионных аккумуляторов к перезарядке любая солнечная панель, используемая с любой литий-ионной батареей, всегда должна иметь регулятор напряжения.

Дешевый регулятор состоит из простой цепи, измеряющей напряжение, и реле. Когда напряжение достигает заданного значения, реле срабатывает и отключает солнечную батарею от аккумуляторов. Другие регуляторы переключают выход солнечных панелей на резистор (шунтирующий регулятор) или на нагрузку, например, водонагреватель (регулятор переадресации).

Более сложные регуляторы напряжения солнечных батарей имеют многоступенчатые программы зарядки аккумуляторов и отслеживают максимальную мощность(MPPT). Некоторые модели отключают аккумулятор, как только в цепи появляется отрицательный ток и заменяют таким образом блокирующий диод. Для выравнивания жидко-кислотных или AGM аккумуляторов предусматривается режим кондиционирования. Один из способов его активации — отключение регулятора и зарядка аккумуляторной батареи при полном напряжении солнечной панели.

Солнечные контроллеры MPPT

Регулятор с отслеживанием точки максимальной мощности – это расширенная версия шунтирующего регулятора с широтно-импульсной модуляцией. MPPT контроллер – это DC-DС конвертер. Он состоит из инвертора, преобразующего постоянное напряжение солнечной панели в высокочастотное переменное. Трансформатора, изменяющего это напряжение и выпрямителя, преобразующего переменное напряжение трансформатора обратно в постоянное.

Зачем нужно такое сложное устройство? Выходное напряжение солнечной панели определяется типом заряжаемого аккумулятора. Однако солнечная батарея работает с максимальной мощностью, когда ее напряжение существенно выше, чем допустимое напряжение зарядки аккумуляторов. Снижение оптимального выходного напряжения до безопасного для аккумулятора уровня уменьшает реальную мощность солнечной батареи на 25% по сравнению с номинальной. Контроллер MPPT делает выходное напряжение солнечной панели независимым от напряжения аккумулятора.

В сложных MPPT регуляторах микроконтроллер контролирует напряжение аккумулятора, уровень его заряда и выходной ток солнечной панели. На основании этих данных регулятор устанавливает выходное напряжение панели, так, чтобы ее мощность была максимальной при этом конкретном наборе условий. Для достижения желаемого результата используется цепь управления в преобразователе постоянного тока.

Установка солнечных батарей

Существует четыре типа морских солнечных батарей, изготавливаемых специально для катеров и яхт:

Полугибкие солнечные панели проще установить, они не требуют сложных приспособлений для монтажа и гораздо легче жестких. Если панели изготавливаются под заказ, то их можно сделать практически любого размера и разместить там, где это удобнее всего

У жестких монокристаллических и поликристаллических панелей самая низкая стоимость 1 ватта вырабатываемой мощности, и максимальная мощность для данной площади. Однако установка этих панелей обходится дороже всего, так как приходится использовать жесткое крепление, защищающее панели от повреждения. Жесткие панели работают с максимальной мощностью когда они установлены на кронштейнах за кормой. Однако в этом случае солнечные батареи становятся уязвимыми для волн и могут быть повреждены при швартовке. Еще одно хорошее место -верхняя часть рулевой рубки.

Полугибкие поликристаллические панели устанавливают на верхнюю часть кабины и другие изогнутые поверхностях. Аморфные силиконовые панели располагают на любой поверхности, а при необходимости сворачивают и убирают для хранения. Во всех случаях потери на нагрев будут меньше, если под солнечной панелью организован воздушный зазор.

Подключение солнечных батарей к аккумулятору

Учитывая, что солнечные батареи сильно чувствительны даже к небольшим падениям напряжения, при монтаже необходимо использовать кабель и терминалы морского качества. Контакты на панели уязвимы для коррозии и их необходимо полностью герметизировать. Над палубой не должно быть никаких дополнительных соединений – один кусок кабеля прокладывают до уплотнения в палубе. Если без соединений не обойтись их выполняют внутри лодки.

Схема подключения нескольких аккумуляторов для зарядки от солнечных батарей. Используется бистабильное реле Sterling Power. Обычное реле потребляет в замкнутом состоянии ток до 0,5 А и может свести на нет работу солнечных панелей. Бистабильное реле потребляет ток только во время включения — 0,5 мА.

Токонесущую способность кабеля получают умножив ток короткого замыкания панелей на 1,25. Затем по таблице подбирают сечение кабеля с учетом 3% падения напряжения.

Если панель подключают непосредственно к аккумулятору для поддерживающей зарядки, то как можно ближе к аккумулятору устанавливают предохранитель. Без него любая неисправность в проводке приведет к короткому замыканию аккумулятора и, возможно, пожару.

Если часть панели может попасть в тень, то вместо одной большой лучше использовать комплект из нескольких солнечных батарей меньшего размера, рассчитанных на тоже напряжение, но соединенных параллельно. В этом случае попавшая в тень панель уменьшит выход, но не повлияет на остальные в цепи. Затенение части большой панели снизит выходную мощность всей батареи.

Если на катере или яхте организована 24-вольтовая электрическая система, то соединять две 12-вольтовые солнечные батареи последовательно неправильно. Затенение любой области на любой панели повлияет на обе. Лучше соединить их параллельно, получить на выходе 12 вольт и использовать DC-DC конвертер для повышения напряжения до 24 вольт.  В этом случае одна панель может полностью оказаться в тени, но это не окажет влияния на вторую.

Несколько аккумуляторов

Некоторые системы раздельной зарядки используют диодные изоляторы которые уменьшают напряжение на 0,6 вольт. Если солнечная батарея используется для зарядки нескольких аккумуляторов в системе с раздельной зарядкой, ее необходимо установить до разделительных диодов. Падение напряжения на диодах в этом случае необходимо учитывать при расчете выходной мощности панели.

Для обслуживания нескольких аккумуляторных групп на яхтах устанавливают зарядные устройства с двумя или тремя выходами. Некоторые модели солнечных регуляторов напряжения также имеют несколько выходов, позволяя заряжать две аккумуляторных батареи без дополнительных диодов или реле. Но такие устройства мало распространены и стоят дороже. Устройство развязки установленное между аккумуляторами, позволяет заряжать несколько аккумуляторных батарей одновременно без падения напряжения. Лучше использовать бистабильное реле, которое в замкнутом состоянии не потребляет ток и не снижает зарядную способность солнечных батарей.

 

Двухсторонние солнечные батареи: технология и преимущества

Двухсторонние солнечные батареи — это находка современных разработчиков для использования всего потенциала альтернативных источников энергии. Особенно популярными в последние пару лет они стали в Китае. В частности, двусторонние солнечные панели позволяют получить больше энергии от, казалось бы, стандартного размера батарей. Однако даже использование обеих сторон двухсторонних солнечных элементов пока не повышает продуктивность до максимальных 100%. Согласно исследованиям, благодаря использованию обеих сторон солнечной панели может вырабатываться на 30% больше энергии.

Bloomberg New Energy Finance прогнозирует, что к 2020 году мировой рынок чистой энергии, ориентированной на использование двухсторонних модулей, может достигнуть 15 ГВт.

Двусторонние солнечные элементы

Особенность двухсторонней солнечной панели состоит в том, что, в отличие от стандартных батарей с алюминиевой основой, алюминий снизу убирается. Это дает возможность открыть полупроводниковый материал, который, в свою очередь, продуцирует энергию от падающего с обеих сторон света. Такие двусторонние солнечные элементы стоят дороже. На сегодняшний день разработчики ищут варианты удешевления конструкции и исходных материалов.

На начальном этапе использования двухсторонние солнечные панели увеличивали производительность только на 10%. Происходило это за счет отражения света от земли и направления его на нижнюю часть батареи. Повысить эффективность панелей взялись ученые из Исследовательского института солнечной энергии Сингапура. Они сотрудничали со специалистами Национального университета Сингапура и Международного исследовательского центра солнечной энергии Konstanz в Германии.

Разработчики воплотили в жизнь инновационные панели с использованием двухстороннего модуля, которые работают гораздо дольше обычных. Кроме того, выросла и выработка энергии. Система поглощает свет лицевой и тыльной сторонами. Эффективность таких элементов достигает значений, которые на 22—30% выше, чем при стандартной выработке энергии от односторонних панелей. Панель покрыта двойным изолирующим стеклом, благодаря чему срок эксплуатации батарей возрастает до 30 лет.

Как работают двусторонние солнечные элементы

Солнечные панели с эффективными лицевой и тыльной сторонами — это уже реальность в сегодняшнем мире возобновляемой энергии. Продуктивность солнечного модуля может быть практически одинакова с обеих сторон, при этом лицевая сторона будет иметь немного больший КПД. Есть несколько вариантов размещения таких панелей.

Если установка стоит на земле, тогда тыльная сторона использует свет, отражаемый от земли. Еще один вариант — добиться вертикального положения батареи. В таком случае панели получают солнечную энергию с двух сторон с ходом движения солнца.

Чтобы получать отраженный свет от тыльной стороны солнечных панелей, батареи крепят на небольшом расстоянии от опорной поверхности. В среднем это 20—50 см. Это самый простой способ получения солнечного света для обратной стороны. Для большей эффективности опорную поверхность красят в белый цвет.

Вертикальное расположение удобно тем, что для него не требуется столько места и квадратных метров. Благодаря этому сельскохозяйственные земли могут использоваться по назначению. Панели устанавливаются и должны быть направлены с севера на юг. При вертикальном размещении снег или песок, к примеру, абсолютно не мешают работе батарей. Если отдавать преимущество горизонтальному расположению, то под солнечными батареями можно установить систему трекинга солнечной энергии с полярной осью. Тогда лучи отражаются от системы и проецируются на тыльную сторону панели. Преимущество такого способа — отличное охлаждение модулей и, соответственно, уменьшение потерь энергии.

Кстати, двусторонние панели использовались в семидесятых годах XX века в космосе. Однако тогда космические проекты имели достаточное финансирование, чтобы позволить применять такую технологию.

Сегодня двусторонние солнечные панели чаще всего применяют на остановках общественного транспорта и на различных фасадах зданий. Также некоторые новаторы предлагают размещать панели на длинных подпорках — на высоте нескольких метров от земли. Это поможет использовать землю под панелями для каких-либо других целей: для выращивания продуктов (если ряды батарей не смыкаются слишком плотно и не образуют сплошную тень).

Наиболее эффективно работают модели с наибольшим коэффициентом прозрачности материала батареи с обеих сторон. Разработчики используют для таких целей тонкое стекло. Это довольно затратно и делает панели уязвимыми из-за хрупкости материала. Также используется ТРТ-пленка. Она полностью прозрачна, но ее устойчивость к ультрафиолетовому излучению меньше.

Будущее двусторонних солнечных панелей

И хотя разработка и применение двухсторонних солнечных элементов начались еще в XX веке, есть ряд препятствий, которые стоят на пути тотального распространения таких систем. В частности, одна из проблем — затратность производства и высокая себестоимость двухсторонних солнечных батарей. При больших масштабах необходимо активно работать над удешевлением технологий и совершенствованием отражательного механизма. Когда цены на такие солнечные батареи снизятся в разы, они быстро станут одним из самых популярных способов генерации возобновляемой энергии.

Снижение цены сделает двухсторонние панели привлекательными и для частных домовладельцев. Они могут использовать систему в качестве заборов и ограждений. Бонусом будет и вполне приличная шумоизоляция.

Как устроены и работают солнечные батареи

Сегодня люди не ограничены в выборе источников энергии для собственного пользования, поэтому получить в свое распоряжение альтернативный и независимый источник энергии не составляет труда. Солнечные батареи или фотоэлектрические источники энергии пользуются наибольшей популярностью.

Со временем дорогостоящее оборудование альтернативного источника энергии окупается, а вырабатываемый им ресурс становится бесплатным. Также важно знать, что солнечные батареи являются экологичным источником энергии. Кроме того, за последние годы стоимость фотоэлектрических установок стала более доступной, и она продолжает снижаться. Такое обстоятельство говорит о будущих больших перспективах использования энергии солнечного света.

Источник солнечной электроэнергии состоит из двух основных частей: генератора постоянного тока (солнечной батареи) и аккумулятора с прибором контроля инвертора и заряда, который преобразует постоянный ток в переменный. Сами солнечные батареи состоят из целого набора фотоэлектрических преобразователей, превращающих энергию солнца в электрическую.

Многие солнечные элементы изготавливают из кремния. Именно он является наиболее дорогостоящим компонентом всей системы и обуславливает достаточно высокую стоимость солнечных батарей. Фотоэлектрические преобразователи могут быть изготовлены из поликристаллического и монокристаллического кремния. Их основное отличие заключается в технологии изготовления. У первых коэффициент полезного действия составляет 15 %, а у вторых 17,5 %.

Самым важным техническим параметром любой солнечной батареи можно назвать полезную мощность. Именно она оказывает влияние на экономичность всей установки. Мощность определяется величиной напряжения и выхода тока. Данные параметры зависят от того, насколько интенсивно солнечный свет попадает на поверхность фотоэлемента.

Электродвижущая сила отдельных элементов солнечной батареи не зависит от площади и уменьшается при нагревании батареи солнцем приблизительно на 0,4 % или на 1 градус Цельсия. Выходной ток зависит только от интенсивности излучения солнца и размера самих солнечных элементов. Чем больше и ярче светит солнце, тем больше тока генерируют солнечные элементы. В пасмурную погоду наоборот, зарядный ток и мощность снижаются.

Если солнечную батарею замкнуть на какую либо нагрузку в электрической цепи с сопротивлением Rн, то величину электрического тока I можно будет определить по качеству фотоэлектрического преобразователя, сопротивлению нагрузки и интенсивности освещения. Выделяемая мощность в нагрузке будет равна величине тока, помноженной на напряжение в зажимах батареи.

Самая большая мощность батареи выделяется при оптимальном сопротивлении, способствующему высокому коэффициенту полезного действия. Здесь все зависит от качества и размера рабочей поверхности солнечных батарей, а также интенсивности солнечного света.

Солнечная батарея включает в себя несколько отдельных элементов, параллельно и последовательно соединенных между собой. Таким образом удается увеличить выходные параметры тока, напряжения и мощности. Последовательное соединение элементов помогает увеличить выходное напряжение, а параллельное увеличивает ток. В случае выхода из строя батареи вся цепочка элементов не прерывается, что говорит о надежности источника энергии.

Исходя из этого можно сделать вывод, что солнечная батарея представляет собой цепь элементов. Величина отдаваемого электрического тока такой цепи увеличивается до максимума в зависимости от освещенности. Она прямо пропорциональна числу включенных в цепь солнечных элементов. Таким образом можно с помощью комбинации типов соединений подобрать требуемую выходную мощность солнечной батареи.

В случае отсутствия диодов солнечные элементы подвергаются перегреву и ломаются, поскольку на время затемнения в них разряжаются аккумуляторы. Именно поэтому в фотоэлектрических установках должны присутствовать диоды для уменьшения напряжения.

Вся получаемая энергия солнца постепенно скапливается в аккумуляторе, а после отдается в нагрузку. Аккумуляторы представляют собой химические источники тока, заряд которых происходит при приложении к ним потенциала, превышающего большее напряжение.

В хорошей солнечной батарее число параллельно соединенных элементов составляют так, чтобы при падении напряжения ток солнечной батареи оставался на определенном уровне.

Процесс поддержания преобразованной энергии на требуемом уровне контролируется специальным прибором фотоэлектрической системы – контроллером. При циклическом заряде системе требуется постоянный ток или напряжение.

В период высокой освещенности аккумулятор солнечной батареи заряжает 100% номинальной емкости, а потом питает уже подключенную нагрузку. Солнечные батареи соединяются с аккумулятором через контроллер заряда. Если аккумулятор заряжен полностью и электроприборы не используются, то солнечная батарея автоматически отключается от аккумулятора с помощью контроллера заряда . Чтобы преобразовывать постоянное напряжение аккумуляторной батареи в переменное и пригодное для питания большинства электроприборов, необходимо использовать инвертер. Без него от солнечной батареи можно питать энергией только те устройства, которые не работают на постоянном напряжении. Это могут быть приемники, светодиодные лампы, энергосберегающие источники света и портативная техника.

Как устроены и как работают солнечные батареи?

Обновлено: 17. 02.2021

Как устроен и работает фотоэлемент?

Фотоэлемент преобразует энергию солнечного света в электроэнергию. Он изготавливается из пластины очищенного кремния, в верхнюю часть которой добавляют атомы фосфора, а в нижнюю — атомы бора.

Таким образом, в пластине образуются 2 слоя: сверху N-слой (Negative) с избытком электронов, а снизу — P-слой (Positive) с дефицитом электронов. Между слоями образуется PN-переход — электрическое поле, не позволяющее электронам из N-слоя переходить в P-слой.

Фотоны солнечного света выбивают электроны из атомов кремния в PN-переходе. При этом, под воздействием поля PN-перехода, электроны переходят только в верхний N-слой. Между слоями усиливается разность потенциалов, и соединив их электродами, можно получить электрический ток.

Как устроена солнечная панель

Ячейки фотоэлементов последовательно соединяют, крепят на каркас и запаковывают в общую рамку (таким образом, чтобы в случае выхода из строя их можно было заменять по одному). Получается солнечная панель с двумя электродами, генерирующая постоянный ток.

Чтобы защитить солнечную батарею от дождя и ветра, снаружи ее покрывают стеклом.

Т.к. кремний хорошо отражает свет, значительная часть фотонов может не достигать PN-перехода. Чтобы уменьшить потери, фотоэлементы покрывают антибликовым покрытием.

КПД и эффективность солнечных батарей

Коэффициент фотоэлектрического преобразования современных солнечных батарей — примерно 20%. Т.е. всего 20% энергии солнечного света преобразуется в электричество. Причем, КПД снижается при нагреве солнечной панели из-за броуновского движения электронов.

Однако, для владельца солнечной электростанции важен не столько КПД панелей, сколько их мощность (т.е. сколько энергии они могут вырабатывать), а также стоимость, надежность и срок службы.

Как рассчитать рентабельность солнечной электростанции — описано здесь.

Однако, не забывайте, что технологический прогресс в солнечной энергетике постоянно снижает стоимость солнечных панелей, повышает их надежность и срок службы, и даже КПД.

Виды солнечных панелей

— Монокристаллические — на основе монокристалла кремния. КПД около 19% от номинальной мощности, для производства 1 кВт энергии необходима площадь 7 кв.м. Применение нашли как в быту, так и на специальных станциях.

— Поликристаллические — на основе выращенных поликристаллов кристаллов кремния. КПД — около 16% от номинальной мощности, для производства 1 кВт энергии необходимо 8,3 кв.м. Применяются там, где необходимы отдельные элементы мощностью свыше 200 ватт.

— Тонкопленочные фотовольтажные модули (ТFT) — наиболее производительные на данный момент. КПД — около 25% от номинальной мощности, для производства 1 кВт энергии необходимо 18,3 кв.м. Рациональны там, где необходимо производить свыше 2,5 кВт выходной электроэнергии, т.е. системы от 10 КВт номинальной мощности. Отличаются высокой чувствительностью и могут работать при рассеянном свете, при этом дают высокое напряжение при низком токе.

Мировыми лидерами производства солнечных панелей являются компании First Solar (США), Sharp (Япония), Suntech, Yingli, Trina Solar (все Китай).

Ниже — представлены новости развития технологий солнечных батарей.


12.02.21. В Корее создали солнечную панель, которую можно свернуть в рулон

Инженеры из Пусанского национального университета в Корее разработали прототип солнечных элементов, которые можно полностью складывать. Им удалось создать проводящую пленку из однослойных углеродных нанотрубок, внедрить эту пленку на подложку, а затем легировали ее оксидом молибдена, чтобы улучшить ее проводимость. Солнечную панель, созданную таким образом, можно свернуть в рулон или изогнуть так, как это требуется конструкцией. Это поможет не только упростить транспортировку подобных панелей, но и облегчить их внедрение в такие устройства, как автомобили, телефоны, и даже в одежду.

2020. Созданы первые перовскитные фотоэлементы с КПД 18%

Перовскит — минерал, который может прийти на смену кремнию в индустрии фотоэлементов. По КПД он не уступает кремнию, но позволяет изготавливать более легкие, гибкие и полупрозрачные солнечные панели, идеально подходящие для облицовки зданий. Однако, есть проблема с нанесением перовскита на большие площади, т.к. обычно это приводит к появлению дефектов и снижению КПД. Специалисты Наньянского технологического университета (Сингапура) применили метод нанесения перовскитного покрытия тепловым напылением и обнаружили, что в результате получаются модули солнечных элементов на 21 кв. см с рекордным КПД — 18,1%. Это наивысший зарегистрированный результат для масштабируемых перовскитовых фотоэлементов.

2020. Украинский стартап создал солнечную электростанцию в виде куба

Украинская компания «Карбон КНС», занимающаяся строительством промышленных солнечных электростанций, разработала небольшую домашнюю СЭС в форме куба — Cuber. Ее особенности в том, что, в отличие от классических СЭС, ее установка не требует подготовительных работ и укрепления крыши. Cuber представляет собой компактную солнечную электростанцию габаритами 2*2 метра. Поставляется в собранном виде, но, по словам разработчиков, на то, чтобы собрать конструкцию, подключить и начать пользоваться — уйдет всего один день. Cuber стоит $3000. Мощность — 3 кВт*ч — этого хватит на то, чтобы на 70% обеспечить электроэнергией среднестатистический по размерам частный дом, укомплектованный всей необходимой техникой.

2019. Созданы прозрачные солнечные батареи из кремния

Прозрачные фотоэлементы могли бы совершить революцию в энергоэффективности зданий: ведь тогда окна и стеклянные стены небоскребов превратятся в солнечные батареи. Однако, к сожалению, основной материал солнечных батарей — кремний — не прозрачный. А альтернативные материалы — либо дороги, либо не эффективны. Команда исследователей под руководством Се Квон Юна из Южной Кореи придумала оригинальную идею: пробить в кремниевом фотоэлементе крошечные отверстия размером с человеческий волос. Дыры расположены в заданном порядке и невидимы человеческому глазу, зато фотоэлемент становится почти прозрачным. Конечно, КПД уменьшился в 2 раза — до 12%. Ну и ладно, ведь окно с КПД 12% лучше окна, которое вообще не вырабатывает энергию. А производственный процесс (по словам разработчиков) — довольно простой, так что дырявые солнечные панели будут стоить примерно как обычные.

2019. Создано покрытие для солнечных батарей, следящее за солнцем

Сейчас иногда маленькие наземные солнечные электростанции оборудуются поворотными системами (трекерами), которые отслеживают движение солнца в течение дня. Говорят, такой трекер увеличивает производство энергии на 30%. Но очевидно, что он также значительно усложняет и удорожает конструкцию, снижает надежность и долговечность СЭС, да и сам потребляет часть энергии. Ученные Калифорнийского университета, возможно, придумали более красивое решение. Они создали особый материал, который может отслеживать направление на солнце, как подсолнух. Он состоит из элементов размером менее одного миллиметра, которые расширяются и сжимаются при нагревании. Благодаря этому материал выгибается в сторону источника тепла.

2019. Солнечные батареи могут использовать снег для выработки дополнительной энергии

Зимой солнечные панели иногда заносит снегом, и приходится их очищать. Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе отчасти решили эту проблему, создав дополнительную панель Snow TENG, которая вырабатывает электричество от взаимодействия непосредственно с выпавшим снегом. Происходит это благодаря трибоэлектрическому эффекту, когда электрические заряды возникают в ходе трения одних заряженных частиц с другими. В случае с устройством Snow TENG, положительно заряженным объектом выступает снег, а отрицательным — нанесенный на поверхность панелей силикон, подсоединенный к электродам. Конечно, вырабатываемая энергия — небольшая, но возможно, ее хватит, чтобы растопить снег и очистить панель.

2019. Корейцы сделали фотоэлементы из перовскита на 80% эффективнее

В 2013 журнал Science в своем рейтинге топ-10 прорывов года отметил открытие возможности создания солнечных батарей из перовскита. Перовскит (титанат кальция) — это сравнительно редкий для поверхности Земли минерал (в отличии от кремния). Но он дешевый, его можно наносить на гибкую поверхность и он имеет трехмерную структуру, которая позволяет солнечной батарее эффективно работать даже на закате, в облачную погоду и в туман. Изначально КПД перовскитовых фотоэлементов была ниже кремниевых — 15%. Но вот ученые из южно-корейского университета UNIST поколдовали и создали комбинацию двойного перовскита (Cs2SnI6) и органической ячейки Гретцеля, которая продемонстрировала хорошие показатели переноса заряда, достигнув увеличения плотности фотоэлектрического тока на 79% по сравнению с обычным жидким электролитом.***

Устройство солнечной батареи. Теория

Состав и устройство солнечной батареи, ее элементов определяют эффективность выработки энергии готовым изделием. В настоящее время, для генерации электрической энергии используются солнечные панели на основе кремния (с-Si, mc-Si & кремниевые тонкопленочные батареи), теллурида кадмия CdTe, соединения медь-индий (галлий)-селен Cu(InGa)Se2, а также концентраторные батареи на основе арсенида галлия (GaAs). Ниже будут даны краткие описания каждой из них.

Солнечные батареи основе кремния

Солнечные батареи (СБ) на основе кремния составляют на сегодняшний день порядка 85% всех выпускаемых солнечных панелей. Исторически это обусловлено тем, что при производстве СБ на основе кремния использовался обширный технологический задел и инфраструктура микроэлектронной промышленности, основной «рабочей лошадкой» которой также является кремний. В результате, многие ключевые технологии микроэлектронной промышленности такие как выращивания кремния, нанесения покрытий, легирования, удалось адаптировать для производства кремниевых батарей с минимальными изменениями и инвестициями. Кроме того, кремний – один из самых распространенных элементов земной коры и составляет по разным данным 27-29% по массе. Таким образом, нет никаких физических ограничений для производства значительной доли электроэнергии Земли с имеющимися запасами Si.

Различают два основных типа кремниевых СБ – на основе монокристаллического кремния (crystalline-Si, c-Si) и на основе мультикристаллического (multicrystalline-Si, mc-Si) или поликристаллического. В первом случае используется высококачественный (и, соответственно, более дорогой) кремний выращенный по методу Чохральского, который является стандартным методом для получения кремниевых пластин-заготовок для производства микропроцессоров и микросхем. Эффективность СБ изготовленных из монокристаллического кремния составляет обычно 19-22%. Не так давно, фирма Panasonic заявила о начале промышленного выпуска СБ с эффективностью 24,5% (что вплотную приближается к максимально возможному теоретически значению ~30%).

Во втором случае для производства СБ используется более дешевый кремний произведенный по методу направленной кристаллизации в тигле (block-cast), специально разработанного для производства СБ. Получаемые в результате кремниевые пластины состоят из множества мелких разнонаправленных кристаллитов (типичные размеры 1-10мм) разделенных границами зерен. Подобные неидеальности кристаллической структуры (дефекты) приводят к снижению эффективности – типичные значения эффективности СБ из mc-Si составляют 14-18%. Снижение эффективности данных СБ компенсируется их меньшей ценой, так что цена за один ватт произведенной электроэнергии оказывается примерно одинаковой для солнечных панелей как на основе c-Siтак и mc-Si.

Тонкопленочные солнечные панели

Возникает вопрос – зачем разрабатывать другие типы модулей, если солнечные панели на основе моно- и мультикристаллического кремния уже созданы и показывают неплохие результаты? Очевидный ответ — чтобы добиться еще большего снижения стоимости и улучшения технологичности и эффективности, по сравнению с обычными c-Si и mc-Siсолнечными батареями.

Дело в том, что обычные кремниевые фотоэлектрические модули наряду с преимуществами, перечисленными выше, обладают и рядом недостатков. Кемний из-за своих особых электрофизических свойств (непрямозонный полупроводник) обладает довольно низким коэффициентом поглощения, особенно в области инфракрасных длин волн. Таким образом, толщина кремниевой пластины для эффективного поглощения солнечного излучения должна составлять довольно внушительные 100-300 мкм. Более толстые пластины означают больший расход материала, что ведет к удорожанию СБ.

В то же время, прямозонные полупроводники на вроде GaAs, CdTe, Cu(InGa)Se2, и даже некоторые модифицированные формы Si, способны поглощать требуемое количество солнечной энергии при толщине всего в несколько микрон. Открывается заманчивая перспектива сэкономить на расходных материалах, а также на электроэнергии, которой требуется значительно меньше для изготовления более тонкого слоя полупроводника. Еще одной положительной чертой СБ на основе вышеназванных полупроводников – в отличие от СБ на основе c-Si и mc-Si– является их способность не снижать эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую даже в условиях рассеянного излучения (облачный день или в тени).

Исследования СБ на основе теллурида кадмия (CdTe) начались еще в 1970х годах ввиду их потенциального использования в качестве перспективных для космических аппаратов. А первое широкое применение «на земле» подобные СБ нашли в качестве элементов питания карманных микрокалькуляторов.

Данные элементы представляют собой гетероструктуру из тонких слоев p-CdTe / n-CdS (суммарная толщина 2-8 мкм) напыленных на стеклянную подложку (основу). Эффективность современных фотоэлектрических элементов данного типа равняется 15-17%. Основным (и фактически единственным) производителем СБ на основе теллурида кадмия является американская фирма FirstSolar, которая занимает 4-5% всего рынка.

К сожалению, есть проблемы с обоими элементами входящими в состав соединения CdTe. Кадмий – это экологически вредный тяжелый метал, который требует особых методов обращения и ставит сложный вопросутилизации старых изделий. В виду этого, законодательство многих стран ограничивает свободную продажу гражданам СБ этого типа (строятся только масштабных солнечных электростанций под гарантии утилизации от фирмы производителя). Второй элемент – теллур, довольно редко встречается в земной коре. Уже в настоящее время более половины всего добываемого теллура идет на изготовление солнечных панелей, а перспективы нарастить добычу – довольно призрачны.

Солнечные батареи на основе соединения медь-индий (галлий)-селен Cu(InGa)Se2 (иногда обозначаются как CIGS) являются новичками на рынке солнечной энергетики. Несмотря на то, что начало исследований элементов этого типа было положено еще в середине 70х, в настоящее время коммерческий выпуск в боле-менее солидных масштабах ведет всего лишь фирма SolarFrontierKKиз Японии. Отчасти это связано с технически сложным и дорогим процессом изготовления, хотя в некоторых (удачных!) случаях их эффективность может достигать 20%.

Несмотря на отсутствие экологически вредных элементов в составе этого соединения, значительному расширению производства данных солнечных модулей в будущем угрожает дефицит индия. Ведутся исследования с целью заменить дорогой In на более дешевые элементы и может быть скоро появятся новые изделия на основе соединения Cu2ZnSn(S,Se)4.

Фотоэлектрические модули на основе аморфного кремния a-Si:H. Тонкопленочные солнечные батареи могут быть построены также и на основе хорошо известного кремния, если удастся каким-либо образом улучшить его способности к поглощению солнечного света. Применяются две основные методики:

— увеличить путь прохождения фотонов посредством многократного внутреннего переотражения;

— использовать аморфный кремний (a-Si), обладающий гораздо большим коэффициентом поглощения чем обычный кристаллический кремний (с-Si).

По первому пути пошла австралийская фирма CSGSolarLtd, разработавшая СБ с эффективностью 10-13% при толщине слоя кремния всего 1,5 мкм. По второму – швейцарская OerlikonSolar (которую сейчас перекупили японцы), создавшая комбинированные солнечные панели на основе слоев аморфного и кристаллического кремния a-Si / с-Si эффективность которых также составляет 11-13%. Своеобразной особенностью СБ из аморфного кремния является снижение эффективности их работы при понижении температуры окружающего воздуха (у всех остальных — наоборот). Так, фирма производитель рекомендует устанавливать данные модули в странах с жарким климатом.

Концентраторные солнечные модули

Наиболее совершенные и самые дорогие на сегодняшний день солнечные модули обладают эффективностью фотоэлектрического преобразования до 44%. Они представляют собой многослойные структуры из разных полупроводников последовательно выращенных друг на друге слой за слоем. Наиболее успешной является структура состоящая из трех слоев:  Ge (нижний полупроводник и подложка), GaAsи GaInP. Благодаря тому, что в подобной комбинации каждый отдельный полупроводниковый слой поглощает наиболее эффективно свой определенный диапазон солнечного спектра (определяемый шириной запрещенной зоны полупроводника), достигается наиболее полное поглощение солнечного света во всем диапазоне длин волн, недостижимое для СБ состоящих из одного типа полупроводника. К сожалению, процесс изготовления подобных многослойных полупроводниковых слоев очень сложен технически и, как следствие, весьма дорог.  

Если солнечные батареи стоят очень дорого, фокусировка солнечного излучения на меньшей площади СБ может применяться как эффективный способ снижения финансовых затрат. Например, собрав при помощи линзы солнечный свет с 10 см2 и сфокусировав его на 1 см2 солнечной батареи, можно получить тоже количество электроэнергии, что и от элемента площадью 10 см2 без концентратора, но экономя при этом целых 90% площади! Но при этом, набор подобных ячеек (солнечная батарея + линза) должен быть смонтирован на подвижной механической системе, которая будет ориентировать оптику в направлении солнца в то время как оно движется по небу в течении дня, что увеличивает стоимость системы.

В настоящее время экономически оправдано использовать подобные дорогие концентраторные солнечные модули только в тех странах и регионах земного шара, где круглый год имеется в достатке прямое солнечное излучение (рассеянное излучение не может быть сфокусировано линзой). Так, французская фирма-производитель концентраторных СБ SOITEC устанавливает свои СБ в Калифорнии, ЮАР, на юге Франции (Прованс), в Испании.  

Органические солнечные батареи и модули фотосенсибилизованные красителем

Но есть и новый тип тонкопленочных солнечных батарей, такой как сенсибилизированные красителем солнечные элементы, которые работают на совершенно ином принципе, чем все модули рассмотренные выше, на принципе больше напоминающем фотосинтез у растений. Но их пока нет в коммерческой продаже.

 

Трушин М.В. Ph.D

 

 

 

 

Какие солнечные батареи лучше?

Какие солнечные батареи лучше?

Выбирая солнечную батарею в магазине Вам непременно придется столкнуться с выбором какую солнечную панель выбрать монокристаллическую или поликристаллическую?

На этот вопрос нет однозначного ответа. Решать только Вам!

Эта статья поможет Вам разобраться в различиях между монокристаллическими солнечными модулями и поликристаллическими, а также ответит на такие вопросы:

  • Какие бывают разновидности солнечных батарей?
  • Какие солнечные панели лучше?

  • Как выбрать солнечную батарею, модуль?

  • В чем отличие монокристаллических солнечных батарей от поликристаллических солнечных батарей?

  • Какие выбрать солнечные батареи для дома?

  • Что лучше поликристалл или монокристалл?

 

Солнечная батарея — это устройство для преобразования солнечной энергии в электрическую.

Все солнечные батареи содержат в себе солнечные ячейки. Фотогальванические ячейки спаяны вмести и заключены в корпус. Сверху они покрыты стеклом, позволяющим проникать солнечному свету к самим ячейкам, одновременно защищая их от вредных химических и механических воздействий. Солнечные ячейки соединены в модулях в серии для создания необходимого напряжения. Сзади находится крышка из пластика которая защищает электрические детали от влаги и пыли.


 

Сегодня на рынке солнечных батарей представлено несколько различных образцов. Отличаются они друг от друга технологией изготовления и материалами, из которых их производят.

Разновидности солнечных батарей.

Солнечные батареи изготавливают из кристаллического кремния. Это самое распространенное вещество для создания солнечных ячеек. Данный вид кремния разделяется на виды, которые определяются размером кристаллов и методиками изготовления.

Для изготовления монокристаллических солнечных батарей используют максимально чистый кремний, получаемый по методу Чохральского или изготавливаются тигельным методом.

Кремний расплавляется в большом тигле. Затем в него добавляется затравка, являющаяся кремниевым стержнем, вокруг которой начинается процесс нарастания нового кристалла. Затравка и тигель вращаются в разные стороны. В итоге образуется огромный круглый кристалл кремния, его нарезают на пластинки, из которых выполняются ячейки солнечной батареи.

Основным недостатком метода является множество обрезков и специфическая форма солнечных монокристаллических ячеек – квадрат, у которого обрезаны углы.

После затвердевания готовый монокристалл разрезают на тонкие пластины толщиной 250-300 мкм, которые пронизывают сеткой из металлических электродов.

Используемая технология является сравнительно дорогостоящей, поэтому и стоят монокристаллические батареи дороже, чем поликристаллические или аморфные. Выбирают данный вид солнечных батарей за высокий показатель КПД (порядка 17-22%).

Для создания поликристаллических солнечных батарей делают кремниевый расплав и подвергают его медленному охлаждению. В результате чего получается поликристаллический кремний, который представляет собой совокупность из множества разных кристаллов, которые образуют единый модуль. Отсюда и специфический блик на поверхности солнечных батарей, в устройстве которых он содержится, напоминающий металлические хлопья.

Поликристаллический кремний. Этот материал является более простым и дешевым в изготовлении. Такая технология требует меньших энергозатрат, следовательно, и себестоимость кремния, полученного с ее помощью меньше.

Поликристаллические солнечные батареи имеют КПД (12-18%), но заметно выигрывают в стоимости.

Различия.


Температурный коэффициент.

В процессе эксплуатации в реальных условиях солнечный модуль нагревается, в результате чего номинальная мощность солнечного модуля снижается. По результатам исследований установлено, что в результате нагрева,  солнечный модуль теряет от 15 до 25% от своей номинальной мощности. В среднем у моно и поликристаллических солнечных модулей температурный коэффициент составляет -0,45%. То есть при повышении температуры на 1 градус Цельсия от стандартных условия STC, каждый солнечный модуль будет терять мощность согласно коэффициенту. Этот параметр также зависит от качества солнечных элементов и производителя. У некоторых топовых производителей температурный коэффициент модулях ниже -0,43%.

Деградация в период эксплуатации LID (Lighting Induced Degradation).

Монокристаллические солнечные модули имеют немного большую скорость деградации в сравнении с поликристаллическими солнечными модулями в первый год. Мощность качественного поликристаллического модуля в первый год снижается в среднем на 2%, монокристаллического на 3%. В последующие годы монокристаллический модуль деградирует на 0,71%, в то время как поликристаллический деградирует на 0,67% в год. Весьма незначительная разница. Многие китайские компании имеющие дистрибьюторов в России изготавливают солнечные модули из солнечных элементов малоизвестных китайских компаний. Мы знаем случаи с китайскими солнечными модулями, когда LID достигал 20% в первый же год. Поэтому перед покупкой солнечного модуля, уточните производителя солнечных элементов.

Цена.

Стоимость производства поликристаллического солнечного модуля ниже, чем монокристаллического. Весомый аргумент в пользу поликристаллического модуля.

Фото чувствительность.

В России до сих пор живет миф, о том что поликристаллический модуль более эффективно работает в пасмурную погоду. Однако ни одного официального доказательства, что это на самом деле так никто не видел. Этот вопрос больше относится к качеству и фото чувствительности  солнечных элементов. Ниже представлено сравнение моно и поликристаллических модулей CSG PVtech при различной освещенности.

Освещенность (Вт/м2)

200

400

600

800

1000

Коэффициент

Тип модуля

Мощность, Вт

200/

1000

400/

1000

240W Poly

49,896

96,981

146,446

194,785

242,238

0,20598

0,40035

255W Poly

50,336

102,533

154,760

206,205

257,152

0,19574

0,39873

250W Mono

51,773

100,260

151,333

201,336

250,567

0,20662

0,40013

260W Mono

51,878

105,748

159,035

211,609

262,965

0,19728

0,40214

Как видно из результатов теста, моно и поликристаллические модули практически одинаково ведут себя при различном уровне освещенности и имеют одинаковую фоточувствительность, во всяком случае у данного производителя это именно так. Выработку солнечных модулей при различной освещенности Вы можете определить по коэффициенту. У 250 Вт Моно при 200 Вт/м2 и 260 Вт моно при 400 Вт/м2 они наивысшие. Но опять же, разница минимальна.

Итоги и выводы.

Монокристалл — имеет меньшие размеры панелей при одинаковых мощностях (примерно на 5% процентов меньше размер солнечных панелей) из-за более высокого КПД на площадь солнечной клетки.

Поликристалл — имеет больший габаритный размер при такой же номинальной мощности и выигрышную разницу в цене (порядка 10%) в сравнении с монокристаллом.

Важно понимать то, что «Моно» не хуже и не лучше «Поли», они просто разные по способу производства. Основным различием между монокристаллическими солнечными батареями и поликристаллическими  солнечными батареями, при одинаковой номинальной мощности, будет лишь габаритный размер солнечной панели и их стоимость.

Перейти к выбору солнечной батареи

Как работают солнечные панели | Служба поддержки Tesla

Как мой дом получает электричество ночью?

Мы подключаем вашу солнечную систему к электрической панели вашего дома, аналогично другим цепям в вашем доме. Ночью солнечная система отключится, и ваш дом будет питаться от электрической сети. В течение этого времени счетчик вашей электроэнергии будет фиксировать, сколько энергии потребляет ваш дом, как и сегодня.

Кроме того, вы можете использовать Powerwall для хранения избыточной солнечной энергии, вырабатываемой вашим домом, и использовать эту энергию ночью, что позволит вам создать дом с автономным питанием.

Куда девается солнечная энергия, если я не использую ее всю?

Когда светит солнце, энергия, вырабатываемая солнечной системой на вашей крыше, поступает в электрическую панель вашего дома. Поскольку ваша система вырабатывает больше энергии, чем ваш дом может сразу потреблять, ваш электрический счетчик будет отражать это. Некоторые счетчики коммунальных услуг будут стоять на месте, в то время как двунаправленные счетчики будут вращаться в обратном направлении, когда солнечная энергия питает ваш дом. Ваш счет за электроэнергию будет показывать нулевое использование в течение этого времени.В солнечный летний день ваши солнечные батареи могут производить больше энергии, чем нужно вашему дому. В это время ваша солнечная система будет полностью питать ваш дом, и вся избыточная мощность будет течь обратно через ваш электрический счетчик, где она будет потребляться другими домами и предприятиями, подключенными к сети. Узнайте больше о кредитах за избыток солнечной энергии.

Экосистема Теслы

Ваша солнечная система будет использовать энергию, которую она собирает, для питания всех электрических нагрузок в вашем доме, включая зарядные устройства для электромобилей.Количество энергии, необходимое для зарядки вашего автомобиля каждый день, зависит от ваших привычек вождения. Для автомобилей Tesla в нормальных условиях вы можете проехать от 3 до 4 миль на кВтч энергии.

Объединив все энергетические продукты Tesla, вы сможете генерировать, хранить и потреблять возобновляемую энергию в доме с автономным питанием и ездить на солнце. Эта энергетическая независимость сделает электросети чище, надежнее и ускорит переход мира к устойчивой энергетике.

Как работают фотоэлектрические элементы? | Управление научной миссии

Гил Книр

 

 

вернуться к рассказу [email protected] «На краю солнечного света»

Что такое фотоэлектричество?

Фотовольтаика — это прямое преобразование света в электричество на атомарном уровне.Некоторые материалы обладают свойством, известным как фотоэлектрический эффект, который заставляет их поглощать фотоны света и высвобождать электроны. Когда эти свободные электроны захватываются, возникает электрический ток, который можно использовать в качестве электричества.

Фотоэлектрический эффект был впервые отмечен французским физиком Эдмундом Беккерелем в 1839 году, который обнаружил, что некоторые материалы производят небольшое количество электрического тока при воздействии света. В 1905 году Альберт Эйнштейн описал природу света и фотоэлектрический эффект, на которых основана фотогальваническая технология, за что впоследствии он получил Нобелевскую премию по физике.Первый фотоэлектрический модуль был построен Bell Laboratories в 1954 году. Он был заявлен как солнечная батарея и был в основном просто диковинкой, поскольку был слишком дорогим, чтобы получить широкое распространение. В 1960-х годах космическая промышленность впервые начала серьезно использовать эту технологию для обеспечения питания космических кораблей. Благодаря космическим программам технология продвинулась вперед, была установлена ​​ее надежность, а стоимость начала снижаться. Во время энергетического кризиса 1970-х годов фотоэлектрические технологии получили признание как источник энергии для некосмических приложений.

 

На приведенной выше диаграмме показана работа простого фотогальванического элемента, также называемого солнечным элементом. Солнечные элементы изготавливаются из тех же видов полупроводниковых материалов, таких как кремний, используемых в микроэлектронной промышленности. Для солнечных элементов тонкая полупроводниковая пластина специально обрабатывается для формирования электрического поля, положительного с одной стороны и отрицательного с другой. Когда световая энергия попадает на солнечный элемент, электроны выбиваются из атомов в полупроводниковом материале.Если электрические проводники присоединены к положительной и отрицательной сторонам, образуя электрическую цепь, электроны могут быть захвачены в виде электрического тока, то есть электричества. Затем это электричество можно использовать для питания нагрузки, такой как свет или инструмент.

Несколько солнечных элементов, электрически соединенных друг с другом и установленных в опорной конструкции или раме, называется фотоэлектрическим модулем. Модули предназначены для подачи электроэнергии определенного напряжения, например, в общую систему 12 вольт.Производимый ток напрямую зависит от того, сколько света падает на модуль.

 

Несколько модулей можно соединить вместе, чтобы сформировать массив. Как правило, чем больше площадь модуля или массива, тем больше электроэнергии будет произведено. Фотоэлектрические модули и массивы производят электричество постоянного тока. Они могут быть соединены как последовательно, так и параллельно для получения любой требуемой комбинации напряжения и тока.

 

Сегодня наиболее распространенные фотоэлектрические устройства используют один переход или интерфейс для создания электрического поля внутри полупроводника, такого как фотоэлемент.В однопереходной фотоэлектрической ячейке только фотоны, энергия которых равна или превышает ширину запрещенной зоны материала ячейки, могут освободить электрон для электрической цепи. Другими словами, фотогальванический отклик однопереходных ячеек ограничивается частью солнечного спектра, энергия которого превышает ширину запрещенной зоны поглощающего материала, а фотоны с меньшей энергией не используются.

Одним из способов обойти это ограничение является использование двух (или более) разных ячеек с более чем одной запрещенной зоной и более чем одним переходом для генерирования напряжения.Их называют «многопереходными» ячейками (также называемыми «каскадными» или «тандемными» ячейками). Многопереходные устройства могут достичь более высокой общей эффективности преобразования, поскольку они могут преобразовывать большую часть энергетического спектра света в электричество.

Как показано ниже, многопереходное устройство представляет собой набор отдельных однопереходных ячеек в порядке убывания ширины запрещенной зоны (Eg). Верхняя ячейка захватывает высокоэнергетические фотоны и пропускает остальные фотоны для поглощения ячейками с нижней запрещенной зоной.

 

Большая часть сегодняшних исследований многопереходных элементов сосредоточена на арсениде галлия как на одном (или на всех) элементах-компонентах. Такие элементы достигли эффективности около 35% при концентрированном солнечном свете. Другими материалами, изученными для многопереходных устройств, были аморфный кремний и диселенид меди-индия.

В качестве примера, многопереходное устройство ниже использует верхнюю ячейку из фосфида галлия-индия, «туннельный переход», чтобы облегчить поток электронов между ячейками, и нижнюю ячейку из арсенида галлия.

 

Â

 

вернуться к рассказу [email protected] «На краю солнечного света»

 


Присоединяйтесь к нашему растущему списку подписчиков — подпишитесь на нашу экспресс-доставку новостей и вы будете получать по электронной почте сообщение каждый раз, когда мы публикуем новую историю!!!

 

Подробнее Заголовки

 

КОНЕЦ

Как работают солнечные панели?

Использовать солнечную энергию дома сейчас проще и доступнее, чем когда-либо прежде, поскольку за последние несколько лет в районах по всей Канаде наблюдается скачок количества жилых солнечных электростанций.

Если вы думаете о переходе на возобновляемые источники энергии в своем собственном доме, но не чувствуете, что у вас достаточно информации о текущих разработках в области солнечных технологий, эта статья для вас. Сегодня мы рассказали о некоторых основах солнечной энергетики в жилых домах и о том, как эта технология применяется в Канаде и во всем мире.

О солнечной энергии — как это работает

Хотя для некоторых домовладельцев особенности использования солнечной энергии, возможно, несколько сложны с технической точки зрения, основные принципы просты и понятны.Стандартные солнечные панели — или фотогальванические элементы (PV), как их технически называют, — генерируют электрический ток, улавливая частицы солнечного света, называемые фотонами. Затем эти фотоны выбивают электроны в солнечных элементах панелей и производят электрический ток. Этот ток передается по проводам, ведущим к инвертору. Инвертор преобразует эту энергию в переменный ток для вашего дома и может использоваться по всему дому различными способами.

Типы солнечных панелей

Сегодня на рынке представлено множество типов солнечных панелей.Хотя подавляющее большинство солнечных панелей изготовлено из кремния, неметаллического полупроводника, который используется для получения электрического тока, между различными типами солнечных элементов есть несколько существенных различий.

Монокристаллические и поликристаллические солнечные панели изготовлены из кремния, но их конструкция немного отличается. Монокристаллические панели состоят из кремния высочайшего качества и являются наиболее энергоэффективным и самым дорогим вариантом для жилых помещений. Поликристаллические фотоэлектрические панели изготавливаются из сырого кремния, расплавленного в формы.Поскольку в этом процессе используется не такой чистый кремний, он дешевле, чем производство монокристаллических панелей, и домовладельцы покупают его дешевле.

Солнечные элементы с ленточными струнами имеют тот же базовый состав, что и поликристаллические солнечные элементы, но состоят из тонких нитей кремния и, следовательно, используют меньше кремния, чем другие традиционные солнечные панели. Этот процесс относительно сложен, поэтому цена панелей из струнных лент выше, чем у моно- или поликристаллических ячеек.

Тонкопленочные солнечные элементы могут быть изготовлены из различных фотогальванических материалов, включая кремний, медь и кадмий. Эти панели идеально подходят для массового производства, но требуют большой площади поверхности для обеспечения максимальной эффективности, поэтому они не идеальны для жилых солнечных панелей.

Солнечные технологии в 2017 году

По данным Канадской ассоциации солнечной промышленности, Канада достигла более 2500 мегаватт совокупной мощности солнечной энергии в конце 2015 года и вошла в список 10 крупнейших национальных рынков солнечной энергии.Эти статистические данные в сочетании с некоторыми захватывающими текущими разработками в области солнечной энергетики показывают, что эта форма возобновляемой энергии желательна, управляема и применима как для жилых, так и для промышленных районов по всей Канаде.

Программа CanmetENERGY, финансируемая и управляемая Министерством природных ресурсов Канады, направлена ​​на внедрение и развитие возобновляемых источников энергии как в стране, так и за рубежом. Их текущие проекты включают исследования зданий и домов с использованием солнечной энергии с нулевым потреблением энергии (например, проект EcoTerra в Алуэте, Квебек), строительство интегрированных фотоэлектрических систем, использование солнечной энергии на уровне общины (включая первый в Канаде солнечный район), а также непрерывные исследования и разработку национальных стандартов и аккредитацию для солнечная энергия.

Лучшие солнечные панели для вашего дома

Прежде чем принять решение об установке солнечных батарей для дома, необходимо учесть несколько факторов. Как обсуждалось выше, существует относительно большое разнообразие типов солнечных панелей, поэтому важно, чтобы вы обсудили свои личные потребности в энергии и бюджет со своим специалистом по солнечной энергии, прежде чем принимать окончательное решение.

Ваш профессионал также сможет сказать вам лучший угол, направление и размер, необходимые для того, чтобы ваши солнечные панели достигли максимальной производительности.Вообще говоря, панель на 5 киловатт, вероятно, подойдет для семейного дома.

.Если стоимость является проблемой, существует несколько государственных грантов и общественных солнечных проектов, которые могут помочь распределить стоимость ваших солнечных панелей в течение определенного периода времени — в некоторых районах даже есть местные солнечные парки, к которым могут получить доступ члены сообщества. за гораздо меньшую стоимость.

                                                                       

 

 

Как работают солнечные панели? – Советник Forbes

Примечание редакции. Мы получаем комиссию за партнерские ссылки в Forbes Advisor.Комиссии не влияют на мнения или оценки наших редакторов.

Сравните предложения от лучших установщиков солнечных панелей

Бесплатные оценки без обязательств

Вы, наверное, слышали, что лучшие солнечные панели — это умный и эффективный источник энергии, но, возможно, вы сомневаетесь, покупать ли их для дома. Излишне говорить, что есть несколько веских причин, чтобы рассмотреть возможность использования солнечной энергии, но это лишь часть процесса принятия решения.

Если некоторые из ваших сомнений по поводу использования солнечных батарей вызваны тем, что вы не совсем поняли, как работает этот новаторский источник энергии, мы вас поймаем.

Как работают солнечные панели?

Они сказали, что знание — это сила, поэтому, имея некоторую информацию о том, как работают солнечные батареи и чего ожидать, если вы решите их использовать, мы думаем, что вы будете более склонны принять это «умное» решение для своего дома. Так как же работают солнечные батареи? Приготовьтесь быть впечатленным и удивленным.Первое, что вы должны знать, это то, что солнечные панели используют энергию солнца и, как таковые, являются практически бесконечным источником энергии.

Солнечный свет улавливается или используется солнечными панелями и преобразуется в энергию или электричество, которое можно использовать для выполнения всех необходимых функций, для которых вы в противном случае использовали бы другие источники энергии, но они способны создавать эту энергию определенным образом. которые могут спасти не только планету, но и ваши деньги.

Процесс этого преобразования энергии, новаторский и революционный, распространился по всему миру, как лесной пожар, и, согласно ученым и исследователям, в самом ближайшем будущем он станет основным источником энергии во всем мире.Вот шаги по созданию энергии с помощью солнечных батарей:

1. Солнечные панели установлены и загрунтованы

После того, как солнечные панели будут установлены в вашем доме (обычно они располагаются на крыше), они заряжены и готовы улавливать мощные солнечные лучи. Воздействие солнечного света или лучей, соприкасающихся с солнечными панелями, формирует электрическое поле, которое используется панелями.

2. Солнечные панели прямого электричества

Солнечные панели состоят из токопроводящего провода, который обычно располагается по периметру солнечных панелей и выполняет задачу направления электричества, вырабатываемого прямым контактом солнечного света с солнечными панелями.

3. Преобразование электроэнергии

Генерируемое электричество проходит по токопроводящему проводу и направляется в важный компонент солнечных батарей, называемый инвертором. Функция или цель инвертора состоит в том, чтобы преобразовывать электричество из одной формы (известной как электричество постоянного тока) в форму, которую можно использовать в качестве энергии, или электричество переменного тока. Это электричество переменного тока — это то, что дома и здания используют для создания света, электроприборов и многого другого.

4. Электроэнергия распределена

После того, как необработанное электричество постоянного тока преобразуется в пригодное для использования электричество переменного тока, оно направляется по проводам от инвертора к электрической панели, которая распределяет или распределяет это электричество по мере необходимости.Другое популярное название электрического щита, с которым вы, возможно, более знакомы, — это распределительная коробка, которая обычно располагается снаружи, но в непосредственной близости от фактического дома.

5. Каналы коммунальных сетей Энергия

Если вы используете газ или мазут для электроснабжения своего дома, у вас, скорее всего, установлен счетчик для контроля и расчета использования. Точно так же солнечные панели используют счетчик для расчета того, сколько электроэнергии вырабатывается солнечными панелями. Если ваши солнечные панели производят больше электроэнергии, чем требуется вашему дому в любой момент времени, избыточная электроэнергия направляется через счетчик коммунальных услуг в так называемую коммунальную сеть.

Когда избыточное электричество проходит через счетчик, оно заставляет счетчик переключаться в обратном направлении и, таким образом, дает «кредит» на электроэнергию для вашего дома. Таким образом, по сути, вы платите только за солнечную энергию или солнечную электроэнергию, которую вы фактически используете, и в целом солнечная энергия заметно дешевле, чем другие традиционные источники энергии.

причины установить солнечные панели в вашем доме

Экономичность

Роджер Эммер, директор по маркетингу продуктов компании Vivint Smart Home, считает, что солнечные панели являются разумным выбором по многим причинам, но для многих наиболее убедительной является экономическая эффективность использования солнечных панелей, которая не требует много времени. осознать.

Он делится: «С точки зрения выбора источников энергии солнечные панели являются гораздо более разумным вариантом для домовладельцев по двум основным причинам. Первый финансовый. Поскольку солнечные батареи могут удовлетворить некоторые или все потребности дома в электричестве, из сети потребляется меньше энергии, что означает значительно более низкие ежемесячные счета за коммунальные услуги».

Простота установки и обслуживания

Эммер также считает, что солнечные панели являются привлекательным вариантом из-за простоты их установки в доме, а также простоты их обслуживания.Солнечные панели практически устраняют головную боль и хлопоты, связанные с опасными утечками газа или выходом из строя котлов, и это лишь некоторые из препятствий, которые использование этих более дорогостоящих источников электроэнергии создает для домовладельцев.

Наоборот, в случае с солнечными панелями Эммер отмечает, что «обслуживание требуется только тогда, когда что-то работает неправильно. Общее техническое обслуживание, такое как чистка солнечных панелей, рекомендуется проводить не реже одного раза в год». Он добавляет: «Солнечные панели, как правило, не требуют особого обслуживания, поэтому вам не о чем беспокоиться с точки зрения добавления и использования солнечных панелей в вашем доме.

Адаптируется к любому образу жизни и местоположению

Если вы беспокоитесь о том, идеально ли вы и ваш дом подходите для солнечных батарей, в основном из-за того, где вы живете, вы также можете развеять эти опасения. Солнечные панели не только позволяют домовладельцам подключаться к бесконечному и обильному источнику энергии, но и являются жизнеспособным решением практически для всех домовладельцев, независимо от того, где вы живете.

Эммер объясняет: «Там, где есть солнце, есть и энергия, поэтому [солнечные панели] могут работать где угодно и экономить деньги домовладельцев повсюду.При этом каждый штат предлагает разные стимулы, и каждая энергетическая компания отличается, поэтому обязательно изучите варианты, характерные для вашего штата».

Несмотря на то, что солнечная энергия есть практически везде, а солнечные панели могут использовать практически все, важно отметить, что не все солнечные панели и компании, которые их поставляют, а также вырабатываемую ими энергию, работают на одном игровом поле, поэтому как и во всем, важно сделать домашнее задание, провести исследование и принять обоснованное решение.
Эммер советует: «Не все солнечные компании одинаковы. Каждый из них будет предлагать разные продукты и цены, поэтому важно провести исследование».

Solar предлагает резервный источник питания

В то время как солнечные панели революционизируют и меняют то, как люди во всем мире безопасно и эффективно питают свои дома, наличие резервного источника питания всегда является разумной идеей, если что-то пойдет не так, и в результате ваша солнечная энергия временно отключится.

«Наличие резервного источника энергии очень важно в случае чрезвычайной ситуации, — предупреждает Эммер.«Теперь доступны решения для резервного питания всего дома, которые могут обеспечить работу вашего дома в течение нескольких дней в случае чрезвычайной ситуации. В последнее время мы наблюдаем много достижений в этой области и ожидаем, что их будет еще больше, поскольку домовладельцы начинают понимать, что они действительно могут построить дом с нулевым энергопотреблением и контролировать свои потребности в энергии».

Итог

После того, как солнечные панели установлены в вашем доме, вам не нужно ничего делать, «кроме того, как наблюдать, как они уменьшают ваш счет и заставляют вас чувствовать себя лучше в отношении своего углеродного следа», — предлагает Эммер.Если вам нужно еще раз убедиться, что солнечные панели — отличный выбор для вас и вашего дома, Emmer предлагает еще одну вескую причину, по которой вам следует подумать об установке солнечных панелей.

«Солнечная энергия — это действительно возобновляемый и чистый источник энергии, который не выделяет вредных загрязняющих веществ, таких как ископаемое топливо», — говорит Эммер. «Сокращение вашего углеродного следа приносит настоящее спокойствие, поэтому вы не просто инвестируете в свой дом, вы инвестируете в будущее планеты».

Сравните предложения от лучших установщиков солнечных панелей

Бесплатные оценки без обязательств

Как работают солнечные панели | Союз заинтересованных ученых

Решения для высоких уровней солнечной энергии

Достижение высоких уровней использования фотоэлектрических систем желательно, учитывая все преимущества, которые предлагает солнечная энергия, но это также сопряжено с трудностями.Однако эти проблемы не являются непреодолимыми; модернизация технологий и обновление того, как покупается и продается электроэнергия, могут помочь сделать возможным повышение уровня проникновения солнечной энергии.

Одной из проблем, связанных с солнечными батареями на крышах, является то, что получение электроэнергии от потребителей, а не к ним, является относительно новой ситуацией для коммунальных служб. Районы, где многие дома используют солнечную энергию, могут приблизиться к точке, в которой системы на крышах могут производить больше, чем район может использовать в течение дня.Тем не менее, «фидерные» линии, которые обслуживают потребителей таких районов, могут быть не готовы к передаче потоков электроэнергии в обратном направлении.

Крупномасштабные фотоэлектрические проекты сталкиваются со своими собственными проблемами, поскольку они могут быть расположены далеко от городских центров, и часто требуются линии электропередач для передачи электроэнергии туда, где она будет фактически использоваться. Это требует инвестиций в строительство самих линий и приводит к «линейным потерям», поскольку часть энергии преобразуется в тепло и теряется.

Изменчивость солнечной генерации, связанная с PV в обоих масштабах, создает новые проблемы, поскольку операторы сетей не могут контролировать мощность этих систем одним щелчком переключателя, как они могут это делать со многими невозобновляемыми электростанциями.Количество генерации от фотоэлектрических систем зависит от количества солнечного света в любой момент времени. Когда облака закрывают солнце, генерация солнечной батареи может внезапно прекратиться.

И наоборот, в особенно солнечные дни с большим количеством солнечной энергии в сети, если мощность электростанций, работающих на невозобновляемых источниках энергии, не будет уменьшена, чтобы обеспечить выработку солнечной энергии, предложение электроэнергии может превысить спрос. Обе ситуации могут привести к нестабильности в сети.

Но проблемы, связанные с добавлением в сеть большего количества фотоэлектрических модулей, в высшей степени решаемы.Исправления проблем с трансмиссией и фидером в основном экономические, а не технические. И проблемы изменчивости хорошо известны отчасти потому, что сетевые операторы уже справляются с колебаниями, вызванными постоянно меняющимся спросом на электроэнергию и перебоями в поставках электроэнергии, когда крупные электростанции или линии электропередачи неожиданно выходят из строя.

Большая часть изменчивости, присущей солнечной генерации, также предсказуема и управляема, и с ней можно справиться несколькими способами, включая:

  • Использование лучших инструментов прогнозирования для более точного предсказания того, когда солнечная генерация может снизиться
  • Установка солнечных батарей на большой географической территории, чтобы свести к минимуму любое влияние изменчивости генерации из-за местной облачности
  • Переключение подачи электроэнергии и хранение избыточной энергии для последующего использования
  • Изменение спроса на электроэнергию путем поощрения потребителей использовать электроэнергию, когда она более доступна
  • Сотрудничество с соседними регионами для расширения возможностей импорта/экспорта электроэнергии и совместного использования ресурсов

В целом, возобновляемые источники энергии, включая солнечную, помогают стабилизировать и сделать U.Система электроснабжения S. более устойчива как экономически, так и экологически.

Каталожные номера:

[1, 2, 3] Институт Фраунгофера. 2015. Отчет по фотогальванике.

[4] Международное энергетическое агентство (МЭА). 2014. Дорожная карта технологий: концентрация солнечной энергии. Париж, Франция.

[5] Burger, B. 2011. Солнечные электростанции обеспечивают пиковую нагрузку. Фрайбург, Германия: Институт систем солнечной энергии Фраунгофера ISE.

[6, 7] Берд, Л., Дж. Макларен, Дж.Хитер, К. Линвилл, Дж. Шенот, Р. Седано и Дж. Мигден-Острандер. 2013. Нормативные соображения, связанные с расширенным внедрением распределенной солнечной энергии. Голден, Колорадо: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии.

Как работают солнечные батареи?

Каковы некоторые из преимуществ солнечной энергии?
  • На крышах домов в Великобритании установлено 6,14 ГВт солнечных батарей, что вдвое превышает мощность крупнейшей британской электростанции, работающей на ископаемом топливе.
  • Солнечные панели можно устанавливать в различных местах.От крупных сельских солнечных ферм, которые могут поддерживать местное биоразнообразие, обеспечивая нетронутую среду обитания для пчел, бабочек и гнездящихся птиц, до панелей на крышах в городских центрах, которые могут помочь в борьбе с нехваткой топлива.
  • Солнечные панели не создают шумового загрязнения при выработке электроэнергии. Это означает, что установки не будут навязчивыми — будь то в людных городских районах или в тихих сельских районах.
  • Солнечные панели очень безопасны. Они в основном сделаны из силиконовых листов, и нет никакой опасности, что фотогальванические элементы протекают или выделяют какие-либо токсины или пары.

Работают ли солнечные батареи в пасмурные дни?

Солнечные панели реагируют на спектр видимого света. Это означает, что если света достаточно, чтобы видеть, то света достаточно для того, чтобы солнечные панели начали вырабатывать электричество. Но чем сильнее солнечный свет, тем больше энергии будут генерировать солнечные панели.


Должна ли быть жарко для работы солнечных батарей?

Солнечные панели производят больше электроэнергии летом, из-за чего может показаться, что им нужна более теплая погода для работы.Но это не так — просто сильный солнечный свет и более высокая температура часто идут рука об руку. На самом деле, если температура становится слишком высокой (или слишком низкой), солнечные панели становятся менее эффективными.

Поскольку мы получаем более 8 часов солнечного света в день круглый год и не часто сталкиваемся с экстремальными температурами, Великобритания хорошо подходит для использования солнечной энергии.


Сколько солнечных площадок принадлежит Good Energy?

У нас шесть собственных солнечных ферм . Мы позаботились о том, чтобы они приносили пользу местной окружающей среде и сообществу, от повышения биоразнообразия до предоставления фондов для пособий сообществу.

Мы также покупаем электроэнергию, вырабатываемую солнечными батареями, по нашим контрактам с независимыми производителями возобновляемых источников энергии. И, как администратор льготного тарифа , мы помогаем более чем ста тысячам домохозяйств и предприятий получать платежи за электроэнергию, которую они вырабатывают с помощью собственных солнечных батарей.,

Узнайте больше часто задаваемых вопросов о солнечных панелях здесь.

Как работают солнечные панели?