Использование солнечной панели: 23 сферы применения солнечных батарей

Содержание

Как использовать солнечные панели

Популярность альтернативной энергетики, основанной на использовании возобновляемых источников, увеличивается с каждым годом. Мировой тренд на экологичность применяемых технологий задает курс многим отраслям науки и техники. Показатели годовой выработки солнечной энергии в мире уверенно растут, ежегодно наращивая 33-36%.

Для пользователя главным плюсом солнечной энергии является ее автономность. Устройства, подключенные к солнечной батарее, не зависят от центральных сетей и локальных поставщиков. К тому же за счет отсутствия движущихся механизмов и узлов работа таких устройств абсолютно бесшумная.

Принцип работы солнечной батареи

Поскольку на сегодняшний день нет технологии, которая могла бы применять электромагнитное излучение Солнца в чистом виде, то энергию, полученную таким путем, требуется преобразовывать в другой тип – электрический ток. Именно для этого и нужны солнечные батареи.

Панели состоят из фотоэлектрических ячеек, упакованных в общую рамку.

На кремниевую пластину наносят небольшое количество бора и фосфора. Полупроводниковый фотоэлемент включает два слоя, каждый из которых имеет разную проводимость. В верхнем слое кремния с добавками фосфора (так называемый n-слой) появляются свободные электроны, а в нижнем слое кремния с добавками бора (слой p-типа) образуются «дырки». Попадание света на солнечную батарею провоцирует перемещение частиц из одного слоя в другой. Таким образом, генерируется электрический ток и по каналам движется в аккумулятор.

Мощность батареи зависит от площади панелей. Особенность всей конструкции заключается в том, что при выходе из строя одного фотоэлемента, его можно легко заменить на другой, а оболочка из пластика или закаленного стекла накрывает всю конструкцию и не дает факторам окружающей среды нарушить работоспособность системы. Важно сохранять в чистоте поверхность, так как грязь и пыль препятствуют прохождению солнечных лучей. Обязательным требованием также является равномерность освещения панелей солнцем. Если окружающие деревья и здания перекрывают доступ к солнечному свету или даже создают частичное затемнение на некоторых панелях, производительность системы неуклонно падает.

Эффективность солнечных панелей зависит еще и от температуры воздуха. Чем ниже температура, тем лучше. Кроме того угол падения лучей играет немаловажную роль. Если цель обеспечить максимальную энергию, то предпочтительно выбрать прямой угол.

Контроллеры

Чтобы использование энергии солнца было максимально эффективным, рекомендуется применять контроллер заряда для солнечных батарей. Он автоматически подбирает оптимальный режим работы, что в конечном итоге повышает производительность. Существует несколько видов контроллеров:

простые;
ШИМ;
mppt.

Простые контроллеры практически вышли из употребления, поскольку их срок службы крайне мал. Их главная функция – отключить батарею в том случае, когда будет достигнута заданная величина напряжения, и подключить вновь при снижении напряжения.

Применение контроллеров на основе широтно-импульсной модуляции (ШИМ) тока заряда является более современным решением. Эта технология позволяет использовать заряд на 100% и препятствует нагреванию аккумулятора. Главная цель: поддерживать постоянное напряжение.

Однако самой продвинутой на сегодняшний день можно назвать технологию на основе динамического алгоритма. Для того чтобы человек смог получать максимальное количество энергии от солнца, в панель встраивают специальный контроллер заряда mppt. Он сканирует систему и находит так называемую точку максимальной мощности (ТММ). Такие контроллеры особенно актуальны при мощности модулей от 200 Вт и в том случае, если напряжение нестандартное.

Каждый элемент системы должен быть подобран со знанием дела, чтобы функционирование ее было эффективным, бесперебойным и комфортным для человека.

Широкое применение системы солнечного энергоснабжения в бытовых целях позволяет сделать уверенный шаг в будущее. Это возможность сократить выбросы в атмосферу, но при этом оставить за человеком право пользоваться привычными благами цивилизации.

Солнечные батареи. Виды и устройство. Работа и применение

На долю солнечной энергии приходится около одного процента всех мощностей, получаемых традиционными и нетрадиционными способами. Добиться этого удается за счет повсеместного использования специальных чувствительных приемников излучения. Солнечные батареи в виде панелей из полупроводниковых фотоэлементов позволяют трансформировать и накапливать экологически чистую и дешевую энергию. Совершенствованию этой технологии способствует постоянно растущие тарифы на электроэнергию, получаемую традиционными способами и слишком дорого обходящуюся потребителю.

Солнечные батареи – хорошая альтернатива традиционным источникам, отличающаяся простотой устройства. Типовая гелиосистема состоит из следующих основных частей:

Контроллер.
Батарея.
Инвертор.
Коллектор.
Электрооборудование.

Самый важный компонент системы коллектор (солнечные панели) воспринимает излучение Солнца и преобразует его в постоянный электрический ток. На основе таких панелей собираются рабочие модули, объединенные в солнечные коллекторы определенной мощности.

Встроенный в систему контроллер необходим для управления процессом накопления электрической энергии в аккумуляторах, ток зарядки которых поддерживается на фиксированном уровне. Инверторное электронное устройство позволяет получить из постоянного напряжения необходимые для работы оборудования переменные 220 В.

Принцип работы такой системы очень прост. При попадании на фотоэлементы солнечных лучей по ним начинает протекать электрический ток, который через контроллер поступает в цепь зарядки аккумулятора. Полностью зараженная батарея передает накопленный заряд на инверторное устройство, преобразующее постоянное напряжение в переменные 220 В.

Требования к конструкции системы

Солнечные батареи способны генерировать дешевую электрическую энергию лишь при выполнении ряда основных требований, предъявляемых к конструкции:

Суммарная площадь коллектора, изготовленного из фотоэлементов, должна быть достаточно большой.
На питание контроллера и инверторного устройства расходуется энергия, забираемая от того же аккумулятора.
Зарядки батарей должно быть достаточной для того, чтобы система продолжала функционировать некоторое время в пасмурную погоду.

При разработке таких систем учитывается необходимость в резервном аккумуляторе, подзаряжаемом от местной электросети. Потребность в нем объясняется тем, что если солнечные батареи разрядятся, то контроллер и инвертор не смогут нормально работать.

Разновидности солнечных батарей

Солнечные элементы различаются по своей конструкции, размерам коллекторных сборок и максимальной мощности. По используемому для их изготовления материалу эти изделия делятся на кремниевые и пленочные. Первые традиционно применяются в солнечных коллекторах, устанавливаемых в частных хозяйствах и на других объектах. Они подразделяются на поликристаллические, монокристаллические и аморфные.

Особого внимания заслуживают пленочные.

При их производстве используются следующие полупроводниковые элементы:

Кадмий.
Материалы с аббревиатурой «CIGS».
Индий.

Кадмиевые пленки использовались в самых первых образцах солнечных батарей в космических целях. (70-е годы двадцатого века). Сегодня они в основном применяются при изготовлении солнечных элементов бытового и промышленного назначения. Модули из полупроводникового материала «CIGS» изготавливаются на основе двух компонентов (селенида меди и индия).

Классификация по размерам

Согласно этой характеристике пленочные панели условно делятся на крупногабаритные, средних размеров и компактные или мобильные. Этот показатель нормируется соответствующими стандартами и принимает ряд фиксированных значений.

Крупногабаритные изделия применяются в установках промышленного назначения или в бытовых гелиосистемах большой мощности. Для небольших частных хозяйств подойдут солнечные панели меньших габаритов, а компактные устройства удобны тем, что их можно переносить с одного места на другое.

Мобильные модули могут иметь несколько исполнений:

Низкой мощности.
Гибкие.
Закрепленные на подложке.
Универсальные.

Мощности первых хватает лишь для подзарядки мобильных телефонов, а вторые легко сворачиваются в рулон и переносятся в таком виде. Они пользуются большим спросом у туристов и у людей, предпочитающих активный отдых.

Закрепленные на подложке солнечные батареи имеют значительный вес (7-10 кг) и позволяют получать большее количество энергии. Они разработаны для любителей путешествий и дальних поездок, но могут использоваться и для автономной работы в частном хозяйстве или при организации электроснабжения небольшого загородного домика. Универсальные пленки, также подходящие для любителей туризма, оснащаются несколькими переходниками. При весе всего лишь 1,5 кг они позволяют заряжать на природе сразу несколько мобильных телефонов.

Показатель мощности

Мощность солнечной батареи – ее способность обеспечивать заданную величину тока в нагрузке в единицу времени. Эта величина определяется по ее максимальному значению, индивидуальному для каждого вида изделия. При нахождении точного значения исходят из введенной для этого типа преобразователей константы (солнечной постоянной), равной 1 кВт на 1 м².

Она измеряется в определенных климатических условиях (в солнечный день с температурой воздуха 25°C) при строго вертикальном падении лучей. Из-за низкого КПД солнечных гелиосистем (его среднее значение составляет не более 24%) максимальная мощность в расчете на 1 м² не может превышать 0,24 кВт. Этот показатель определяется в идеальных условиях, создаваемых за счет коррекции положения воспринимающих поверхностей по отношению к Солнцу.

В реальной обстановке потребуется учитывать целый ряд факторов, включая погоду, климатические условия в данной местности и время года. При расчете показателя мощности также придется вводить поправки на продолжительность светлого времени суток в данном месте.

Преимущества и недостатки солнечных батарей

К преимуществам преобразователей солнечной энергии относят:

Относительно высокий КПД (от 14 до 30%), если сравнивать их с другими видами альтернативных источников энергии.
Абсолютная экологичность, которой в современных условиях уделяется особое внимание.
Экономичность эксплуатации и простота обслуживания гелиосистем.
Универсальность, надежность и долговечность.
Быстрая окупаемость вложений.

Экономичность солнечных батарей проявляется в том, что в южных регионах страны они могут использоваться для горячего водоснабжения. Это позволяет сэкономить до 60% тепловой энергии в течение года. Солнечные батареи могут быть востребованы не только в частном хозяйстве.

Их допускается эксплуатировать на самых различных объектах, включая промышленные предприятия, а также учебные и медицинские учреждения. В заводских условиях они применяются в качестве технологических источников теплой воды в летнее время. Зимой их можно использовать для централизованного отопления помещений и вспомогательных построек.

Такие системы окупаются в течение нескольких лет, что позволяет их владельцу сэкономить значительные суммы. С учетом существующих тарифов на электроэнергию и дизельное топливо можно утверждать, что сроки окупаемости гелиосистем составят 3-4 года. Эти цифры справедливы для частных хозяйств с проживающей в них семьей из 5-7 человек. При замене гелиосистемами газовых источников энергии окупаемость составит около 8-10 лет.

Несмотря на перечисленные положительные качества, солнечные батареи не лишены недостатков. К минусам этих систем относят низкий КПД (если сравнивать с традиционными источниками энергии) и допустимость использования только в регионах со значительным количеством солнечных дней.

Особенности конструкции и электропитания элементов гелиосистем

Получить необходимую токовую отдачу от солнечных панелей удается при условии, если количество фотоэлементов в модуле как минимум составляет от 36 до 72 штук. Возможны варианты исполнения с вдвое увеличенным числом фоточувствительных элементов (от 72 до 144 штук). К недостаткам последних относят сложность транспортировки и снижение надежность всей системы.

Солнечные батареи с входящими в их состав контроллером и инверторным устройством рассчитаны на питающие напряжения, которые выбираются из стандартного ряда значений: 12, 24 или 48 В. При подборе подходящей конструкции предпочтение отдается последнему показателю, позволяющему получать меньший ток в нагрузке и использовать соединительные проводники с небольшим сечением.

С другой стороны, при меньших напряжениях (12 В, например) проще подобрать и заменить в случае необходимости вышедшие из строя аккумуляторы. При выборе системы с питанием 24 Вольта возникают сложности с полной заменой сразу двух аккумуляторов. А в случае обновления 48-вольтового электропитания необходима замена сразу 4-х АКБ. Для комплекса из солнечных батарей потребуются аккумуляторы особой марки, выпускаемые с пометкой «Solar» и подбираемые из одной партии.

Солнечная панель — Энергетическое образование

Энергетическое образование

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ИНДЕКС

Поиск

Рис. 1. Солнечная панель, состоящая из множества фотогальванических элементов. ^[1]

Солнечная панель или солнечный модуль является одним из компонентов фотоэлектрической системы. Они состоят из ряда фотогальванических элементов, объединенных в панель. Они бывают различных прямоугольных форм и устанавливаются в комбинации для выработки электроэнергии. ^[2] Солнечные панели, иногда также называемые фотоэлектрическими элементами собирают энергию Солнца в виде солнечного света и преобразуют ее в электричество, которое можно использовать для питания домов или предприятий. Эти панели могут использоваться для дополнения электричества здания или для обеспечения электроэнергией удаленных мест.

Помимо использования в жилых и коммерческих целях, существует крупномасштабное промышленное или коммунальное использование солнечной энергии. В этом случае тысячи или даже миллионы солнечных панелей объединяются в обширную солнечную батарею или солнечную ферму, которая обеспечивает электроэнергией большое городское население.

Из чего сделаны солнечные батареи?

Основным компонентом любой солнечной батареи является солнечный элемент. В частности, несколько солнечных элементов используются для создания одной солнечной панели. Эти ячейки являются частью устройства, которое преобразует солнечный свет в электричество. Большинство солнечных панелей изготавливаются из кристаллических солнечных элементов кремниевого типа. ^[2] Эти элементы состоят из слоев кремния, фосфора и бора (хотя существует несколько различных типов фотоэлектрических элементов). ^[3] После создания эти ячейки размещаются в виде сетки. Количество используемых ячеек во многом зависит от размера создаваемой панели, поскольку существует множество различных вариантов размеров. ^[2]

После размещения ячеек сама панель герметизируется для защиты ячеек внутри и закрывается неотражающим стеклом. Это стекло защищает солнечные элементы от повреждений и является неотражающим, чтобы солнечные лучи по-прежнему попадали на элементы. ^[2] После герметизации эта панель помещается в жесткую металлическую раму. Эта рама предназначена для предотвращения деформации и имеет дренажное отверстие для предотвращения скопления воды на панели, поскольку скопление воды может снизить эффективность панели. Кроме того, задняя часть панели также герметизирована для предотвращения повреждений. ^[2]

Как работают солнечные панели

Основная статья

Солнечные панели используются для установки ряда солнечных элементов, чтобы их уникальные свойства можно было использовать для выработки электроэнергии. Отдельные клетки поглощают фотоны Солнца, что приводит к выработке электрического тока в клетке благодаря явлению, известному как фотогальванический эффект.

[3] Инвертор используется для преобразования постоянного тока, генерируемого солнечной панелью, в переменный ток. В сочетании эти две технологии создают фотоэлектрическую систему. ^[3] При установке солнечной панели выбирается правильная ориентация, чтобы солнечная панель была обращена в направлении, наиболее подходящем для конкретного применения.

Чаще всего это делается для получения максимальной годовой энергии, но не всегда.

Для дополнительной информации

Для получения дополнительной информации см. соответствующие страницы ниже:

Солнечная энергия
Поток энергии в экосистемах
Ориентация солнечной панели
Солнечная тепловая электростанция
или исследуйте случайную страницу!

Ссылки

↑ «20110504-RD-LSC-0621 — Flickr — USDAgov» Министерства сельского хозяйства США. Лицензия CC BY 2.0 через Wikimedia Commons — http://commons.wikimedia.org/wiki/File:20110504-RD-LSC-0621_-_Flickr_-_USDAgov.jpg#/media/File:20110504-RD-LSC-0621_- _Flickr_-_USDAgov.jpg

↑ ^2.0 ^2.1 ^2.2 ^2.3 ^2.4 Солнечные факты и советы. (21 августа 2015 г.). Что такое солнечная панель? [Онлайн]. Доступно: http://www.solar-facts-and-advice.com/what-are-solar-panels.html
↑ ^{3. 0} ^3.1 ^3.2 Мистер Солар. (21 августа 2015 г.). Что такое солнечная панель? [Онлайн]. Доступно: http://www.mrsolar.com/what-is-a-solar-panel/

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 солнечной энергетики — фотоэлектрические (PV) и концентрированная солнечно-тепловая энергия (CSP).

Основы фотогальваники

Вы, вероятно, лучше 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

В системах концентрации солнечной тепловой энергии (CSP) используются 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

Система линейных концентраторов Концентрация солнечной и тепловой энергии 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: основы инверторов и 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.

Solar Soft Основы затрат 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 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 стоимости солнечной технологии Узнать больше

истории успеха Узнайте больше

Погрузитесь глубже

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

РубрикаПол