Солнечные батареи что это и как работает: Принцип работы солнечной батареи: как устроена панель

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.

Как работают солнечные батареи — Hi-News.

ru

Солнце есть и будет всегда! Возможно, это слишком смелое заявление, но это действительно так. По крайней мере, с точки зрения человечества. Пусть оно и взорвется через сколько-то там миллионов лет, но к тому времени мы уже покинем эту планету или сами, или в виде кучки пепла, которую развеет в космосе очередной огромный камень, налетевший на наш голубой шарик. Именно из-за такой стабильности Солнца его можно и нужно использовать для получения энергии. Люди уже давно научились это делать и сейчас продолжают совершенствовать технологии солнечной энергетики. Но как же работают солнечные панели, батареи и вообще, как можно превратить свет в электричество внутри розетки?

Солнечные панели позволяют сделать электричество чуть ли не бесплатным.

Когда появились солнечные батареи

Солнечные батареи были изобретены достаточно давно. Впервые эффект преобразования света в электричество был обнаружен Александром Эдмоном Беккерелем в 1842 году. Для создания первых прототипов потребовалось почти сто лет.

В 1948 году, а именно 25 марта, итальянский фотохимик Джакомо Луиджи Чемичан смог сделать то, что мы теперь используем и развиваем. Спустя 10 лет в 1958 году технология впервые была опробована в космосе в качестве элемента питания американского спутника, названного ”Авангард-1”. Спутник был запущен 17 марта, а уже 15 мая того же года это достижение повторили в СССР (аппарат ”Спутник-3”). То есть технологи начала массово применяться в разных странах почти одновременно.

Использование солнечных панелей в космосе — обычная практика.

Подобные конструкции применяются в космосе до сих пор, как важный источник энергии. А еще их используют на Земле для обеспечения энергией домов и даже целых городов. А еще их начали встраивать в гражданские электромобили для обеспечения большей автономности.

Как работают солнечные панели

Стоит немного уточнить, что понятие ”солнечная батарея” не очень правильное. Точнее правильное, но не имеющее отношение к тем системам питания, о которых мы говорим. Батарея там обычная, но получает энергию от солнечных панелей, которые преобразуют в электричество свет солнца.

Есть и еще одна энергия будущего - токамак. Просто о термоядерном реакторе, которого пока нет.

В основе солнечной панели лежат фотоэлектрические ячейки, которые помещены внутрь общей рамы. Для создания таких ячеек чаще всего используется кремний, но возможно использование и других полупроводников.

Энергия вырабатывается в тот момент, когда на полупроводник попадают солнечные лучи и нагревают его. В результате этого внутри полупроводника высвобождаются электроны. Под действием электрического поля электроны начинают двигаться более упорядоченно, что и приводит к появлению электрического тока.

Примерно так выглядит солнечная панель.

Для того, чтобы получить электричество, надо подключить контакты к обеим сторонам фотоэлемента. В результате этого он начнет питать электричеством подключенный потребитель или просто заряжать батарею, которая потом будет отдавать электричество в сеть, когда это понадобится.

Tesla может сделать электрическую «маршрутку» на базе Model 3

Основной упор на кремний делается из-за его кристаллических особенностей. Впрочем, в чистом виде кремний сам по себе является плохим проводником и для изменения свойств к нему делается крайне малое количество примесей, которые улучшают его проводимость. В основном в число примесей входит фосфор.

Как полупроводники вырабатывают электричество?

Полупроводник является материалом, в атомах которого либо есть лишние электроны (n-тип), либо их не хватает (p-тип). То есть полупроводник состоит из двух слоев с разной проводимостью.

В качестве катода в такой схеме используется n-слой. Анодом является p-слой. То есть электроны из первого слоя могут переходить во второй. Переход происходит за счет выбивания электронов фотонами света. Один фотон выбивает один электрон. После этого они, проходя через аккумулятор, попадают обратно в n-слой и все идет по кругу.

Когда энергия выработана, все начинается по кругу, а свет всегда горит.

В современных солнечных панелях в качестве полупроводника используется кремний, а начиналось все с селена. Селен показал крайне низкий КПД — не более одного процента — и ему сразу стали искать замену. Сейчас кремний в целом удовлетворяет требования промышленности, но есть у него и один существенный минус.

Как связаны коронавирус, солнечные панели и загрязнение воздуха?

Обработка и очистка кремния для приведения его к тому виду, в котором его можно будет использовать, является достаточно затратной процедурой. Чтобы снизить стоимость производства, проводят эксперименты с его альтернативами — медью, индием, галием и кадмием.

Эффективность солнечных панелей

Есть у кремния еще один минус, который не так существенен, как стоимость, но с которым тоже надо бороться. Дело в том, что кремний очень сильно отражает свет и из-за этого элемент вырабатывает меньше электричества.

Даже повесив столько панелей, все равно надо обеспечивать их нормальную работу. В том числе бороться с отражением света.

Как солнечный свет влияет на продуктивность человека?

Для того, чтобы уменьшить такие потери, фотоэлементы покрывают специальным антибликовым покрытием. Кроме такого слоя, надо использовать и защитный слой, который позволит элементу быть более долговечным и противостоять не только дождю и пыли, но даже падающим веткам небольшого размера. При установке на крыше дома это очень актуально.

Солнце -сила! Ее надо использовать!

Несмотря на общую удовлетворенность технологией и постоянную борьбу за улучшение показателей, современным солнечным панелям все равно есть куда стремиться. На данный момент массово производятся панели, которые перерабатывают до 20 процентов попадающего на них света. Но есть и более современные панели, которые пока ”доводятся до ума” — они могут перерабатывать до 40 процентов света.

А вообще, солнечная энергетика это круто! И помните, даже при таком «пАлящем» солнце система будет работать.

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.



Ветряк для частного дома — игрушка или реальная альтернатива Power Bank с солнечной батареей — расчет на безграмотность Бестопливный генератор — способ заработать на безграмотности Окупаются ли солнечные батареи для частного дома

Принцип работы и устройство солнечной батареи

Принцип работы и устройство солнечной батареи

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Большинство солнечных батарей могут накапливать энергию, представляя собой системы

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

Солнечная система представляет собой совокупность солнечной батареи и аккумулятора

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

как устроена и работает солнечная 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
  • Внутреннее устройство гелиобатареи
    • Виды кристаллов фотоэлементов
    • Принцип работы солнечной панели
  • Эффективность батарей гелиосистемы
  • Схема электропитания дома от солнца
  • Выводы и полезное видео по теме

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.

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

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 отопления дома.

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:

  • Монокристаллические.
  • 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.

    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 контроллером управления, 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:

  • Гелиопанели.
  • Контроллер.
  • Аккумуляторы.
  • 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 инвертор. 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 схемы подключения солнечных батарей 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 системе солнечного электроснабжения 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.

    Источник sovet-ingenera. com

    Принцип работы солнечной батареи. Принцип работы солнечной электростанции. Как работает солнечная батарея в пасмурную погоду. Солнечная батарея для дачи.

    Солнечная система состоит из нескольких солнечных панелей, которые как правило, устанавливаются на крышу дома. Каждая панель состоит из множества фотоэлементов. Дневной свет от солнца преобразуется в электричество постоянного тока когда дневной свет попадает на фотоэлементы. Чем ярче солнечный свет, тем больше электричества вырабатывается с помощью солнечной батареи.

    Постоянный ток (DC) должен быть преобразован в переменный ток (AC). Это делается путем пропускания тока через инвертор. Электричество поступает с контроллера на электрические приборы и освещение. В процессе работы панельбудет постоянно заряжать аккумуляторы при дневном освещении.

    Солнечные батареи будут автоматически питать электроэнергией бытовые приборы. Поэтому большая часть электроэнергии в светлое время суток будет бесплатным. В течение ночи контроллер питания будет переключаться обратно в сеть или на аккумуляторы.

    Солнечная система может накапливать электричество в аккумуляторы для использования электричества ночью. Вы не заметите каких-либо изменений при переключении с аккумулятора на сеть 220 В, а просто будете наслаждаться уменьшением счетов за электричество. Одна из причин, почему солнечные электростанции так хорошо работают, это потому что подавляющее большинство домов имеют удачную конструкцию крыши. Идеальным монтажом солнечной панели на крыше будет батарея, направленная на южную сторону и под углом между 30 и 45 градусов. Однако даже на менее идеальных крышах можно получить блестящие результаты от солнечной системы.

    Если вы хотите узнать больше о том, как работает солнечная панель и понять преимущества, то просто свяжитесь с нами и закажите бесплатный проект солнечной установки.

    Солнечные батареи для дома и дачи: как правильно выбрать и установить

    Показатель Монокристаллические солнечные батареи Поликристаллические солнечные батареи
    Кристаллическая структура Зёрна кристалла параллельны. Кристаллы ориентированы в одну сторону. Зёрна кристалла не параллельны. Кристаллы ориентированы в разные стороны.
    Температура производства 1400°С 800-1000°С
    Цвет Чёрный Синий
    Стабильность Высокая Высокая, но меньше, чем у моно
    Цена Высокая Высокая, но меньше, чем у моно

    Как правильно выбрать автономную систему

    Перед покупкой солнечной электростанции учитывайте следующие параметры:

    • Суточное потребление подключаемых электроприборов.
    • Место установки солнечных панелей (ориентация на юг, оптимальный угол наклона, отсутствие тени на панелях).
    • Место установки АКБ (должны находиться в помещении при плюсовой температуре, но не выше 25 градусов).
    • Пиковые нагрузки электроприборов (насосы, холодильник).
    • Круглогодичная или только летняя эксплуатация системы.

    Монокристаллические чаще используются в регионах с высокой солнечной активностью, поликристаллические – с низкой активностью солнца. Если вам нужна солнечная батарея для дачи – обратите внимание на микроморфные модели. Они недорогие, но имеют в 2 раза большую площадь. Системы из микроморфного кремния могут эффективно работать под широким углом и в пасмурную погоду. Для больших станций, которые устанавливаются на крышах предприятий и на земле, лучше использовать гетероструктурные модули (КПД 22%) российского производителя «Хевел» (Hevel).

    Краткий обзор производителей

    Лидирующие мировые производители солнечных панелей:

    • TopRaySolar (Китай) выпускает панели из монокристаллического кремния мощностью 20-300 Вт и поликристаллические кремниевые батареи мощностью 20-300 Вт.
    • Axitec (Германия) разрабатывает фотоэлементы на основе монокристаллического и поликристаллического кремния мощностью от 260 до 330 Вт.
    • Hevel (Россия) – производитель микроморфных панелей, а также гетероструктурных с высоким КПД (22%).

    Установка солнечных панелей

    Монтаж системы требует специальных навыков. Самостоятельная установка не рекомендуется, поскольку при малейшей ошибке в расчётах вы рискуете обесточить дом. В случае неудачи стоимость ремонта может превысить цену за монтажные услуги.

    Чаще всего цена монтажа рассчитывается от стоимости системы в размере 10-15%. Высоких цен пугаться не стоит. компании, которые устанавливают данное оборудование, за эту сумму предоставляют гарантию (что всё будет подключено и установлено правильно) как минимум на 1 год.

    Заказывая профессиональную установку, вы избавитесь от проблем. Специалисты рассчитают необходимое количество панелей, помогут определиться с типом батарей, правильно определят оптимальное место установки, угол наклона и другие параметры.

    Монтаж стандарной установки до 5 кВт выполняется в течение одного дня.

    Выгодно ли использовать солнечные батареи на даче

    Устанавливая солнечные батареи на своём загородном участке, владелец дома предполагает, что сразу же начнёт экономить на освещении. Это правда, но только при установке СЕТЕВОЙ солнечной электростанции без использования аккумуляторов.

    • Срок окупаемости в среднем составляет 5-10 лет в зависимости от тарифа на электричество.
    • Максимальную эффективность данная установка принесёт тем владельцам дачных участков, которые проживают в широтах с преобладающим большинством солнечных дней.
    • В зимнее время в средней полосе России количество солнечных дней сильно уменьшается и на все нужды вырабатываемой энергии не хватит.

    Отопление от солнечных батарей в России

    Считается, что установка солнечных батарей является отличной инвестицией в дом и в будущее. Системы недорогие, экологичные и автономные. На первый взгляд кажется, что про перебои с электричеством и счета можно забыть. Однако в России отопление от солнечных панелей, как и желание отказаться от городской сети, является всё же нерентабельным.

    Качественная солнечная электростанция – недешёвое оборудование. Для необходимой мощности потребуется множество панелей и аккумуляторов. В регионах с низкими тарифами на электричество такая установка будет изначально невыгодной. Но в труднодоступных районах, где требуется постоянный подвоз дизельного топлива и техническое обслуживание генераторов, солнечные электростанции получаются более выгодными и имеют срок окупаемости 2-3 года.

    С одной стороны, электростанция на фотоэлементах не требует особого обслуживания, но 1-2 раза в год вытирать пыль и счищать снег всё-таки необходимо. К тому же при ежедневной эксплуатации автономной системы у аккумуляторов снижается срок службы до 3-4 лет, т. к. он измеряется количеством циклов заряда-разряда. Это означает, что тратить средства на замену АКБ всё же придётся.

    Другой вариант возможной установки солнечных панелей для экономии электричества — это сетевая солнечная электростанция без аккумуляторов. Она позволяет замещать электричество из городской сети в дневное время суток. Такая система окупается за 5-10 лет в зависимости от стоимости электроэнергии. Основное преимущество — это модульность (можно ставить параллельно несколько станций) системы, которое даёт возможность дальнейшего расширения без замены уже установленного оборудования. И, конечно, срок эксплуатации 35-40 лет без специального технического обслуживания.

    Также если на даче часто отключают электричество, можно использовать гибридную солнечную электростанцию, которая объединяет в себе бесперебойную систему (замена генератора) и сетевую для экономии электричества.

    Солнечные батареи: ставить или нет

    Безусловно, автономная солнечная электростанция на поликристаллических или монокристаллических батареях незаменима в местах, где электричество вовсе отсутствует. Но там, где есть электричество, есть смысл подключить сетевую станцию без АКБ, которая будет компенсировать затраты днём, а лишнюю энергию можно будет продавать в городскую сеть по специальному «зелёному» тарифу.

    Пример использования солнечных батарей на даче: всю неделю с понедельника по пятницу солнечные батареи отдают лишнюю электроэнергию в городскую сеть (и вам за это платят), а в выходные вы приезжаете на дачу и отдыхаете бесплатно.

    Компания 220-on предлагает оптимальное, проверенное оборудование под текущие задачи клиента без накруток и переплат. В каталоге собраны модели от надёжных и проверенных производителей. Все модели обеспечивают высокую производительность и мощность.

    Специалисты 220-on выполнят монтаж и проведут гарантийное и постгарантийное обслуживание. Получить консультацию по подбору оборудования можно по телефону +7 (495) 646-12-20 или по бесплатной горячей линии 8-800-500-20-74.

    Как работают солнечные панели? Объяснение науки о Солнце.

    Все мы знаем, что солнечные фотоэлектрические (PV) панели преобразуют солнечный свет в полезное электричество, но мало кто знает настоящую науку, лежащую в основе этого процесса. На этой неделе в блоге мы поговорим о мельчайших подробностях науки о солнечной энергии. Это может показаться сложным, но все сводится к фотоэлектрическому эффекту; способность материи испускать электроны, когда купается в свете.

    Прежде чем мы перейдем к молекулярному уровню, давайте кратко рассмотрим базовый процесс производства электроэнергии:

    Основные этапы производства и передачи солнечной энергии

    1. Солнечный свет попадает на солнечные панели и создает электрическое поле.
    2. Произведенное электричество течет к краю панели и попадает в проводящий провод.
    3. Токопроводящий провод подводит электричество к инвертору, где оно преобразуется из электричества постоянного тока в переменный ток, который используется для питания зданий.
    4. Другой провод передает электроэнергию переменного тока от инвертора к электрической панели на территории (также называемой блоком выключателя), которая распределяет электричество по всему зданию по мере необходимости.
    5. Любая электроэнергия, которая не требуется при генерации, проходит через счетчик в коммунальную электрическую сеть.Когда электричество проходит через счетчик, он заставляет счетчик работать в обратном направлении, кредитуя вашу собственность за избыточную выработку.

    Теперь, когда у нас есть базовое представление о производстве и потоке солнечной электроэнергии, давайте глубже погрузимся в науку, лежащую в основе солнечных фотоэлектрических панелей.

    Наука о солнечных фотоэлементах

    Солнечные фотоэлектрические панели состоят из множества небольших фотоэлектрических элементов — это означает, что они могут преобразовывать солнечный свет в электричество. Эти элементы сделаны из полупроводниковых материалов, чаще всего из кремния, материала, который может проводить электричество, сохраняя при этом электрический дисбаланс, необходимый для создания электрического поля.

    Когда солнечный свет попадает на полупроводник в фотоэлементе (шаг 1 в нашем высокоуровневом обзоре), энергия света в форме фотонов поглощается, выбивая ряд электронов, которые затем свободно дрейфуют в элементе. Солнечный элемент специально разработан с положительно и отрицательно заряженными полупроводниками, зажатыми вместе, чтобы создать электрическое поле (см. Изображение слева для визуализации). Это электрическое поле заставляет дрейфующие электроны течь в определенном направлении — к проводящим металлическим пластинам, выстилающим ячейку.Этот поток известен как энергетический ток, и сила тока определяет, сколько электроэнергии может произвести каждая ячейка. Как только свободные электроны попадают в металлические пластины, ток направляется в провода, позволяя электронам течь, как в любом другом источнике генерации электричества (шаг 2 в нашем процессе).

    Поскольку солнечная панель генерирует электрический ток, энергия течет по проводам к инвертору (см. Шаг 3 выше). В то время как солнечные панели вырабатывают электричество постоянного тока (DC), большинству потребителей электроэнергии требуется электричество переменного тока (AC) для питания своих зданий.Функция инвертора состоит в том, чтобы переключать электричество с постоянного тока на переменный, делая его доступным для повседневного использования.

    После преобразования электричества в состояние, пригодное для использования (мощность переменного тока), оно отправляется от инвертора на электрическую панель (также называемую коробкой выключателя) [шаг 4] и распределяется по всему зданию по мере необходимости. Электричество теперь доступно для питания фонарей, бытовых приборов и других электрических устройств с помощью солнечной энергии.

    Любая электроэнергия, которая не потребляется через блок выключателя, направляется в коммунальную сеть через счетчик коммунальных услуг (наш последний шаг, как описано выше).Счетчик коммунальных услуг измеряет поток электроэнергии из сети в вашу собственность и наоборот. Когда ваша солнечная энергетическая система производит больше электроэнергии, чем вы потребляете на месте, этот счетчик фактически работает в обратном направлении, и вам засчитывают избыток электроэнергии, произведенной в процессе чистого измерения. Когда вы потребляете больше электроэнергии, чем генерирует ваша солнечная батарея, вы получаете дополнительную электроэнергию из сети через этот счетчик, заставляя ее работать нормально. Если вы не полностью отключились от сети через решение для хранения, вам нужно будет вытаскивать часть энергии из сети, особенно ночью, когда ваша солнечная батарея не производит.Однако большая часть этой сетевой энергии будет компенсирована за счет избыточной солнечной энергии, которую вы производите в течение дня и в периоды меньшего использования.

    Хотя детали, лежащие в основе солнечной энергии, носят сугубо научный характер, не требуется ученого, чтобы рассказать о преимуществах, которые солнечная установка может принести бизнесу или владельцу недвижимости. Опытный разработчик солнечной энергии расскажет вам об этих преимуществах и поможет понять, подходит ли солнечное решение для вашего бизнеса.

    Как работает солнечная энергия | Специалисты по солнечной энергии

    Солнечная энергия работает путем преобразования солнечного света в электричество.Затем это электричество можно использовать в вашем доме или экспортировать в сеть, когда в нем нет необходимости. Это делается путем установки на крыше солнечных батарей, которые вырабатывают электричество постоянного тока. Затем он подается в солнечный инвертор, который преобразует электричество постоянного тока от ваших солнечных панелей в электричество переменного тока (переменного тока).

    Как работает солнечная энергия

    1. Ваши солнечные панели состоят из кремниевых фотоэлектрических элементов (PV). Когда солнечный свет попадает на ваши солнечные панели, солнечные фотоэлементы поглощают солнечные лучи, а электричество вырабатывается за счет фотоэлектрического эффекта.Электричество, вырабатываемое панелями, называется электричеством постоянного тока (DC), и оно не подходит для использования в вашем доме с помощью ваших приборов. Вместо этого электричество постоянного тока направляется на ваш центральный инвертор (или микроинвертор, в зависимости от настройки вашей системы).

    2. Ваш инвертор может преобразовывать электричество постоянного тока в электричество переменного тока (AC), которое можно использовать в вашем доме. Отсюда электричество переменного тока направляется на ваш распределительный щит.

    3. Распределительный щит позволяет отправлять полезную электроэнергию переменного тока на бытовые приборы в вашем доме.Ваш распределительный щит всегда будет гарантировать, что ваша солнечная энергия будет использоваться в первую очередь для питания вашего дома, и будет получать доступ к дополнительной энергии из сети только тогда, когда вашего солнечного производства недостаточно.

    4. Все домохозяйства с солнечными батареями должны иметь двунаправленный счетчик (счетчик коммунальных услуг), который вам установит продавец электроэнергии. Двунаправленный счетчик может регистрировать всю мощность, потребляемую в доме, но также записывать количество солнечной энергии, которая экспортируется обратно в сеть.Это называется подсчетом нетто.

    5. Вся неиспользованная солнечная электроэнергия затем отправляется обратно в сеть. Экспорт солнечной энергии обратно в сеть принесет вам кредит на счет за электроэнергию, называемый зеленым тарифом (FiT). В ваших счетах за электроэнергию будет учтена электроэнергия, которую вы покупаете из сети, а также кредиты на электроэнергию, вырабатываемую вашей солнечной энергетической системой, которую вы не используете.

    Благодаря солнечной энергии вам не нужно включать ее утром или выключать на ночь — система сделает это автоматически и без проблем.Вам также не нужно переключаться между солнечной энергией и сетью, поскольку ваша солнечная система может определить, когда лучше всего это сделать, в зависимости от количества энергии, потребляемой в вашем доме. На самом деле солнечная система требует очень небольшого обслуживания (поскольку в ней нет движущихся частей), а это значит, что вы вряд ли узнаете, что она там есть. Это также означает, что качественная солнечная энергосистема прослужит долго.

    Ваш солнечный инвертор (обычно установленный в вашем гараже или в доступном месте) может предоставить вам такую ​​информацию, как количество электроэнергии, произведенной в любой конкретный момент времени, или сколько она выработала за день или в целом с тех пор, как она была произведена. работает.Многие качественные инверторы имеют беспроводную связь и сложный онлайн-мониторинг.

    Если это кажется сложным, не волнуйтесь; Один из экспертов Infinite Energy Energy Consultant проведет вас через процесс работы солнечной энергии по телефону, электронной почте или через бесплатную домашнюю консультацию.

    Чтобы организовать бесплатную консультацию у вас дома или в офисе:

    Quick

    Карта сайта

    Как работают солнечные панели | Союз неравнодушных ученых

    Решения для высоких уровней солнечной энергии

    Достижение высоких уровней использования фотоэлектрических модулей желательно, учитывая все преимущества, которые предлагает солнечная энергия, но это также создает проблемы.Однако эти проблемы не являются непреодолимыми; модернизация технологий и обновления способов покупки и продажи электроэнергии могут помочь повысить уровень проникновения солнечной энергии.

    Одна из проблем для солнечных панелей на крышах заключается в том, что передача энергии от потребителей, а не к ним, является относительно новой ситуацией для коммунальных предприятий. Районы, где во многих домах используется солнечная энергия, могут приблизиться к точке, в которой системы на крышах могут производить больше, чем район может использовать в течение дня.Тем не менее, «питающие» линии, обслуживающие таких потребителей, могут быть не готовы обрабатывать потоки электроэнергии в противоположном направлении.

    Крупномасштабные фотоэлектрические проекты сталкиваются с собственными проблемами, поскольку они могут быть расположены далеко от городских центров, часто требуя, чтобы линии электропередачи несли электричество туда, где оно будет фактически использоваться. Это требует инвестиций в строительство самих линий и приводит к «потерям в линиях», поскольку часть энергии преобразуется в тепло и теряется.

    Изменчивость солнечной генерации, связанная с фотоэлектрической системой в обоих масштабах, представляет новые проблемы, поскольку сетевые операторы не могут контролировать мощность этих систем одним щелчком переключателя, как они могут это сделать 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 невозобновляемых источников энергии не снижается, чтобы обеспечить производство солнечной энергии, поставки электроэнергии могут превысить спрос. Обе ситуации могут привести к нестабильности сети.

    Но проблемы, связанные с добавлением фотоэлектрических модулей в сеть, в высшей степени решаемы.Устранение проблем с передачей и фидером в основном носит экономический, а не технический характер. И проблемы изменчивости хорошо понятны отчасти потому, что операторы сетей уже управляют колебаниями, вызванными постоянно меняющимся спросом на электроэнергию и падениями поставок электроэнергии, когда крупные электростанции или линии передачи неожиданно выходят из строя.

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

    • Использование более совершенных инструментов прогнозирования для более точного прогнозирования того, когда выработка солнечной энергии может снизиться
    • Установка солнечной энергии на большой географической территории, чтобы свести к минимуму любое влияние изменчивости генерации из-за местного облачного покрова
    • Перенос электроснабжения и накопление избыточной энергии для дальнейшего использования
    • Изменение спроса на электроэнергию путем поощрения потребителей к использованию электроэнергии, 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 с экономической, так и с экологической точки зрения.

    Артикул:

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

    [4] Международное энергетическое агентство (МЭА). 2014. Технологическая дорожная карта: Концентрация солнечной энергии. Париж, Франция.

    [5] Burger, B. 2011. Солнечные электростанции работают при пиковой нагрузке. Фрайбург, Германия: Институт систем солнечной энергии им. Фраунгофера ISE.

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

    Как работают солнечные элементы | HowStuffWorks

    Кремний обладает некоторыми особыми химическими свойствами, особенно в его кристаллической форме. У атома кремния 14 электронов, расположенных в трех разных оболочках. Первые две оболочки, содержащие два и восемь электронов соответственно, полностью заполнены.Однако внешняя оболочка заполнена всего лишь наполовину с четырьмя электронами. Атом кремния всегда будет искать способы заполнить свою последнюю оболочку, и для этого он поделится электронами с четырьмя соседними атомами. Это похоже на то, как каждый атом держится за руки со своими соседями, за исключением того, что в этом случае каждый атом имеет четыре руки, связанные с четырьмя соседями. Это то, что образует кристаллическую структуру , и эта структура оказывается важной для этого типа фотоэлементов.

    Единственная проблема заключается в том, что чистый кристаллический кремний является плохим проводником электричества, потому что ни один из его электронов не может свободно перемещаться, в отличие от электронов в более оптимальных проводниках, таких как медь.Чтобы решить эту проблему, кремний в солнечном элементе содержит примесей, — другие атомы, специально смешанные с атомами кремния, — что немного меняет способ работы. Обычно мы думаем о примесях как о чем-то нежелательном, но в этом случае наша клетка не будет работать без них. Рассмотрим кремний с атомами фосфора кое-где, может быть, один на каждый миллион атомов кремния. На внешней оболочке фосфора пять электронов, а не четыре. Он по-прежнему связывается со своими соседними атомами кремния, но в некотором смысле у фосфора есть один электрон, которому не с кем держаться за руки.Он не является частью связи, но в ядре фосфора есть положительный протон, удерживающий его на месте.

    Объявление

    Когда к чистому кремнию добавляется энергия, например, в виде тепла, это может заставить несколько электронов вырваться из своих связей и покинуть свои атомы. В каждом случае остается дыра. Эти электроны, называемые свободными носителями , затем беспорядочно блуждают по кристаллической решетке в поисках другой дыры, в которую можно упасть и провести электрический ток.Однако в чистом кремнии их так мало, что они не очень полезны.

    Но наш нечистый кремний с примесью атомов фосфора — это совсем другое дело. Чтобы выбить один из наших «лишних» электронов фосфора, требуется гораздо меньше энергии, потому что они не связаны связью с какими-либо соседними атомами. В результате большая часть этих электронов вырывается, и у нас гораздо больше свободных носителей, чем было бы в чистом кремнии. Процесс преднамеренного добавления примесей называется легированием , а при легировании фосфором образующийся кремний называется N-типа («n» — отрицательный) из-за преобладания свободных электронов.Легированный кремний N-типа является проводником намного лучше, чем чистый кремний.

    Другая часть типичного солнечного элемента легирована бором, который имеет только три электрона на внешней оболочке вместо четырех, чтобы стать кремнием P-типа. Вместо свободных электронов, P-тип («p» для положительного) имеет свободные отверстия и несет противоположный (положительный) заряд.

    На следующей странице мы более подробно рассмотрим, что происходит, когда эти два вещества начинают взаимодействовать.

    Как работают солнечные панели | Блог Solargain о солнечной энергии

    Панели солнечных батарей хотя и простые, но далеко не утомительные. Только пока вы не узнаете, как работают солнечные панели, вы по-настоящему оцените, насколько они умны.

    Итак, как работают солнечные панели?

    Первое, что нужно знать, это то, что панели полагаются на солнечный свет, а не на тепло. Фактически, большинство солнечных панелей становятся менее эффективными в чрезвычайно жарких условиях.

    Солнечные панели преобразуют солнечный свет в электричество постоянного тока.Когда фотоны солнечного света попадают на кремниевый элемент солнечной панели, высвобождаются электроны. Освободившиеся электроны бегают по кругу и с помощью электрического поля создают энергию в процессе.

    Электроны проходят через панель и струну (которая соединяет каждую из панелей на вашей крыше в традиционной схеме), в конечном итоге попадая в солнечный инвертор.

    Инвертор преобразует мощность постоянного тока от панелей в электричество переменного тока для вашего дома. Ваш инвертор также изменяет напряжение на панелях в соответствии с напряжением в вашем доме (которое составляет около 240 В).

    В большинстве жилых помещений избыточная мощность, создаваемая вашими солнечными панелями, возвращается в сеть, что означает, что ваша коммунальная компания может оплатить вам счет при следующем поступлении счета за электроэнергию. Все чаще дома оснащаются солнечными батареями, которые сохраняют дополнительную энергию для дальнейшего использования.

    Подробнее о солнечных батареях

    Солнечные панели состоят из связанных между собой «кремниевых элементов», соединенных вместе в цепь. Они могут выглядеть одинаково по номинальной стоимости, но бывают разных размеров, стилей и доступны для разных целей.Типичная жилая панель использует конфигурацию с 60 ячейками, а более крупные панели с 72 ячейками часто устанавливаются в крупномасштабных установках.

    Когда пространство ограничено или гибкость является повседневной практикой, можно использовать панели меньшего размера (в сочетании с микроинверторами).

    Всегда выгодно выбирать солнечные панели высшего качества по сравнению с дешевыми и низкими альтернативами. Мы подробно рассказывали об этом в предыдущем блоге, но в основном панели премиум-класса будут иметь ячейки, содержащие более чистый кремний (для предотвращения микротрещин), меньшее отклонение между ячейками (устранение несоответствия) и более высокую эффективность и долговечность.Все это в совокупности дает вам более плавный опыт использования солнечной энергии и тот, который с большей вероятностью оправдает и превзойдет ваши ожидания по сбережениям.

    Узнать больше

    Если вы хотите узнать больше о характеристиках отдельных солнечных панелей, посетите страницу с нашими продуктами. Здесь вы можете изучить и сравнить характеристики и характеристики солнечных панелей ряда ведущих мировых брендов или связаться с нами, чтобы узнать больше.

    Как работают панели солнечных батарей

    Солнечные панели быстро становятся очень привлекательным вариантом возобновляемой энергии, который может в конечном итоге оказываются невероятно полезными для окружающей среды. Процесс преобразования солнечного света в электрическую энергию значительно улучшился за последние несколько десятилетий и теперь стал более эффективным, чем когда-либо. Солнечная энергия использовалась в течение многих лет в небольших устройствах, таких как калькуляторы, но теперь многие говорят о питании домов и предприятий от этих панелей.

    Солнечная энергия — один из наиболее многообещающих возобновляемых источников энергии, доступных в настоящее время, в связи с тем, что солнечная энергия широко распространена. Лучи, исходящие от Солнца, могут производить около 1000 ватт энергии на каждый квадратный метр земной поверхности.Собирая эту энергию, нам больше никогда не придется полагаться на разрушительное ископаемое топливо. Солнечная фотоэлектрическая система использует солнечный свет для выработки электроэнергии, которую вы можете использовать для питания своего дома или офиса, что может уменьшить ваш углеродный след и воздействие на окружающую среду.

    Солнечная энергия создается с использованием энергии, произведенной солнцем. Солнечные панели могут работать, используя солнечную энергию, получаемую от солнца. Каждая солнечная панель содержит множество различных кремниевых элементов или солнечных элементов.Это строительные блоки солнечных батарей. Эти солнечные элементы поглощают энергию солнца. Солнечная энергия, получаемая от солнца, преобразуется в электричество с помощью солнечной панели.

    По этой причине важно точно понимать, как работают солнечные панели и как их можно использовать для производства электроэнергии для обычного дома.

    1. Солнечные панели, установленные на крышах домов, поглощают солнечный свет (фотоны) от солнца.

    2. Кремний и проводники в панели преобразуют солнечный свет в электричество постоянного тока (DC), которое затем течет в инвертор.

    3. Затем инвертор преобразует постоянный ток в переменный (переменный ток) электроэнергию, которую вы можете использовать дома.

    4. Избыточная электроэнергия, которая не используется вами, может быть возвращена в сеть.

    5. Если ваши солнечные панели производят меньше энергии, чем требуется вам дома, вы всегда можете купить электроэнергию у коммунального предприятия.

    Процесс преобразования солнечной энергии в электричество

    • В солнечных панелях используется специальный процесс преобразования фотонов в электроны для генерации тока с помощью специального типа элемента, известного как фотоэлектрический элемент.Эти ячейки обычно находятся на передней панели калькуляторов и небольших гаджетов. Когда их банк соединен вместе, они все вместе известны как солнечные панели.
    • Фотоэлектрические элементы состоят из полупроводниковых материалов, таких как кремний. Полупроводник поглощает солнечный свет. Когда это происходит, фотоны солнечного света сбивают часть электронов в полупроводящем материале, что позволяет им течь в электрическом токе.
    • Внутри каждой ячейки существует электрическое поле, которое используется для направления этого потока электронов в определенном направлении. Когда эти электроны встречаются с металлическим контактом, размещенным на фотоэлементе, его можно использовать для питания устройств.

    Использование кремния

    • Кремний состоит из кристаллической формы, где каждый атом кремния удерживает четырнадцать электронов в специализированной установке из трех различных оболочек. Две из этих оболочек заполнены и содержат два и восемь электронов соответственно. Третья оболочка, в которой находятся последние четыре электрона, заполнена только наполовину. Чтобы заполнить последнюю оболочку, кремний разделит электроны с четырьмя соседними атомами.Это то, что придает ему кристаллическую структуру.
    • В своей естественной форме кремний не является особенно хорошим проводящим материалом из-за того, что он не имеет свободных электронов, в отличие от других проводящих материалов, таких как медь. Чтобы освободить движение этих электронов, кремний, содержащийся в солнечных батареях, представляет собой особую нечистую форму кремния. Смешивая другие атомы с атомами кремния, создается неравномерное количество свободных электронов. Эти электроны не образуют связей и поэтому могут свободно перемещаться при попадании света.
    • Кремний от природы очень блестящий и отражающий, поэтому, чтобы фотоны не отскакивали от материала, на ячейки наносится антибликовое покрытие. Нередко сверху накрывают стеклянную крышку, чтобы защитить силикон от внешних воздействий.

    Электрическое поле

    • Когда положительный и отрицательный кремний входят в контакт друг с другом, свободные электроны с одной стороны будут притягиваться к другой. Когда они смешиваются, они создают барьер, известный как электрическое поле.Это поле выталкивает электроны от положительного кремния к отрицательному, но не позволяет им течь в обратном направлении.
    • Когда фотоны попадают в фотоэлектрический элемент, электронно-дырочные пары распадаются. Когда это происходит, электрон освобождается, и становится доступным пространство для заполнения другим электроном. Электрон переместится в отрицательную сторону, в то время как дырка переместится в положительную сторону, создавая дисбаланс в электрической нейтральности ячейки. Вставляя проводники, мы можем использовать это движение электронов, которое создает ток, а электрическое поле создает напряжение.Продукт этих двух — сила.

    Потенциальная потеря энергии

    Одной из основных проблем, с которыми сталкивается солнечная энергия, является тот факт, что она часто менее эффективна, чем другие формы производства энергии, давая меньшее количество энергии по сравнению с аналогами, такими как сжигание ископаемого топлива. У такой потери энергии много причин.

    • Одной из основных причин потери энергии является тот факт, что солнечный свет имеет множество различных длин волн.Некоторые из этих длин волн работают точно так, как ожидалось, с фотонами, разделяющими электронно-дырочные пары. Однако у некоторых из них нет энергии, чтобы разделить эти пары, и они безвредно проходят через них. У других по-прежнему слишком много энергии, а это означает, что большая часть энергии теряется из-за того, что энергии больше, чем требуется, чтобы выбить электрон, но недостаточно, чтобы выбить еще больше.
    • В то время как другой материал потребует меньше энергии, чтобы выбить свои электроны, это будет означать, что напряжение материала будет намного ниже.Чтобы повысить эффективность, необходимо соблюдать баланс между напряжением и током, производимым солнечным элементом. Без этого баланса теряется эффективность.
    • Металл обычно помещается на дно ячеек, чтобы проводить электроны. Однако эти пластины не будут собирать всю производимую энергию, так как некоторая ее часть будет потеряна через верх. Покрытие верхней части означало бы потерю солнечного света, в то время как размещение проводников снаружи ячейки потребовало бы, чтобы электроны прошли гораздо дальше.По этой причине ячейки часто покрываются тонкой металлической сеткой, чтобы уменьшить расстояние, на которое электроны должны пройти.

    Использование солнечной энергии

    • Прикрепив солнечные панели к крыше дома, фотоэлектрические элементы можно использовать для производства электроэнергии, которая может использоваться непосредственно для источника питания дома или, все чаще, храниться в больших батареях который может использоваться для питания дома как генератор. Конечно, если вы живете в более темном регионе мира, эффективность этих солнечных панелей будет значительно снижена.
    • Солнечная энергия также может быть продана в электрические сети, когда производится избыток электроэнергии. Это означает, что если солнце светит ярко, вы можете использовать солнечные элементы для питания своих устройств и даже заработать немного денег, если вы генерируете избыток энергии. Точно так же, если солнце не светит, вы все равно будете подключены к основной электросети, которая позволит вам покупать у них энергию, если вы не хотите полагаться на батареи или генераторы.
    • Солнечные панели также широко используются в космических кораблях для выработки электроэнергии для бортовых компьютеров и других электроприборов.Во многом это связано с тем, что эффективность солнечных панелей не снижается в космосе, а солнце всегда светит, что означает, что у корабля есть надежный источник энергии, и ему не нужно носить с собой тяжелое топливо или батареи. Эти панели часто встречаются на спутниках и исследовательских кораблях, таких как шаттлы, и на кораблях, таких как марсоходы.

    Каждая солнечная панель содержит множество различных кремниевых элементов или солнечных элементов. Каждый солнечный элемент вырабатывает несколько вольт электричества.Фотоны ударяются о поверхность этих солнечных элементов и затем генерируют электрический ток. Крыша — это обычное место, где в домах или офисах устанавливаются солнечные панели, так что она получает необходимое количество солнечного света. Фотоэлектрические панели на солнечной панели преобразуют солнечную энергию в электрическую. Электроэнергия, вырабатываемая этими панелями, в основном представляет собой постоянный ток (постоянный ток), который преобразуется в переменный (переменный ток) с помощью инвертора.Кремний — один из основных материалов, который обычно используется для изготовления солнечных батарей.

    Изображение предоставлено: Томас Колер, Порт Сан-Диего

    Наизусть истинный защитник окружающей среды ❤️. Основанная компания Conserve Energy Future с единственным девизом — предоставлять полезную информацию о нашей быстро разрушающейся окружающей среде. Если вы твердо не верите в идею Илона Маска сделать Марс еще одной обитаемой планетой, помните, что на самом деле во всей этой вселенной нет «Планеты Б».

    Как работают солнечные панели? — Руководство для начинающих по Solar

    Как работают солнечные панели?

    Вы когда-нибудь задумывались, как на самом деле работают солнечные батареи для обеспечения энергией вашего дома? Вот подробное описание того, что происходит, когда вы устанавливаете солнечные панели или арендуете новые солнечные панели и начинаете снижать затраты на энергию.

    Шаг 1. Солнце дает энергию

    Во-первых, давайте поговорим о том, как традиционно производится электричество, чтобы ответить на вопрос «как работают солнечные панели?» Для производства электроэнергии требуется топливо. А многие виды топлива, используемые для производства энергии, могут нанести серьезный ущерб окружающей среде. Ущерб связан как с добычей, так и с использованием топлива.

    Обычные электростанции используют в качестве топлива уголь, который добывают в горах. Они используют природный газ, который нагнетается к поверхности земли и транспортируется по длинным трубопроводам, которые могут взорваться (да, это редко.Но это случилось). Для ядерной энергетики уран добывают в шахтах.

    Очевидно, что это трудоемкий, а иногда и разрушительный процесс получения и доставки топлива, используемого в производстве электроэнергии.

    Ущерб продолжается, поскольку топливо используется для производства электроэнергии. Ископаемые виды топлива — уголь и природный газ — подвергаются процессу сгорания, в результате которого образуются загрязнители воздуха. Атомная энергетика представляет собой риск утечки радиоактивных материалов.

    Solar, напротив, использует совсем другой вид топлива: солнечный свет.Никаких горных работ, никаких больших трубопроводов и никакого движения земли — только солнечный свет, льющийся с неба. Его много, его легко собрать, он безопасен и чист. Солнце — бесконечный ресурс, поэтому солнечную энергию часто называют возобновляемой. Вот почему в некоторых районах будут предлагаться скидки на местные солнечные установки.

    Возможно, вы слышали, что солнечная энергия также называется фотоэлектрической или фотоэлектрической, что описывает способ преобразования солнечного света в электричество. Фотоны — это частицы света.Вольтаики относятся к напряжению или электричеству.

    Существуют и другие виды солнечной энергии, такие как солнечная тепловая энергия и концентрированная солнечная энергия. Но фотоэлектрические панели наиболее распространены для крыш американских домов.)

    Преобразование солнечного света в электричество требует использования определенных материалов. Это относительно простой химический процесс, о котором мы поговорим дальше.

    Шаг 2: Солнечная панель поглощает солнечный свет

    Процесс производства электричества начинается, когда солнечный свет движется со скоростью света примерно в 93 миллионах миль от Солнца и падает на солнечную панель.

    Панель, вероятно, находится на солнечной крыше или, возможно, установлена ​​на земле во дворе или на близлежащем поле. Вероятно, он подключен к другим популярным типам солнечных батарей. Несколько панелей вместе называются солнечной батареей.

    Что такое солнечная панель? Также называемый модулем, это обычно четырехугольная пластинчатая структура, состоящая из кремниевых ячеек, разновидности полупроводника.

    Ячейки содержат электроны. На клетки наносятся определенные вещества (например, фосфор и бор) для создания магнитного поля.Некоторые из ячеек имеют положительный заряд, а некоторые — отрицательный.

    Когда солнечный свет попадает на ячейки, он дестабилизирует электроны, освобождая отрицательно заряженные электроны, чтобы течь к одной стороне кремниевой ячейки. Движение производит поток или ток электричества. Металлические проводники на ячейке собирают электричество и передают его по проводам.

    Найдите местных профессионалов

    Шаг 3. Солнечный инвертор преобразует солнечный свет в электричество

    Солнечная энергия еще не совсем готова для домашнего использования, потому что солнечные панели вырабатывают электричество, несовместимое с электрической системой США.Электроэнергия постоянного тока или электричество постоянного тока течет в одном направлении.

    Американские дома используют другой вид электричества, называемый переменным током, или электричеством переменного тока. Оно отличается от электричества постоянного тока тем, что может течь в нескольких направлениях.
    Электрическая сеть США, к которой подключен ваш дом, работает от переменного тока. США выбрали эту форму, потому что переменный ток обычно эффективен для электричества, которое перемещается на большие расстояния, как это часто бывает в Северной Америке, где электроэнергия передается по огромной сети.Он включает 450 000 миль высоковольтных линий электропередачи, подключенных к 3200 электросетям.
    Как превратить электроэнергию постоянного тока, произведенную вашими солнечными панелями, в электроэнергию переменного тока, которая нравится электросети США?

    Вот здесь и пригодится установка солнечного инвертора. Также иногда называемый солнечным преобразователем, это довольно неинтересно выглядящий металлический ящик, который может быть размещен в вашем доме где-то рядом с блоком предохранителей. Несмотря на свой безвкусный внешний вид, коробка играет важную роль в использовании солнечной энергии.Думайте об этом как о переводчике между солнечными батареями и вашим домом.

    Его катушки, провода и магниты не только «инвертируют» энергию из постоянного в переменный, так что ее можно использовать в домашнем хозяйстве, но инвертор также помогает с некоторыми функциями управления энергией.

    Некоторые инверторы имеют возможность «изолировать» или отделить дом от центральной сети при отключении электроэнергии. Инвертор также может иметь небольшое количество энергии батареи, так что дом все еще будет получать электричество в случае отключения электроэнергии.

    Новые инверторы иногда называют «умными» установками солнечной энергии, потому что они берут на себя функции управления энергопотреблением и связи, которые делают вашу солнечную энергию более эффективной.

    Важно отметить, что существует разновидность обычного инвертора. Это микро-инвертор. Микроинверторы размещаются не в коробке, а непосредственно под солнечными панелями. Как только ваш солнечный инвертор заработает должным образом, небо станет пределом для различных вещей, которые вы можете использовать на солнечной энергии: от обогрева бассейна солнечными батареями, вариантов установки солнечного отопления для дома и когда-либо нагревателей горячей воды, работающих на солнечной энергии.


    Как узнать, являются ли солнечные панели высокоэффективными?

    При покупке солнечных панелей вы должны знать, что не все солнечные панели работают с одинаковой эффективностью, поэтому вы часто будете видеть разницу в стоимости установки солнечных панелей.

    Что такое эффективная солнечная панель? Эффективность определяется на основе того, сколько солнечного света, достигающего панели, фактически преобразуется в электричество.

    Чем эффективнее ваши солнечные батареи, тем меньше их нужно использовать.Эффективность солнечных панелей особенно важна, если пространство на крыше ограничено или частично затенено. Цена не обязательно является фактором поиска эффективности. То, что вы сэкономите, купив меньшее количество панелей, вы можете потерять, заплатив больше за эффективные модели. Перед установкой солнечных панелей вы захотите узнать количество солнечных лучей для вашего дома (ваш потенциал для высокоэффективной солнечной системы в зависимости от местоположения и количества получаемого солнечного света).


    Счетчик солнечной энергии и коммунальных услуг

    Другой важный компонент вашей системы — это счетчик коммунальных услуг.Он будет отслеживать, сколько солнечной электроэнергии вырабатывает ваш дом. Чем больше электроэнергии вырабатывают ваши панели, тем меньше электроэнергии вам нужно будет покупать у коммунального предприятия и тем ниже будут ваши счета за коммунальные услуги.

    Если вы живете в районе, где доступен «чистый счетчик» — вы можете сэкономить еще больше денег, но что такое чистый счетчик солнечной энергии? Сетевой учет солнечной энергии — это термин для коммунальных программ, которые дают вам кредит по счету за любую дополнительную электроэнергию, производимую вашей системой. Эта избыточная мощность возвращается в центральную сеть, где ее могут использовать другие.Сумма кредита, которую вы получаете, зависит от конкретной политики вашего коммунального предприятия.

    Как и инверторы, счетчики становятся умнее и теперь могут делать больше. Умные счетчики открывают дверь, чтобы дать потребителям возможность лучше контролировать свои затраты на электроэнергию.

    Большинство людей не осознают этого, но цены на электроэнергию для коммунальных предприятий меняются много раз в течение дня, как на фондовом рынке. Потребители не подозревают об этих изменениях цен, потому что они не покупают электроэнергию на оптовом рынке электроэнергии; вместо этого они платят розничные тарифы, регулируемые их государством.

    Но с помощью интеллектуальных счетчиков и так называемых тарифов с изменяющимся временем использования, потребители могут воспользоваться колебаниями — и добиться экономии на счетах за коммунальные услуги.

    Используя аналогию с фондовым рынком, подумайте об этом как о покупке ценной бумаги при низких ценах. Например, вы можете стирать, запускать посудомоечную машину и заниматься другими энергоемкими делами в течение дня, когда цены на электроэнергию низкие. Когда цены на электричество высоки, вы включаете кондиционер или убираете электрическое отопление.

    Новые веб-мониторы или цифровые мониторы отображают цены по мере их изменения. Ваш умный счетчик будет записывать ваши расходы, и вам будет выставлен соответствующий счет.

    Некоторые домовладельцы, у которых есть солнечные панели и батареи, даже более изощренно используют временные тарифы. Они могут полагаться на солнечную энергию или энергию своих аккумуляторов, когда цены на электроэнергию в коммунальном хозяйстве высоки, и электричество из сети, когда она низкая.

    Помните, в отличие от коммунального электричества, ваша цена на солнечную энергию никогда не меняется.Это всегда бесплатно — солнечный свет как топливо ничего не стоит.

    Экономическое преимущество энергии на месте

    Использование бесплатного топлива, солнечного света, — лишь одно из преимуществ солнечной энергии. Во-вторых, фотоэлектрические панели на крыше — это энергия на месте.

    Вы производите энергию в своем доме. Чтобы добраться до дома, не нужно преодолевать большие расстояния. Это особенно важно, если принять во внимание то, что в отрасли называется «потерей линии». Проще говоря, потеря в линии — это естественное рассеивание определенного количества электроэнергии, когда она передается по передающему или распределительному проводу.

    Потери в линии — это дорогостоящая неэффективность, связанная с электросетью. Электроэнергия вырабатывается на большой центральной электростанции, и ей часто приходится преодолевать многие мили по проводам, прежде чем она попадет в дома и предприятия, которые будут ее использовать.

    Поскольку мы теряем определенное количество электроэнергии, мы должны строить больше электростанций и других энергетических инфраструктур, чтобы компенсировать разницу. Это большие расходы для общества.

    Выход из сети с солнечной батареей

    Итак, ваша солнечная панель установлена, ваш инвертор работает, а ваш интеллектуальный счетчик помогает вам разумно расходовать электроэнергию.Вы подключили тостер и намазываете тост маслом.

    Вы официально отключены от сети? Извините, но не.

    Большинство американских домов с солнечными батареями остаются подключенными к центральной электросети. Это и хорошо, и плохо. Это хорошо, потому что, когда не светит солнце, можно рассчитывать на электроэнергию. Это плохо, потому что в случае отключения электроэнергии в электросети ваши солнечные батареи тоже перестают работать.

    К сожалению, домовладельцы не всегда об этом знают.Затем, когда ураган вырубает энергоснабжение, они с удивлением обнаруживают, что остались в темноте вместе со всеми остальными в сети.

    Однако есть способ избежать этого. Домовладельцы все чаще обращаются к так называемым «солнечным плюсам хранения» или домашним микросетям. В эти системы входят аккумуляторные батареи, обеспечивающие резервное питание. Поэтому, когда коммунальная сеть выходит из строя, в вашем доме все еще есть электричество. Популярность этих систем растет, так как солнечные панели и батареи падают в цене.

    Мое электроснабжение теперь зеленое?

    Да и нет. Как упоминалось выше, ваш дом, скорее всего, все еще подключен к электросети и, вероятно, вырабатывает часть вашей энергии. По всей стране около 39 процентов электроэнергии в энергосистеме вырабатывается на ископаемом топливе, а еще 19 процентов — на атомной энергии.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *