Днепр,
пр. Д.Яворницкого, 115
Будни с 9:00 - 18:00
Суббота с 10:00 - 18:00
0 Корзина 0,00 грн

Принцип работы солнечных батарей

Солнечная энергетика. Принцип работы солнечных батарей.​

Солнечные батареи сегодня применяются практически во всех сферах нашей жизни, зарядные устройства, уличные фонари, электромобили и много других областей где востребована солнечная энергия. Если вы хотите подробнее разобраться, как же работают эти устройства, из чего состоят и на что способны, читайте нашу статью.

Немного истории солнечной энергетики

Самым первым изобретенным устройством преобразующем были солнечные коллектора, которые изначально использовались как термальные электростанции, на которых электричество вырабатывается от нагретой до температуры кипения воды. Их использовали на термальных станциях, где с помощью вращения водяным паром турбины получали электричество.

Но немного позже, был изобретен более эффективный путь добычи электроэнергии из солнечных лучей – солнечные батареи. При прямой переработке лучей в энергию, потери значительно меньше, а эффективность намного выше.

На сегодняшний день солнечные батареи состоят из набора фотоэлементов, связанных в цепь. Фотоэлемент – это полупроводниковое устройство, которое непосредственно превращает луч в электрический ток. Этот процесс в физике называется фотоэлектрическим эффектом.

Фотоэлектрический эффект был открыт Александром Беккерелем в 19 веке, однако в то время это была лишь теория. Спустя полвека был создан первый фотоэлемент, который сконструировал А. Столетов.

Солнечная батарея: принцип работы

Схема работы фотоэлемента

А теперь немного физики.

Полупроводник – это материал, в атомах которого либо есть лишние электроны (n-тип), либо наоборот, их не хватает (p-тип).

Исходя из этого свойства полупроводника и был создан фотоэлемент, который вмещает в себя два слоя с разной проводимостью: n-слой – используется как катод, а p-слой – как анод.

А сам процесс выглядит так: лишние электроны с n-слоя покидают свои атомы, в то время как p-слой их собирает. А лучи солнечного света вытесняют электроны из атомов n-слоя, которые тут же захватывает p-слой. Дальше все происходит по кругу, выходя с p –слоя электроны проходят через нагрузку (в данном примере через аккумулятор) и возвращаются на n-слой.

После понимания какие перспективы за этим стоят, ученые стали искать, какой же материал лучше всего подойдет для этих процессов. И первый современный фотоэлектрический элемент сделали из селена. После проведения ряда экспериментов, было выявлено что КПД процесса с использованием селена, еле достигал 1%, что конечно было не эффективно. Поиски нужного материала и эксперименты продолжались.

Современный фотоэлемент состоит из кремния, он достаточно эффективен (КПД от 15 до 25%) и доступен для массового производства. Однако разработки в этом направлении не прекращаются. Целью на сегодняшний день является упрощение и удешевление процесса производства фотоэлементов, а также повышение КПД.

Солнечная панель – состоит из набора фотоэлементов, связанных в электрическую сеть, так как по одному они мало эффективны. В зависимости от количества таких элементов, определяется и мощность всей панели или солнечной батареи.

Конструкция самой батареи состоит из рамы, на которой располагаются фотоэлементы, закрепленные таким образом, чтобы имелась возможность из заменить по одному, и сверху защитная прозрачная панель из стекла или сверхпрочного пластика, который защищает панель от атмосферных осадков и других объектов.

Разновидности солнечных батарей

Классификация солнечных панелей происходит по мощности и типу используемых элементов.

Кристаллы кремния из которых изготавливают фотомодули

Элементы могут быть монокристаллические (из цельного кристалла кремния), поликристаллические (из сплава нескольких кусочков кремния) и аморфные (то есть гибкие).

Для того чтобы на примере рассмотреть работу солнечных батарей, определим мощность солнечного потока. На экваторе мощность солнечных лучей достигает 1 кВт, в нашем регионе при пасмурной погоде она может опускаться ниже отметки 100 Вт. Для примера возьмем среднее значение в 500 Вт.

Гибкие или аморфные солнечные батареи, изготавливаются на гибкой основе и могут покрывать неровные радиусные поверхности. При их производстве используются органические или химические элементы. У них самый низкий КПД около 5-10% . То есть такая панель, площадью 1 м2 при мощности солнечных лучей 500 Вт произведет 25 – 50 Вт электроэнергии.

Монокристаллические и поликристаллический батареи как упоминалось выше, изготовлены из кремниевых полупроводников. Их коэффициент преобразования 20-25%. Панель размером 1м2 выработает около 125 Вт энергии.

Ученые и дальше продолжают работать над сплавами, которые могут повысить эффективность солнечных батарей. Передовыми разработками на сегодняшний день являются решения на основе арсенида галлия, который способен повысить эффективность батарей до 35-40%.

В зависимости от нужной мощности батареи имеют разные типоразмеры. От совсем маленьких на 10-50 Вт (портативные, которые подходят для туризма, позволяют заряжать телефоны, планшеты и фотоаппараты) до больших 200 - 300 Вт (1-1,5м2), которые обычно устанавливают стационарно для снабжения электричеством дома или дачи.

Стабильность работы солнечной батареи и эффективность зависит от окружающей температуры, затенения, угла установки, смены сезона – все эти факторы могут значительно снизить производительность.

Например, при очень высоких температурах, производительность фотоэлемента сильно снижается. А если часть элементов на панели затенить, то производительность упадет у всех, даже хорошо освещенных.

Поэтому важно правильно выбирать место и способ установки таких панелей.

Крупнейшие производители солнечных батарей

Мировыми лидерами среди производителей являются китайские заводы, такие как Suntech, Yingli, Trina Solar.

Также не сдают позиции США- First Solar и японская компания Sharp, с ее солнечным подразделением Sharp Solar.

Все эти компании имеют большие заводы, лаборатории разработки и испытаний произведенных модулей.

Американская компания First Solar кроме производства принимает активное участие в проектировании и строительстве крупнейших солнечных станций в Америке. Например инженеры этой компании спроектировали мощнейшую в мире СЭС Агуа-Калиенте, которая находится в штате Аризона.

В Украине также наметилась положительная тенденция для солнечной энергетики. Самой крупной станцией считается СЭС «Перово» расположенная в Крыму общая мощность которой 105,56 МВт. Построена австрийской компании производителем солнечных панелей Activ Solar.

футбольный стадион «Птичье гнездо» в Пекине

Крупная китайская компания Suntech известна тем, что готовила к летней Олимпиаде-2008 футбольный стадион под названием «Птичье гнездо» в Пекине. Вырабатываемая на протяжении дня с помощью солнечных батарей электроэнергия аккумулируется, а затем используется для освещения стадиона, полива травы на футбольном поле и работы телекоммуникационного оборудования.

Комментарии
Пока нет комментариев
Написать комментарий
Имя*
Email
Введите комментарий*
Alternativ Solution Контакты:
Адрес: Дмитрия Яворницкого, 115 49000 Днепр,
Телефон:+38 098 641 0004, Телефон:+38 099 914 0004, Электронная почта: info@altshop.in.ua