Принцип работы солнечной батареи: Как работают солнечные батареи — Naked Science

Принцип работы солнечной батареи

Прежде, чем перейти к объяснению основных принципов получения электричества с помощью солнечных батарей, давайте кратко рассмотрим, что же такое электричество.

Все вещества во вселенной состоят из атомов, в состав которых входят протоны, нейтроны и электроны. В центре атома – ядро, состоящее из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов.

Ядро окружено отрицательно заряженными электронами, заряд которых равен заряду протонов, но противоположен ему по знаку. Количество совпадает с количеством протонов в ядре.

Равное соотношение противоположно заряженных частиц в ядре делает атом нейтральным и стабильным.

Когда на атом воздействует внешняя сила, равновесие между протонами и электронами нарушается. Эта внешняя сила вызывает потерю или присоединение электронов. Когда атом теряет электрон, он может свободно перемещаться. Именно это перемещение и называют электрическим током.

Что такое солнечное электричество?

Это образование свободных электронов при падении лучей солнца на поверхность полупроводникового материала, например, кремния.

Можно сказать, что это процесс преобразования энергии солнца в электрическую.

Как работает батарея? Полупроводники, такие как кремний, имеют свойство пропускать через себя электроток, когда на него попадают лучи солнца. Этот процесс также называют «фотоэлектрическим эффектом».

Когда фотоны (частицы, составляющие излучение солнца и имеющие определенную энергию) достигают поверхности полупроводника, его ячейки поглощают энергию фотона, которая переходит к электронам и заставляет их уходить со своих орбит, вызывая электрический ток — этот принцип лежит в основе солнечного электричества.

Множество полупроводниковых ячеек спаиваются между собой и заключаются в закаленное, хорошо пропускающее свет стекло. Это и есть солнечная батарея.

Солнечная панель – ключевой элемент электростанции, производящий электричество из света. Можно соединить любое количество батарей, чтобы получить желаемое количество электричества. Их можно установить в любом месте, благодаря чему мы имеем мобильный источник энергии.

Электрический ток, вырабатываемый солнечной панелью – это постоянный ток, однако большая часть устройств в доме потребляет переменный ток. Именно поэтому требуется устройство, которое преобразовывает постоянный в переменный — инвертор.

С помощью системы из батарей и инвертора можно получить переменный ток подходящий для дома, чтобы пользоваться электроприборами, такими как вентилятор, освещение, телевизор, холодильник и т.д.

У солнечных панелей, в отличие от угля и углеводородного топлива, существует ряд значимых преимуществ:

  • экологичность
  • отсутствие вредных выбросов
  • бесшумная работа
  • практически не требуют обслуживания
  • срок службы 20-25 лет

Принцип работы солнечных коллекторов и батарей

Солнечные коллекторы – это инновационная технология, которая превращают солнечную энергию в тепло. Но как именно работает солнечная батарея?

Принцип работы солнечной батареи достаточно не простой. Ведь для работы солнечного коллектора необходима не только сама панель, но и ряд вспомогательных устройств, которые берут участие в работе коллектора.

Принцип работы солнечного коллектора зависит от его составляющих. Система состоит из непосредственно солнечного коллектора, теплообменного контура и аккумулятора тепла (бака с водой). За что отвечает каждый элемент системы?

  • Принцип работы коллектора прост. По нему происходит циркуляция теплоносителя (жидкости). В нем теплоноситель нагревается от солнечной энергии.
  • В аккумуляторе тепла (баке) нагретая вода до того, как ее используют, например на отопление дома солнечными коллекторами.
  • Теплообменник контура необходим для передачи тепла от коллектора в бак.

    • Принцип солнечной батареирассмотрим более подробно. Через плоский солнечный коллектор постоянно проходит теплоноситель (жидкость – чаще всего применяется раствор пропилен гликоля с водой). Теплоноситель нагревается в солнечной батареи благодаря энергии солнца и далее отдает тепловую энергию воде через теплообменник, который находится в баке-аккумуляторе.

    Далее в баке-аккумуляторе горячая вода находится до момента, когда она понадобится. Из-за этого принципа работы, бак должен иметь хорошие изоляционные качества. В первом контуре, где находится солнечная батарея, применяется принудительная циркуляция теплоносителя, поэтому еще одной составляющей такого цикла является насос, или насосная станция.

    Иногда, в баке-аккумуляторе может быть установлен электрический нагреватель-дублер. Он обеспечивает принцип предостережения от возможного понижения температуры воды в баке-аккумуляторе. Такое может произойти из-за затяжной пасмурной погоды или например по причине нехватки солнечной энергии в зимний период. В таком случае, нагреватель-дублер автоматически включается и догревает воду солнечной батареи до заданной температуры. Более часто применяются баки0аккумуляторы бивалентного типа(бак с двумя теплообменниками). В таких случаях в нижний змеевик подключаются солнечные коллектора, а в верхний дополнительный источник тепла, например газовый или твердотопливный котел.

    Принцип солнечного коллектора достаточно прост, но в тоже время требует высокой степени внимания к деталям. Ведь если что-то не учесть, то возможно значительное снижение эффективности работы.

    Принцип действия солнечного коллектора немного отличается от типа коллектора. Например, у вакуумного солнечного коллектора и плоского солнечного коллектора есть небольшое отличие в принципе действия. Вакуумный солнечный коллектор имеет преимущества в эффективности работы по сравнению с плоским солнечным коллектором в межсезонье и зимой:

    • дело в том, что медная трубка в вакуумном коллекторе изолирована вакуумом со всех сторон, что обеспечивает минимальныетеплопотери. Это особенно чувствуетсяв зимний период;
    • принцип солнечной батареи вакуумного типа позволяет менять трубки по отдельности, при этом на работу остальных трубок поломка одной не влияет. В плоском солнечном коллекторе поломка одной трубки приведет к неисправности всего коллектора;
    • за счет круглой формы абсорбера, вакуумный солнечный коллектор, впитывает на много больше солнечного света, не отражая его. Плоские солнечные коллектора отражают большую часть света ранним утром и поздним вечером.

    Таким образом, мы можем сказать, что принцип действия солнечных батарей немного отличается в зависимости от типа и вида коллектора. Поэтому, внимательно подбирайте себе коллектор и лучше перед покупкой обратитесь к нашим специалистам по тел. 050 414-37-72, которые более детально смогут Вам подсказать и помочь в выборе.

    Принцип работы солнечных батарей

    Идея энергонезависимого дома весьма заманчива для любого домовладельца. Он имеет множество преимуществ, главное из которых — отсутствие влияния колебаний тарифов на коммунальные услуги. Кроме того, вы будете продвигать кампанию «зеленой энергии», которая в настоящее время рекомендуется как способ сохранения окружающей среды. К счастью, это достижимая мечта, учитывая стремительное развитие технологий хранения энергии. Все, что вам нужно, это набор солнечных панелей или источник солнечной энергии, а также резервный аккумулятор для удовлетворения ваших потребностей.

    Солнечные батареи — неотъемлемая часть этой установки, поскольку они обеспечивают непрерывную подачу электроэнергии в случае сбоя в электросети. В этой статье кажущаяся сложной работа этих устройств хранения данных будет разбита на несколько простых для понимания шагов. Обсуждение будет вращаться вокруг батареи, которая уже соединена с солнечной системой, а не с автономным хранилищем солнечной батареи.

    Питание солнечной энергией

    Когда солнечные лучи попадают на панели, видимый свет преобразуется в электрическую энергию. Электрический ток поступает в аккумулятор и сохраняется в виде постоянного тока. Стоит отметить, что существует два типа солнечных батарей: со связью по переменному току и со связью по постоянному току. Последний имеет встроенный инвертор, который может преобразовывать электрический ток в постоянный или переменный. Таким образом, солнечное электричество постоянного тока будет поступать от панелей к внешнему преобразователю мощности, который преобразует его в энергию переменного тока, которая может либо использоваться вашими бытовыми приборами, либо храниться в батарее переменного тока. В этом случае встроенный инвертор будет преобразовывать переменное электричество обратно в постоянное для хранения.

    Что касается системы со связью по постоянному току, батарея не имеет встроенного инвертора. Таким образом, электричество постоянного тока от солнечных панелей поступает в аккумулятор через контроллер заряда. В отличие от установки переменного тока, инвертор мощности в этой системе подключен только к домашней проводке. Таким образом, электричество от солнечных панелей или вашей аккумуляторной батареи преобразуется из постоянного тока в переменный перед тем, как поступить в вашу бытовую технику. Что определяет, сколько энергии хранится в аккумуляторе? Читай дальше, чтобы узнать больше.

    Процесс зарядки

    По мере того, как энергия поступает от солнечных батарей, электроснабжение вашего дома будет иметь приоритет. Таким образом, электричество напрямую питает ваши приборы, такие как холодильники, телевизоры и осветительные приборы. Часто этой энергии от солнечных батарей может быть больше, чем вам нужно. Например, в жаркий полдень вырабатывается много энергии, но ваш дом почти не использует ее. В таком сценарии происходит чистое измерение, при котором дополнительная энергия возвращается в сеть. Тем не менее, вы можете использовать это переполнение, чтобы зарядить свои батареи.

    Количество электроэнергии, хранящейся в аккумуляторе, зависит от скорости его зарядки. Если, например, ваш дом потребляет не слишком много энергии, то процесс зарядки будет быстрым. Также, если вы подключены к огромным панелям, то в ваш дом будет поступать много электроэнергии, а значит, батареи будут заряжаться гораздо быстрее. Как только ваша батарея будет полностью заряжена, контроллер заряда предотвратит ее перезарядку.

    Если вы активно ищете чистую, бесплатную энергию, но не имеете достаточно денег, чтобы инвестировать в солнечные панели, вам определенно следует подумать о покупке солнечного генератора. Солнечные генераторы используют солнечные батареи, улавливая солнечную энергию. Солнечная энергия хранится в тесте. Солнечный генератор состоит из четырех компонентов, включая солнечные панели, контроллер, инвертор и солнечную батарею.

    Солнечные генераторы не требуют топлива для работы — все, что вам нужно сделать, это настроить солнечную панель, и вы получите чистую, возобновляемую энергию. Поскольку солнечные генераторы не выделяют загрязняющих веществ, вы можете защитить здоровье своей семьи и защитить окружающую среду. Солнечные генераторы предпочтительнее традиционных генераторов, потому что они тихие, не требуют особого обслуживания и экономичны.

    Зачем вам солнечная батарея?

    Домовладельцы могут использовать солнечный калькулятор Plico Energy или любой аналогичный онлайн-инструмент, чтобы определить, сколько солнечной энергии им нужно. Но даже если у вас есть приблизительное представление о том, сколько солнечной энергии вам нужно для выполнения повседневных задач, все равно важно купить солнечную батарею. Вот несколько причин, по которым вам стоит инвестировать в солнечную батарею:

    1.

    Чтобы защитить вас от перебоев в подаче электроэнергии

    Если вы подключены к сети, всегда будет несколько моментов, когда система передачи дает сбой или отключается на техническое обслуживание. Как только это произойдет, система изолирует ваш дом от сети и активирует резервный источник. В этом случае батарея будет работать как резервный генератор.

    Наличие резервного питания от солнечных батарей может предотвратить неудобства, связанные с отключениями электроэнергии. Следовательно, вы можете продолжать использовать свою технику для работы по дому, развлечений, учебы или работы дома. Прежде всего, если у вас есть больной член семьи, нуждающийся в медицинском оборудовании, таком как кислородный баллон или респиратор, у вас не возникнет проблем с поиском генератора или резервного источника питания.

    2. Тарифные планы на время использования

    По этим тарифным планам вы будете платить в зависимости от количества потребляемой электроэнергии, а также времени, в течение которого вы ее использовали. TOU заявляет, что мощность, получаемая из сети ночью, более ценна, чем дополнительная энергия, вырабатываемая в течение дня. Таким образом, сохраняя дополнительную энергию и используя ее ночью, вы снизите общую стоимость электроэнергии в вашем доме.

    Правительства всего мира признают преимущества солнечных батарей. Настолько, что они предлагают домовладельцам скидки, чтобы помочь с первоначальными затратами на покупку солнечной батареи. Эти скидки на солнечные батареи становятся все более и более популярными и являются признаком огромных преимуществ, которые батареи предоставляют домовладельцам и всему миру. Скидки на солнечные батареи помогают продвигать внедрение систем солнечной энергии во многих странах.

    Заключительное слово

    С переходом мира на «зеленую энергию» солнечные панели постепенно заменяют традиционные источники электроэнергии. Солнечные батареи играют решающую роль в обеспечении надежного электроснабжения вашего дома. Аккумуляторы переменного тока имеют встроенный инвертор, который преобразует электрический ток в постоянный или переменный, в зависимости от направления.

    С другой стороны, батарея с парой постоянного тока не имеет этой функции. Однако обе батареи хранят электроэнергию в постоянном токе независимо от настройки. Скорость, с которой электричество накапливается в батареях, зависит от размера панелей и количества, используемого вашей бытовой техникой.

    Как работают солнечные батареи в вашем доме?

    Солнечные батареи являются неотъемлемой частью энергетической независимости дома. Здесь мы шаг за шагом рассмотрим, как именно работают солнечные батареи. В этом примере мы предположим, что батарея связана с солнечной системой, а не просто с отдельной батареей.

    Шаг 1: Солнечная энергия

    Процесс начинается с солнечной батареи на крыше, производящей электроэнергию. Солнечный свет попадает на панели, которые преобразуют видимый свет в электрический ток.

    Электричество постоянного тока, производимое солнечной системой, может затем либо преобразовываться в энергию переменного тока, либо сохраняться в виде энергии постоянного тока, в зависимости от того, использует ли система батарею переменного или постоянного тока. Подробнее об этом чуть позже.

    Шаг 2: Зарядка аккумулятора

    Дом будет иметь приоритет для солнечной энергии. Электричество, вырабатываемое панелями, будет напрямую питать главный электрический щит дома и питать все в доме, от телевизоров и ламп до кондиционирования воздуха и зарядки электромобилей.

    Часто солнечные системы могут производить больше энергии, чем нужно дому в данный момент. Представьте себе прекрасный весенний день, когда погода умеренная, поэтому дом не потребляет много электроэнергии, но панели производят много энергии. В таких условиях мощность солнечной системы может легко превысить потребности дома.

    Без батареи эта дополнительная энергия возвращалась бы обратно в сеть посредством процесса, известного как чистое измерение. По сути, эта дополнительная мощность «раскрутит счетчик в обратном направлении» и предоставит домовладельцу кредит счета, который поможет компенсировать мощность, потребляемую из сети, когда система не удовлетворяет все потребности дома (например, ночью).

    С батареей дополнительное электричество, вырабатываемое солнечной системой, поступает в батарею и заряжает ее, вместо того чтобы идти в сеть. Скорость зарядки батареи зависит от количества вырабатываемой дополнительной энергии, которая, в свою очередь, зависит от множества факторов, таких как размер солнечной системы и текущий спрос на электроэнергию в доме.

    Шаг 3: Зарядка постоянным током и переменным током

    Хотя дома питаются от переменного тока, всем батареям для зарядки требуется постоянный ток. Вот почему на кабеле вашего ноутбука есть такая большая коробка — он преобразует мощность переменного тока, поступающую от стены, в мощность постоянного тока для зарядки аккумулятора ноутбука.

    Если для зарядки всех аккумуляторов требуется питание постоянного тока, то что такое аккумулятор переменного тока?

    Аккумулятор переменного тока может принимать входящее питание переменного тока и использует встроенный инвертор для преобразования его в питание постоянного тока, которое затем заряжает аккумулятор. Когда батарея подает питание в дом, инвертор затем преобразует мощность постоянного тока, поступающую от аккумуляторной батареи, обратно в переменный ток, который затем подается в дом.

    Большинство современных солнечных батарей, включая Tesla Powerwall, представляют собой батареи переменного тока. Самым большим преимуществом аккумуляторов переменного тока является то, что их можно использовать с любой солнечной системой. К ним можно подключить любой солнечный инвертор, включая микроинверторы, поскольку они могут принимать переменный ток от любой системы. Это делает их очень гибкими и легко модернизируемыми для существующих солнечных систем.

    Напротив, батареи постоянного тока, такие как LG Chem, не имеют встроенного инвертора. В результате их необходимо заряжать напрямую от источника постоянного тока. Для этого требуется специальный инвертор, который может передавать энергию постоянного тока, вырабатываемую солнечными панелями, непосредственно в батарею, не преобразовывая ее сначала в переменный ток. Когда батарея нуждается в питании дома, мощность постоянного тока от источника питания подается на внешний солнечный инвертор, где она преобразуется в мощность переменного тока, которая затем питает дом.

    Самым большим преимуществом аккумуляторов постоянного тока является то, что они имеют более высокую эффективность в обоих направлениях. Каждый раз, когда электричество преобразуется из постоянного тока в переменный (или наоборот), примерно 5% мощности теряется в виде тепла. Следовательно, чем больше раз вы инвертируете мощность, тем больше общей энергии вы потеряете. В результате батареи постоянного тока более эффективны, чем батареи переменного тока, поскольку они не инвертируют мощность столько раз. Батареи постоянного тока также, как правило, дешевле, поскольку в них нет дополнительного инверторного оборудования.

    Шаг 4: Разрядка батареи

    Теперь, когда батарея была заряжена дополнительной солнечной энергией переменного или постоянного тока, эта сохраненная энергия может быть использована в доме позже.

    Есть две основные причины, по которым домовладелец хотел бы хранить дополнительную энергию для последующего использования.

    Первая причина, если в доме произошло отключение электроэнергии из сети. Как только произойдет отключение электроэнергии, резервный шлюз аккумуляторной системы изолирует дом от сети и активирует батарею, чтобы немедленно обеспечить питание цепей, к которым она была подключена. В этом отношении батарея будет работать как обычный генератор, за исключением того, что батареи намного лучше генераторов во всех важных отношениях.

    Вторая причина хранить энергию для последующего использования — это возможность воспользоваться тарифными планами на время использования (TOU) от коммунальных служб. Многие коммунальные компании переводят домовладельцев на тарифы TOU, потому что эти планы более точно отражают изменения оптовых цен на электроэнергию в течение дня. В Калифорнии домовладельцы крупных коммунальных предприятий, принадлежащих инвесторам (PGE, SCE, SDGE), обязаны переходить на тарифный план TOU при установке солнечных батарей.

    РубрикаРазное