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.

---

---

Фотомануал: солнечная батарея своими руками шаг за шагом Различия между основными типами орошения Реальное применение тонкопленочных солнечных батарей Ограждения из нержавейки

Работают ли солнечные батареи зимой?

Солнечные батареи – современное оборудование, которое позволит вам обеспечить себя энергией, защититься от перебоев в энергоснабжении и существенно сэкономить на счетах.

Организовать собственную солнечную электростанцию россиянам часто мешают сомнения по поводу работы солнечных панелей в зимнее время – смогут ли они выполнять свои функции в холодную или пасмурную погоду? Предлагаем разобраться в этом вопросе.

Принцип работы солнечных панелей

Солнечная панель состоит из множества солнечных элементов. Солнечный элемент – это полупроводниковый материал, он состоит из двух полупроводниковых слоев, p-типа и n-типа, которые отличаются типом проводимости. В материале n-типа есть много “лишних” электронов, поэтому он обладает электронной проводимостью. В материале p-типа наоборот – электронов не хватает, там есть вакантные места для них, которые называются “дырками”, соответственной такой полупроводник обладает дырочной проводимостью.

Принцип работы солнечной панели основана на явлении внутреннего фотоэффекта. Когда солнечный свет попадает на солнечный элемент, то “выбивает” электроны из атомов n-слоя, которые затем двигаются в p-слой занимать вакантные места.

Таким образом электроны перемещаются по замкнутой электрической цепи, выходят полупроводника p-типа, переходят в нагрузку, например, аккумулятор и возвращаются обратной в полупроводник n-типа.

Интересно, что солнечный свет – новый претендент на звание главного источника энергии в мире. Наша планета получает порядка 173 тераватта солнечной радиации, что в 10 000 раз превышает общемировое потребление энергии. Уже сейчас можно наблюдать начало повсеместного перехода на солнечную энергетику, и в будущем этот процесс будет только ускоряться.

Для выработки энергии нужно не тепло, а свет!

Возможно, вы удивитесь, но идеальным условием для работы солнечных батарей и активной выработки энергии является яркое солнце и невысокая температура. Дело в том, что энергия вырабатывается за счет света. Высокая температура воздуха не дает преимуществ, и даже, напротив, снижает эффективность выработки.

Российские зимы характеризуются низкими температурами. При этом бывают как ясные, так и пасмурные дни. Конечно, в пасмурную погоду света будет меньше, однако это не приговор. Если правильно выбрать угол наклона панелей, можно легко обеспечить достаточную выработку энергии даже в северных широтах. Помните, что объем энергии зависит и от площади самих батарей. Наконец, важно своевременно очищать поверхность панелей. Если они будут покрыты снегом, энергия вырабатываться не будет.

Это интересно!

Солнечные панели показали высокую эффективность даже в условиях Крайнего Севера на архипелаге Шпицберген. Проект начался с установки небольшой солнечной станции, мощность которой составляла 7,5 кВт. Рентабельность использования панелей на Шпицбергене оказалась в 2 раза выше, чем на материке. Низкие температуры воздуха способствовали повышению продуктивности, а снег просто скатывался с поверхности, не создавая сложностей.

Способы повышения эффективности солнечной электростанции зимой

• Использование специальных трекеров, позволяющих отслеживать движение солнечных лучей в течение дня, и менять угол наклона панелей в зависимости от направления.
• Очищение поверхности панелей от налипшего снега. Слой снега в несколько сантиметров не станет препятствием для работы, однако если его высота составит более 7-10 см, эффективность солнечных панелей зимой снизится до критического уровня. Очищать поверхность нужно с помощью специальных щеток. Помните, что во время работы на крыше нужно обеспечить безопасность с помощью страховки.
• Использование аккумулятора, накапливающего и надежно сохраняющего энергию, которая была выработана за последние дни. Также понадобится контроллер, который призван отслеживать повышение тока, чтобы поддержать оптимальную нагрузку и предотвратить снижение мощности.
• Устранение источников тени. На крышу, где будут установлены панели, не должны падать тени. Нужно минимизировать все, что может отбрасывать тень на крышу либо установить солнечные панели в другом месте.

Как выбрать солнечные панели, подходящие для северных широт?

Если вы решили примкнуть к рядам «альтернативщиков» и установить солнечную электростанцию, но все еще не уверены, как работают солнечные батареи зимой, – не волнуйтесь, ведь даже с учетом снижения объема солнечной радиации в зимнее время, организация солнечной энергосистемы продолжает оставаться выгодной, позволяя экономить на счетах за электричество.

Для правильного подбора панелей в вашем регионе нужно учитывать ваши потребности и планируемое потребление электроэнергии. Если вы новичок в этом деле, подобрать правильный комплект солнечной электростанции среди множества доступного оборудования будет непросто. Если у вас желание собрать солнечную электростанцию для дома, но вы не знаете, с чего начать, смело обращайтесь к специалистам компании REENERGO! Мы расскажем об особенностях оборудования и подберём оптимальный комплект.

Принцип работы солнечной батареи

Содержание

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.

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.

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

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

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.

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

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

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

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

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

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

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

Принцип работы

В чем же заключается принцип работы альтернативного источника энергии?

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

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

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

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

Последовательность действий солнечной батареи:

Принцип работы солнечной батареи. (Для увеличения нажмите)

Энергия солнца попадает на пластины.

Пластины нагреваются и освобождают электроны.

Электроны активно двигаются по проводникам.

Проводники дают заряд аккумуляторам.

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

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

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

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

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.

​

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.

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

Солнечные батареи основе кремния

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

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

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

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

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

— увеличить путь прохождения фотонов посредством многократного внутреннего переотражения;

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

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.

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.

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.

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

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

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

Технические характеристики

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

• Непосредственно фотоэлементы / солнечная панель;

• Инвертор, преобразовывающий постоянный ток в переменный;

• Контроллер уровня заряда аккумулятора.

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

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

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

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

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

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».

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».

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.

• Устанавливать панели нужно на южной стороне крыши, фасада или на участке стороной на юг;
• Угол наклона соответствует значению широты вашего региона;
• Рядом не должно быть объектов, отбрасывающих тень на солнечные батареи;
• Поверхность панелей нужно регулярно очищать от грязи и пыли;
• Желательно использовать системы с отслеживанием положения солнца.

Как работает солнечная батарея?

Принцип работы фотоэлемента

На полученные пластины кремния нанесён с одной стороны слой бора, а с другой ─ фосфора. В местах контакта кремниевой пластины с бором имеется избыток электронов. На другой стороне по границе кремниевой пластины с фосфором недостаёт электронов. Там образуются «дырки», как их принято называть. Такую стыковку границ с избыточным количеством электроном и их недостатком называют p-n переходом.

При попадании солнечного света на фотоэлементы батареи их поверхность бомбардируется фотонами. Они выбивают избыточные электроны на границе с фосфором, и они начинают движение к «дыркам» на границе с бором. Таким образом, возникает электрический ток, являющийся упорядоченным движением электронов. К фотоэлементу подводятся металлические дорожки, через которые и собирается ток. В этом и выражается принцип работы кремниевого фотоэлемента.

Сегодня солнечные батареи устанавливаются в своих домах и на дачах для экономии электроэнергии. Такие миниатюрные гелиосистемы работают круглый год. Главное, чтобы поверхность панелей была чистой и светило солнце. В ряде случаев их эффективность выше в морозный солнечный день, чем в летний. Это объясняется тем, что разогрев солнечных модулей несколько снижает эффективность их работы.

Гелиосистема: солнечные батареи и коллекторы

Сразу стоит отметить, что полностью отказаться от электричества из централизованных сетей не получиться. Но, установив солнечную батарею, удастся значительно экономить на коммунальных расходах. Вариант, конечно, не годиться для квартиры. Нормально эксплуатировать такую систему получиться только в загородном доме или на даче, где достаточно места для установки солнечных панелей.

В центральных регионах России гелиосистема окупается примерно за 5 лет. В южных регионах срок окупаемости значительно сокращается. Часто вместе с солнечными батареями устанавливаются коллекторы для отопления дома. Сейчас есть фабричные солнечные коллекторы, которые могут подогревать воду круглый год.

• Устанавливать панели нужно на южной стороне крыши, фасада или на участке стороной на юг;
• Угол наклона соответствует значению широты вашего региона;
• Рядом не должно быть объектов, отбрасывающих тень на солнечные батареи;
• Поверхность панелей нужно регулярно очищать от грязи и пыли;
• Желательно использовать системы с отслеживанием положения солнца.

Теперь вам ясен принцип работы солнечных батарей и их возможности. Понятно, что не следует отказываться от централизованного снабжения электроэнергией. Современные гелиосистемы пока не в состоянии полноценно обеспечивать дом энергией в пасмурную погоду. Но как часть комбинированной системы энергоснабжения дома они очень уместны.

• Солнечные батареи
• Аккумулятор
• Контроллер
• Инвертор
• Крепления для солнечных батарей

Принцип работы

Теперь подробнее о работе солнечной батареи. Она состоит из двух пластин, изготовленных из кремния и покрытых с одной стороны бором, а с другой фосфором. Там, где батарея покрыта бором, частицы отсутствуют. Под действием солнечного света в пластине с фосфором появляются свободные электроны, которые начинаются перемещаться и создавать энергию. Чем больше солнечная радиация, тем больше энергии вырабатывается. Наибольшая эффективность зафиксирована при перпендикулярном попадании лучей.

Это процесс контролируется специальным контроллером. При циклическом заряде требуется постоянное напряжение или постоянный ток заряда.

Солнечная энергетика становится все более популярной во всем мире. Вместе с коллегами из специализированного портала Elektrik мы разбирались, как устроена солнечная батарея, из чего она состоит и куда отправляется получаемая энергия.

В наше время практически каждый может собрать и получить в свое распоряжение свой независимый источник электроэнергии на солнечных батареях (в научной литературе они называются фотоэлектрическими панелями).

Дорогостоящее оборудование со временем компенсируется возможностью получать бесплатную электроэнергию. Важно, что солнечные батареи – это экологически чистый источник энергии. За последние годы цены на фотоэлектрические панели упали в десятки раз и они продолжают снижаться, что говорит о больших перспективах при их использовании.

В классическом виде такой источник электроэнергии будет состоять из следующих частей: непосредственно, солнечной батареи (генератора постоянного тока), аккумулятора с устройством контроля заряда и инвертора, который преобразует постоянный ток в переменный.

Солнечные батареи состоят из набора солнечных элементов (фотоэлектрических преобразователей), которые непосредственно преобразуют солнечную энергию в электрическую.

Большинство солнечных элементов производят из кремния, который имеет довольно высокую стоимость. Этот факт определят высокую стоимость электрической энергии, которая получается при использовании солнечных батарей.

Распространены два вида фотоэлектрических преобразователей: сделанные из монокристаллического и поликристаллического кремния. Они отличаются технологией производства. Первые имеют кпд до 17,5%, а вторые – 15%.

Наиболее важным техническим параметром солнечной батареи, которая оказывает основное влияние на экономичность всей установки, является ее полезная мощность. Она определяется напряжением и выходным током. Эти параметры зависят от интенсивности солнечного света, попадающего на батарею.

Электродвижущая сила отдельных солнечных элементов не зависит от их площади и снижается при нагревании батареи солнцем, примерно на 0,4% на 1 гр. С. Выходной ток зависит от интенсивности солнечного излучения и размера солнечных элементов. Чем ярче солнечный свет, тем больший ток генерируется солнечными элементами. Зарядный ток и отдаваемая мощность в пасмурную погоду резко снижается. Это происходит за счет уменьшения отдаваемой батареей тока.

Если освещенная солнцем батарея замкнута на какую либо нагрузку с сопротивлением Rн, то в цепи появляется электрический ток I, величина которого определяется качеством фотоэлектрического преобразователя, интенсивностью освещения и сопротивлением нагрузки. Мощность Pн, которая выделяется в нагрузке определяется произведением Pн = IнUн, где Uн напряжение на зажимах батареи.

Наибольшая мощность выделяется в нагрузке при некотором оптимальном ее сопротивлении Rопт, которое соответствует наибольшему коэффициенту полезного действия (кпд) преобразования световой энергии в электрическую. Для каждого преобразователя имеется свое значение Rопт, которая зависит от качества, размера рабочей поверхности и степени освещенности.

Солнечная батарея состоит из отдельных солнечных элементов, которые соединяются последовательно и параллельно для того, чтобы увеличить выходные параметры (ток, напряжение и мощность). При последовательном соединении элементов увеличивается выходное напряжение, при параллельном – выходной ток.

Для того, чтобы увеличить и ток и напряжение комбинируют два этих способа соединения. Кроме того, при таком способе соединения выход из строя одного из солнечных элементов не приводит в выходу из строя всей цепочки, т.е. повышает надежность работы всей батареи.

Таким образом, солнечная батарея состоит из параллельно-последовательно соединенных солнечных элементов. Величина максимально возможного тока отдаваемого батареей прямо пропорциональна числу параллельно включенных, а электродвижущая сила — последовательно включенных солнечных элементов. Так, комбинируя типы соединения, собирают батарею с требуемыми параметрами.

Солнечные элементы батареи шунтируются диодами. Обычно их 4 – по одному, на каждую ¼ часть батареи. Диоды предохраняют от выхода из строя части батареи, которые по какой-то причине оказались затемненными, т. е. если в какой-то момент времени свет на них не попадает.

Батарея при этом временно генерирует на 25% меньшую выходную мощность, чем при нормальном освещении солнцем всей поверхности батареи.

При отсутствии диодов эти солнечные элементы будут перегреваться и выходить из строя, так как они на время затемнения превращаются в потребителей тока (аккумуляторы разряжаются через солнечные элементы), а при использовании диодов они шунтируются и ток через них не идет.

Получаемая электрическая энергия накапливается в аккумуляторах, а затем отдается в нагрузку. Аккумуляторы – химические источники тока. Заряд аккумулятора происходит тогда, когда к нему приложен потенциал, который больше напряжения аккумулятора.

Число последовательно и параллельно соединенных солнечных элементов должно быть таким, чтобы рабочее напряжение подводимое к аккумуляторам с учетом падения напряжения в зарядной цепи немного превышало напряжение аккумуляторов, а нагрузочный ток батареи обеспечивал требуемую величину зарядного тока.

Например, для зарядки свинцовой аккумуляторной батареи 12 В необходимо иметь солнечную батарею состоящую из 36 элементов.

При слабом солнечном свете заряд аккумуляторной батареи уменьшается и батарея отдает электрическую энергию электроприемнику, т.е. аккумуляторные батареи постоянно работают в режиме разряда и подзаряда.

Это процесс контролируется специальным контроллером. При циклическом заряде требуется постоянное напряжение или постоянный ток заряда.

При хорошей освещенности аккумуляторная батарея быстро заряжается до 90% своей номинальной емкости, а затем с меньшей скоростью заряда до полной емкости. Переключение на меньшую скорость заряда производится контроллером зарядного устройства.

Наиболее эффективно использование специальных аккумуляторов – гелевых (в батарее в качестве электролита применяется серная кислота) и свинцовыех батарей, которые сделанны по AGM-технологии. Этим батареям не нужны специальные условия для установки и не требуется обслуживание. Паспортный срок службы таких батарей – 10 — 12 лет при глубине разряда не более 20%. Аккумуляторные батареи никогда не должны разряжаться ниже этого значения, иначе их срок службы резко сокращается!

Аккумулятор подсоединяется к солнечной батарее через контроллер, который контролирует ее заряд. При заряде батареи на полную мощность к солнечной батареи подключается резистор, который поглощает избыточную мощность.

Для того чтобы преобразовать постоянное напряжение от аккумуляторной батареи в переменное напряжение, которой можно использовать для питания большинства электроприемников совместно с солнечной батарей можно использовать специальные устройства – инверторы.

Без использования инвертора от солнечной батареи можно питать электроприемники, работающие на постоянном напряжении, в т.ч. различную портативную технику, энергосберегающие источники света, например, те же светодиодные лампы.

Источники

http://www.sun-battery.biz/stat/princip_raboty_i_ustrijstvo_solnechnoj_batarei. php
http://pue8.ru/sistemy-elektrosnabzheniya/498-printsip-raboty-solnechnoj-batarei.html
http://teplo.guru/eko/solnechnaya-batareya-printsip-deystviya.html
http://altshop.in.ua/blog/printsip-raboty-solnechnyh-batarej
http://www.helios-house.ru/ustrojstvo-sb.html
http://alipso.ru/kak-rabotayet-solnechnaya-batareya
http://mbhn.ru/solnechnye-batarei
http://electricadom.com/princip-dejjstviya-solnechnykh-batarejj.html
http://akbinfo.ru/alternativa/princip-raboty-solnechnoj-batarei.html
http://www.termico-solar.com/printsip-raboty-solnechnoj-batarei/
http://recyclemag.ru/article/kak-ustroeny-i-rabotajut-solnechnye-batarei

Как работает солнечная энергия? | Министерство энергетики

Перейти к основному содержанию

Количество солнечного света, падающего на поверхность земли за полтора часа, достаточно, чтобы справиться с потреблением энергии во всем мире в течение всего года. Солнечные технологии преобразуют солнечный свет в электрическую энергию либо с помощью фотоэлектрических (PV) панелей, либо с помощью зеркал, концентрирующих солнечное излучение. Эта энергия может быть использована для выработки электроэнергии или сохранена в батареях или тепловых накопителях.

Ниже вы можете найти ресурсы и информацию об основах солнечного излучения, фотоэлектрических и концентрирующих солнечно-тепловых технологиях, интеграции систем электросетей и неаппаратных аспектах (мягких затратах) солнечной энергии. Вы также можете узнать больше о том, как использовать солнечную энергию и отрасль солнечной энергетики. Кроме того, вы можете глубже погрузиться в солнечную энергию и узнать, как Управление технологий солнечной энергии Министерства энергетики США проводит инновационные исследования и разработки в этих областях.

Солнечная энергия 101

Солнечное излучение — это свет, также известный как электромагнитное излучение, испускаемый солнцем. В то время как каждое место на Земле получает некоторое количество солнечного света в течение года, количество солнечной радиации, достигающей любой точки на поверхности Земли, варьируется. Солнечные технологии улавливают это излучение и превращают его в полезные формы энергии.

Основы солнечного излучения

Учить больше

Существует два основных типа технологий использования солнечной энергии: фотоэлектрические (PV) и концентрированная солнечно-тепловая энергия (CSP).

Основы фотоэлектричества

Вы, вероятно, больше всего знакомы с фотоэлектрическими элементами, которые используются в солнечных панелях. Когда солнце светит на солнечную панель, энергия солнечного света поглощается фотоэлементами в панели. Эта энергия создает электрические заряды, которые движутся в ответ на внутреннее электрическое поле в клетке, заставляя течь электричество.

Основы солнечной фотоэлектрической технологии Узнать больше

Основы проектирования солнечной фотоэлектрической системы Узнать больше

PV Cells 101: Учебник по солнечной фотоэлектрической ячейке Узнать больше

Солнечная производительность и эффективность Узнать больше

Основы концентрации солнечной и тепловой энергии

Системы концентрации солнечной тепловой энергии (CSP) используют зеркала для отражения и концентрации солнечного света на приемниках, которые собирают солнечную энергию и преобразуют ее в тепло, которое затем можно использовать для производить электроэнергию или хранить для последующего использования. Он используется в основном на очень больших электростанциях.

Основы концентрации солнечной и тепловой энергии Узнать больше

Система накопления тепла, концентрирующая солнечную и тепловую энергию. Основы Узнать больше

Система Power Tower, концентрирующая солнечную и тепловую энергию. Основы Узнать больше

Линейная концентраторная система, концентрирующая солнечную и тепловую энергию. Основы Узнать больше

Основы системной интеграции

Технология использования солнечной энергии не ограничивается выработкой электроэнергии с помощью фотоэлектрических систем или систем CSP. Эти системы солнечной энергии должны быть интегрированы в дома, предприятия и существующие электрические сети с различными сочетаниями традиционных и других возобновляемых источников энергии.

Основы интеграции солнечных систем Узнать больше

Солнечная интеграция: распределенные энергетические ресурсы и микросети Узнать больше

Солнечная интеграция: инверторы и основы сетевых услуг Узнать больше

Солнечная интеграция: основы солнечной энергии и хранения Узнать больше

Основы мягких затрат

На стоимость солнечной энергии также влияет ряд не связанных с оборудованием затрат, известных как мягкие затраты. Эти расходы включают в себя получение разрешений, финансирование и установку солнечных батарей, а также расходы, которые несут солнечные компании, чтобы привлечь новых клиентов, оплатить поставщикам и покрыть свою прибыль. Для систем солнечной энергии на крыше мягкие расходы составляют наибольшую долю общих затрат.

Основы расходов Solar Soft Узнать больше

Основы общественной солнечной энергетики Узнать больше

Соедините точки: инновации в жилищной солнечной энергии Узнать больше

Развитие солнечной рабочей силы Узнать больше

Going Solar Basics

Солнечная энергия может помочь снизить стоимость электроэнергии, внести свой вклад в отказоустойчивую электрическую сеть, создать рабочие места и стимулировать экономический рост, генерировать резервное электроснабжение в ночное время и при отключении электроэнергии в сочетании с хранилища и работают с одинаковой эффективностью как в малых, так и в больших масштабах.

Основы общественной солнечной энергетики Узнать больше

Руководство фермера по переходу на солнечную энергию Узнать больше

Руководство домовладельца по переходу на солнечную энергию Узнать больше

Потенциал солнечной крыши Узнать больше

Основы солнечной энергетики

Солнечные энергетические системы бывают разных форм и размеров. Жилые системы находятся на крышах по всей территории Соединенных Штатов, и предприятия также предпочитают устанавливать солнечные батареи. Коммунальные предприятия также строят большие солнечные электростанции, чтобы обеспечить энергией всех потребителей, подключенных к сети.

Ежеквартальное обновление солнечной промышленности Узнать больше

Ресурсы солнечной энергии для соискателей Узнать больше

Анализ затрат на солнечную технологию Узнать больше

историй успеха Узнайте больше

Погрузитесь глубже

Узнайте больше об инновационных исследованиях, которые Управление технологий солнечной энергии проводит в этих областях.

Фотогальваника

Концентрация солнечной и тепловой энергии

Системная интеграция

Мягкие расходы

Производство и конкурентоспособность

База данных исследований солнечной энергии

В дополнение к этой основной информации о солнечной энергии вы можете найти больше информационных ресурсов солнечной энергии здесь.

солнечных батарей | Определение, принцип работы и разработка

схема структуры солнечного элемента

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:

Роджер Энджел

Похожие темы:

тонкопленочный солнечный элемент верхний соединительный слой солнечная панель абсорбирующий слой просветляющий слой

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

солнечный элемент , также называемый фотогальваническим элементом , любое устройство, которое напрямую преобразует энергию света в электрическую энергию посредством фотогальванического эффекта. Подавляющее большинство солнечных элементов изготавливается из кремния — с повышением эффективности и снижением стоимости, поскольку материалы варьируются от аморфных (некристаллических) до поликристаллических и кристаллических (монокристаллических) форм кремния. В отличие от батарей или топливных элементов, солнечные элементы не используют химические реакции и не требуют топлива для производства электроэнергии, и, в отличие от электрических генераторов, они не имеют движущихся частей.

Солнечные элементы можно объединять в большие группы, называемые массивами. Эти массивы, состоящие из многих тысяч отдельных ячеек, могут функционировать как центральные электростанции, преобразовывая солнечный свет в электрическую энергию для распределения среди промышленных, коммерческих и бытовых пользователей. Солнечные элементы в гораздо меньших конфигурациях, обычно называемые панелями солнечных элементов или просто солнечными панелями, были установлены домовладельцами на крышах, чтобы заменить или увеличить их обычное электроснабжение. Панели солнечных батарей также используются для обеспечения электроэнергией во многих отдаленных наземных районах, где обычные источники электроэнергии либо недоступны, либо слишком дороги в установке. Поскольку у них нет движущихся частей, которые могли бы нуждаться в обслуживании, или топлива, которое требовало бы пополнения, солнечные элементы обеспечивают питание для большинства космических установок, от спутников связи и метеорологических спутников до космических станций. (Однако солнечной энергии недостаточно для космических зондов, отправленных к внешним планетам Солнечной системы или в межзвездное пространство, из-за распространения лучистой энергии на расстоянии от Солнца.) Солнечные элементы также использовались в потребительских товарах, таких как электронные игрушки, портативные калькуляторы и портативные радиоприемники. Солнечные элементы, используемые в устройствах такого типа, могут использовать искусственный свет (например, от ламп накаливания и люминесцентных ламп), а также солнечный свет.

Узнайте, как сделать солнечные элементы более эффективными, действенными и доступными

Посмотреть все видео к этой статье

Хотя общее производство фотоэлектрической энергии ничтожно мало, оно, вероятно, будет увеличиваться по мере сокращения запасов ископаемого топлива. Фактически, расчеты, основанные на прогнозируемом мировом потреблении энергии к 2030 году, показывают, что глобальные потребности в энергии будут удовлетворяться за счет солнечных панелей, работающих с эффективностью 20 процентов и покрывающих лишь около 496 805 квадратных километров (191 817 квадратных миль) поверхности Земли. Потребность в материалах будет огромной, но выполнимой, поскольку кремний является вторым наиболее распространенным элементом в земной коре. Эти факторы побудили сторонников солнечной энергетики представить себе будущую «солнечную экономику», в которой практически все потребности человечества в энергии удовлетворяются за счет дешевого, чистого, возобновляемого солнечного света.

Солнечные элементы, используемые в центральной электростанции, спутнике или калькуляторе, имеют одинаковую базовую структуру. Свет попадает в устройство через оптическое покрытие или просветляющий слой, который сводит к минимуму потери света при отражении; он эффективно улавливает свет, падающий на солнечный элемент, способствуя его передаче нижележащим слоям преобразования энергии. Антиотражающий слой обычно представляет собой оксид кремния, тантала или титана, который формируется на поверхности ячейки методом центрифугирования или методом вакуумного осаждения.

Три слоя преобразования энергии, расположенные ниже просветляющего слоя, — это верхний соединительный слой, поглощающий слой, составляющий ядро ​​устройства, и задний соединительный слой. Два дополнительных электрических контактных слоя необходимы для передачи электрического тока на внешнюю нагрузку и обратно в ячейку, таким образом замыкая электрическую цепь. Слой электрического контакта на лицевой стороне ячейки, куда проникает свет, обычно представляет собой некоторую сетку и состоит из хорошего проводника, такого как металл. Поскольку металл блокирует свет, линии сетки настолько тонкие и широко расставлены, насколько это возможно без ухудшения сбора тока, производимого ячейкой. Задний электрический контактный слой не имеет таких диаметрально противоположных ограничений. Он должен просто функционировать как электрический контакт и, таким образом, покрывать всю заднюю поверхность клеточной структуры. Поскольку задний слой также должен быть очень хорошим электрическим проводником, он всегда изготавливается из металла.

Поскольку большая часть энергии солнечного и искусственного света находится в видимом диапазоне электромагнитного излучения, поглотитель солнечного элемента должен эффективно поглощать излучение на этих длинах волн. Материалы, сильно поглощающие видимое излучение, относятся к классу веществ, известных как полупроводники. Полупроводники толщиной около одной сотой сантиметра или меньше могут поглощать весь падающий видимый свет; поскольку формирующий переход и контактный слои намного тоньше, толщина солнечного элемента практически равна толщине поглотителя. Примеры полупроводниковых материалов, используемых в солнечных элементах, включают кремний, арсенид галлия, фосфид индия и селенид меди-индия.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Когда свет падает на солнечный элемент, электроны в поглощающем слое возбуждаются из низкоэнергетического «основного состояния», в котором они связаны с определенными атомами в твердом теле, в более высокое «возбужденное состояние», в котором которые они могут перемещать через твердое тело. В отсутствие слоев, образующих переход, эти «свободные» электроны находятся в хаотическом движении, поэтому не может быть направленного постоянного тока. Однако добавление слоев, образующих переход, индуцирует встроенное электрическое поле, которое создает фотоэлектрический эффект. По сути, электрическое поле вызывает коллективное движение электронов, которые текут мимо электрических контактных слоев во внешнюю цепь, где они могут выполнять полезную работу.

Материалы, используемые для двух слоев, образующих соединение, должны отличаться от материалов поглотителя, чтобы создавать встроенное электрическое поле и проводить электрический ток. Следовательно, это могут быть разные полупроводники (или один и тот же полупроводник с разными типами проводимости), а могут быть металл и полупроводник. Материалы, используемые для создания различных слоев солнечных элементов, в основном те же, что и для производства диодов и транзисторов твердотельной электроники и микроэлектроники (9).0183 см. также электроника: оптоэлектроника). Солнечные элементы и микроэлектронные устройства используют одну и ту же базовую технологию. Однако при производстве солнечных элементов стремятся создать устройство с большой площадью, поскольку производимая мощность пропорциональна освещаемой площади. В микроэлектронике цель, конечно, состоит в том, чтобы создавать электронные компоненты все меньших размеров, чтобы увеличить их плотность и скорость работы в полупроводниковых чипах или интегральных схемах.

Фотогальванический процесс имеет некоторое сходство с фотосинтезом — процессом, посредством которого энергия света в растениях преобразуется в химическую энергию. Поскольку солнечные элементы, очевидно, не могут производить электроэнергию в темноте, часть энергии, которую они вырабатывают при освещении, во многих приложениях сохраняется для использования, когда свет недоступен. Одним из распространенных способов хранения этой электрической энергии является зарядка электрохимических аккумуляторных батарей. Эта последовательность преобразования энергии света в энергию возбужденных электронов, а затем в накопленную химическую энергию поразительно похожа на процесс фотосинтеза.

Принцип работы солнечной панели — руководство по электротехнике

Привет, друзья, в этой статье я собираюсь обсудить принцип работы солнечной панели и надеюсь, что вам понравятся мои усилия.
 
В солнечной фотоэлектрической системе солнечная энергия напрямую преобразуется в электрическую. Это делает систему гораздо более удобной и компактной по сравнению с тепловыми методами преобразования солнечной энергии.
 
Технология солнечных батарей является самой быстроразвивающейся технологией производства электроэнергии в мире. Это связано с тем, что становятся доступными солнечные элементы с эффективностью преобразования более 40%.

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

• Фотоны солнечного света попадают на солнечный элемент и поглощаются полупроводниковым материалом.
• Отрицательно заряженные электроны отрываются от своих атомов и начинают течь в том же направлении, создавая электрический ток.
• Типичный кремниевый солнечный элемент может выдавать до 0,5 В и ток до 6 А. Таким образом, его максимальная мощность составляет 3 Вт.

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

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

Блокировочные диоды

Массивы SPV подключаются к аккумулятору. В солнечные часы панели вырабатывают электричество, которое заряжает аккумулятор. Но когда нет солнечного света или ночью ток будет пытаться течь в обратном направлении, то есть от батареи к массивам. Это может повредить массивы. Поэтому, чтобы избежать этого обратного потока тока, используются блокировочные диоды.

Регулятор напряжения

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

Инвертор

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

Аккумуляторы

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

Контроллеры батарей

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

Типы солнечной фотоэлектрической системы

В зависимости от способа использования могут быть две конфигурации:

• Автономная система
• Система, подключенная к сети

Автономная система

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

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