Принцип работы солнечных панелей: Как работают солнечные батареи — Naked Science

Принцип работы солнечной батареи — как работает гелиобатарея ,виды, плюсы и минусы

Здесь вы узнаете:

• Принцип работы солнечных батарей
• Внутреннее устройство гелиобатареи
• Виды солнечных батарей
• Сфера применения солнечной энергии
• Преимущества солнечных батарей
• Недостатки солнечных батарей
• Отопление солнечной энергией домов

Принцип работы солнечной батареи основан на фотоэлектрическом эффекте. Солнечный свет, попадая на кремниевый полупроводник, преобразуется в электрический ток. Затем он накапливается в аккумуляторах и используется для бытовых нужд.

Солнечные батареи считаются очень эффективным и экологически чистым источником электроэнергии. В последние десятилетия данная технология набирает популярность по всему миру, мотивируя многих людей переходить на дешевую возобновляемую энергию. Задача этого устройства заключается в преобразовании энергии световых лучей в электрический ток, который может использоваться для питания разнообразных бытовых и промышленных устройств.

Правительства многих стран выделяют колоссальные суммы бюджетных средств, спонсируя проекты, которые направлены на разработку солнечных электростанций. Некоторые города полностью используют электроэнергию, полученную от солнца. В России эти устройства часто используются для обеспечения электроэнергией загородных и частных домов в качестве отличной альтернативы услугам централизованного энергоснабжения. Стоит отметить, что принцип работы солнечных батарей для дома достаточно сложный. Далее рассмотрим подробнее, как работают солнечные батареи для дома подробно.

Как было сказано раньше, принцип работы заключается в эффекте полупроводников. Кремний является одним из самых эффективных полупроводников, из известных человечеству на данный момент.

При нагревании фотоэлемента (верхней кремниевой пластины блока преобразователя) электроны из атомов кремния высвобождаются, после чего их захватывают атомы нижней пластины. Согласно законам физики, электроны стремятся вернуться в свое первоначальное положение.

Соответственно, с нижней пластины электроны двигаются по проводникам (соединительным проводам), отдавая свою энергию на зарядку аккумуляторов и возвращаясь в верхнюю пластину.

Эффективность фотоэлементов, созданных при помощи монокристаллического метода нанесения кремния, является существенно выше, поскольку в такой ситуации кристаллы кремния имеют меньше граней, что позволяет электронам двигаться прямолинейно.

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.

Постепенно солнечные батареи становятся все дешевле и эффективней. Сейчас они применяются для подзарядки аккумуляторов в уличных фонарях, смартфонах, электроавтомобилях, частных домах и на спутниках в космосе. Из них стали даже строить полноценные солнечные электростанции (СЭС) с большими объемами генерации.

Гелиобатарея состоит из множества фотоэлементов (фотоэлектрических преобразователей ФЭП), преобразующих энергию фотонов с солнца в электроэнергию

Каждая солнечная батарея устроена как блок из энного количества модулей, которые объединяют в себе последовательно соединенные полупроводниковые фотоэлементы. Чтобы понять принципы функционирования такой батареи, необходимо разобраться в работе этого конечного звена в устройстве гелиопанели, созданного на базе полупроводников.

Виды кристаллов фотоэлементов

Вариантов ФЭП из разных химических элементов существует огромное количество. Однако большая их часть – это разработки на начальных стадиях. В промышленных масштабах сейчас выпускаются пока что только панели из фотоэлементов на основе кремния.

Кремниевые полупроводники используются при изготовлении солнечных батарей из-за своей дешевизны, особо высоким КПД они похвастаться не могут

Обычный фотоэлемент в гелиопанели – это тонкая пластина из двух слоев кремния, каждый из которых имеет свои физические свойства. Это классический полупроводниковый p-n-переход с электронно-дырочными парами.

При попадании на ФЭП фотонов между этими слоями полупроводника из-за неоднородности кристалла образуется вентильная фото-ЭДС, в результате чего возникает разность потенциалов и ток электронов.

Кремниевые пластины фотоэлементов различаются по технологии изготовления на:

1. Монокристаллические.
2. Поликристаллические.

Первые имеют более высокий КПД, но и себестоимость их производства выше, нежели у вторых. Внешне один вариант от другого на солнечной панели можно различить по форме.

У монокристаллических ФЭП однородная структура, они выполняются в виде квадратов со срезанными углами. В отличие от них поликристаллические элементы имеют строго квадратную форму.

Поликристаллы получаются в результате постепенного охлаждения расплавленного кремния.

Метод этот предельно прост, поэтому такие фотоэлементы и стоит недорого.

Но производительность в плане выработки электроэнергии из солнечных лучей у них редко превышает 15%. Связано это с “нечистотой” получаемых кремниевых пластин и внутренней их структурой. Здесь чем чище p-слой кремния, тем более высокий выходит КПД у ФЭП из него.

Чистота монокристаллов в этом отношении гораздо выше, нежели у поликристаллических аналогов. Их делают не из расплавленного, а из искусственно выращенного цельного кристалла кремния. Коэффициент фотоэлектрического преобразования у таких ФЭП уже достигает 20-22%.

В общий модуль отдельные фотоэлементы собираются на алюминиевой раме, а для защиты их сверху закрывают прочным стеклом, которое нисколько не препятствует солнечным лучам

Обращенный к солнцу верхний слой пластинки-фотоэлемента делается из того же кремния, но уже с добавлением фосфора.

Именно последний будет источником избыточных электронов в системе p-n-перехода.

Принцип работы солнечной панели

При падении солнечных лучей на фотоэлемент в нем генерируются неравновесные электронно-дырочные пары. Избыточные электроны и «дырки» частично переносятся через p-n-переход из одного слоя полупроводника в другой.

В итоге во внешней цепи появляется напряжение. При этом на контакте p-слоя формируется положительный полюс источника тока, а на n-слоя – отрицательный.

Разность потенциалов (напряжение) между контактами фотоэлемента появляется из-за изменения числа «дырок» и электронов с разных сторон p-n-перехода в результате облучения n-слоя солнечными лучами

Подключенные к внешней нагрузке в виде аккумулятора фотоэлементы образуют с ним замкнутый круг. В результате солнечная панель работает, как своеобразное колесо, по которому вместе белки “бегают” электроны. А аккумуляторная батарея при этом постепенно набирает заряд.

Стандартные кремниевые фотоэлектрические преобразователи являются однопереходными элементами. Переток в них электронов происходит только через один p-n-переход с ограниченной по энергетике фотонов зоной этого перехода.

То есть каждый такой фотоэлемент способен генерировать электроэнергию только от узкого спектра солнечного излучения. Вся остальная энергия пропадает впустую. Поэтому-то и эффективность у ФЭП так низка.

Чтобы повысить КПД солнечных батарей, кремниевые полупроводниковые элементы для них в последнее время стали делать многопереходными (каскадными). В новых ФЭП переходов уже несколько. Причем каждый из них в этом каскаде рассчитан на свой спектр солнечных лучей.

Суммарная эффективность преобразования фотонов в электроток у таких фотоэлементов в итоге возрастает. Но и цена их значительно выше. Здесь либо простота изготовления с невысокой себестоимостью и низким КПД, либо более высокая отдача вкупе с высокой стоимостью.

Солнечная батарея может работать как летом, так и зимой (ей нужен свет, а не тепло) – чем меньше облачность и ярче светит солнце, тем больше гелиопанель сгенерирует электрического тока

При работе фотоэлемент и вся батарея постепенно греется. Вся та энергия, что не пошла на генерацию электротока, трансформируется в тепло. Часто температура на поверхности гелиопанели поднимается до 50–55 °С. Но чем она выше, тем менее эффективно работает фотогальванический элемент.

В итоге одна и та же модель солнечной батареи в жару генерирует тока меньше, нежели в мороз. Максимум КПД фотоэлементы показывают в ясный зимний день. Тут сказываются два фактора – много солнца и естественное охлаждение.

При этом если на панель будет падать снег, то электроэнергию она генерировать все равно продолжит. Более того, снежинки даже не успеют на ней особо полежать, растаяв от тепла нагретых фотоэлементов.

В настоящее время солнечные батареи представлены несколькими вариантами в зависимости от типа их устройства, и от материала, из которого изготовлен фотоэлектрический слой.

I. Классификация по типу их устройства:

1. 1. Гибкие;
2. 2. Жёсткие.

II. В зависимости от материала, из которого изготовлен фотоэлектрический слой выделяют:

1. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из кремния. Они в свою очередь бывают монокристаллическими, поликристаллическими и аморфными. Монокристаллические панели достаточно дорогой вариант, но они отличаются высокой мощностью. Поликристаллические дешевле, чем монокристаллические панели. Такие панели медленней теряют свою эффективность с увеличением сроков службы, а так же при нагревании. Аморфные представлены в основном тонкопленочными панелями. Такое устройство солнечной батареи позволяет генерировать солнечный свет, даже в плохих погодных условиях;
2. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из теллурида кадмия;
3. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из селена;
4. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из полимерных материалов;
5. Из органических соединений;
6. Из арсенида галлия
7. Из нескольких материалов одновременно.

Основные типы, которые получили распространение, это многопереходные кремниевые фотоэлементы.

Фотоэлементы, выполненные из кремния, отличаются высокой чувствительностью к нагреванию, компактностью, надежностью и высоким уровнем КПД (коэффициента полезного действия).

Другие материалы не получили широкого распространения в связи с большой стоимостью.

Есть три направления использования солнечной энергии:

• Экономия электроэнергии. Солнечные панели позволяют отказаться от централизованного электроснабжения или уменьшить его потребление, а также продавать излишки электричества электроснабжающей компании.
• Обеспечение электроэнергией объектов, подведение к которым линии электропередач невозможно или невыгодно экономически. Это может быть дача или охотничий домик, находящийся далеко от ЛЭП. Такие устройства используются также для питания светильников в отдаленных участках сада или автобусных остановках.
• Питание мобильных и переносных устройств. При походах, поездках на рыбалку и других подобных мероприятиях есть необходимость зарядки телефонов, фотоаппаратов и прочих гаджетов. Для этого также используются солнечные элементы.

Солнечные батареи удобно применять там, куда нельзя подвести электричество

Солнечная энергия — это перспективное направление, которое постоянно развивается. Они имеют несколько основных достоинств. Удобство использования, долгий срок службы, безопасность и доступность.

Положительные стороны применение данной разновидности аккумуляторных батарей:

• Возобновляемость – этот источник энергии практически не имеет ограничений притом бесплатный. По крайней мере на ближайшие 6.5 миллиардов лет. Нужно подобрать оборудование, установить его и использовать по назначению (в частном доме или коттеджном участке).
• Обильность – Поверхность земли в среднем получает около 120 тысяч терравват энергии что в 20 раз превышает нынешнее энергопотребление. Солнечные батареи для коттеджей или частных домов имеют огромный потенциал для использования.
• Постоянство – солнечная энергия постоянна поэтому человечеству не грозит перерасход в процессе ее использования.
• Доступность – солнечная энергия может вырабатывать на любой территории, при наличии естественного света. При этом чаще всего она применяется для отопления жилища.
• Экологическая чистота – солнечная энергетика является перспективной отраслью, которая в будущем заменит электростанции, работающие на невозобновляемых ресурсах: газ, торф, уголь и нефть. Безопасны для здоровья людей и домашних животных.

Важно: Отдельно хочется подчеркнуть термоядерную энергию. Несмотря на то, что «мирный атом» позиционируется, как безопасный, при авариях на АЭС этот фактор полностью перечеркивается (Три-Лонг-Айленд, Чернобыль, Фукусима).

• При производстве панелей и монтаже солнечных электростанций в атмосферу не происходят значительные выбросы вредных или токсичных веществ.
• Бесшумность – выработка электроэнергии производится практически бесшумно, и поэтому этот вид электростанций лучше ветровых электростанций. Их работа сопровождается постоянным гулом из-за чего оборудование быстро выходит из строя, а сотрудники должны делать частые перерывы на отдых.
• Экономичность – при использовании солнечных батарей владельцы недвижимости ощущают значительное снижение коммунальных расходов на электроэнергию. Панели имеют долгий срок службы – производитель дает гарантию на панели от 20 до 25 лет. При этом обслуживание всей электростанции сводится к периодической (раз в 5-6 месяцев) очистке поверхностей панелей от грязи и пыли

К сожалению, и этот практически неисчерпаемый источник энергии имеет определенные ограничения и недостатки:

• Высокая стоимость оборудования – автономная солнечная электростанция даже небольшой мощности доступна далеко не каждому. Оборудование частного дома такими аккумуляторами стоит недешево, но помогает снизить расходы на оплату коммунальных услуг (электроэнергии).
• Обустройство собственного жилища солнечными батареями потребует финансовых затрат.
• Периодичность генерации — солнечная электростанция не способна обеспечить полноценную бесперебойную электрификацию частного дома.

 Важно: Проблему можно решить, установив аккумуляторы высокой емкости, однако из-за этого возрастет стоимость получения энергии, что сделает ее невыгодной по сравнению с традиционными энергоносителями.

• Хранения энергии – в солнечной электростанции аккумуляторная батарея является самым дорогим элементом (даже батареи небольшого объема и панели на гелевой основе).
• Низкий уровень загрязнения окружающей среды – солнечная энергия считается экологически чистой, однако производственный процесс батарей сопровождается выбросами трифторида азота, оксидов серы. Все это создает «парниковый эффект».
• Использование в производстве редкоземельных элементов – тонкопленочные солнечные панели имеют в своем составе теллурид кадмия (CdTe).
• Плотность мощности – это количество энергии, которое можно получить с 1 кв. метра энергоносителя. В среднем этот показатель составляет 150-170 Вт/м2. Это гораздо больше по сравнению с другими альтернативными источниками энергии. Однако несравнимо, ниже чем у традиционных (это касается атомной энергетики).

Принцип работы солнечной батареи для отопления дома кардинально отличает их от всех описанных выше приспособлений. Это совершенно другое устройство. Описание следует ниже.

Главной деталью отопительной системы, работающей на энергии солнца, является коллектор, принимающий его свет и преобразовывающий его в кинетическую энергию. Площадь этого элемента может варьироваться от 30 до 70 квадратных метров.

Для крепления коллектора используется специальная техника. Между собой пластины соединены металлическими контактами.

Следующим компонентом системы является накопительный бойлер. В нем происходит трансформация кинетической энергии в тепловую. Он участвует в нагревании воды, литраж которой может достигать 300 литров. Иногда такие системы поддерживаются дополнительными котлами на сухом топливе.

Завершают систему солнечного отопления настенные и напольные элементы, в которых по тонким медным трубам, распределенным по всей их площади, циркулирует нагретая жидкость. Благодаря низкой температуре запуска панелей и равномерности теплоотдачи, помещение прогревается достаточно быстро.

Как работает солнечное отопление

Давайте подробно рассмотрим принцип работы солнечных батарей от ультрафиолетового света.

Между температурой коллектора и накопительного элемента появляется разница. Носитель тепла, что чаще всего является водой, в которую добавлен антифриз, начинает циркулировать о системе. Совершаемая жидкостью работа является именно кинетической энергией.

По мере прохождения жидкости через слои системы кинетическая энергия преобразовывается в тепло, которое и используется для отопления дома. Этот процесс циркуляции носителя обеспечивает помещение теплом и позволяет сохранять его в любое время суток и года.

Итак, мы выяснили принцип работы солнечных батарей.

КАК РАБОТАЕТ СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ — путь энергии из космоса к розетке на 220 В

О том, что свет можно преобразовать в электричество, известно с середины XIX века, но по-настоящему перейти от теории к практике ученые смогли лишь спустя 100 лет, когда удалось создать первую кремниевую фотоэлектрическую панель.  

Современные солнечные батареи работают как часы, обеспечивая зарядку гаджетов, освещая дома, подпитывая бытовую технику и транспортные средства.

Как устроена солнечная панель 

Независимо от нюансов конструкции, фотоэлектрические модули состоят из солнечных элементов. С них и начнем рассмотрение устройства панелей.

Следим за погодой: Лучшее приложение погоды для Андроид — обзор 10 продуктов

Солнечные элементы (СЭ) 

В основе СЭ — два слоя кремния или другого полупроводника — материала, который становится проводником тока при определенных условиях. Один слой отрицательный, второй — положительный. При попадании света на фотоэлементы происходит переток электронов, и вырабатывается электрический ток.

Большая часть производимых кремниевых СЭ — монокристаллические и поликристаллические. Первые наиболее эффективные, но стоят примерно на 10% дороже вторых. Монокристаллические с виду отличаются от поликристаллических срезанными уголками.

На панелях из моноэлементов на пересечениях квадратных ячеек видны небольшие ромбики. Фотомодули из полиэлементов состоят из прямоугольных ячеек, разделенных тонкими полосками.

Все время ведутся научные разработки по увеличению эффективности СЭ. Однако КПД промышленных образцов пока в районе 10-20%. К способам увеличения эффективности относится постепенный переход на более крупные размеры ячеек. Выглядит это следующим образом:

Тут стоит отметить два момента:

• С увеличением размера СЭ требуется больше места для размещения панели с таким же количеством ячеек.
• Ячейки со сторонами 156 мм по-прежнему активно производят. Этот формат нельзя назвать безнадежно устаревшим.

Готовимся к зиме: Как выбрать газовый котел: 5 советов

Солнечные панели 

Модуль кристаллических ячеек представляет собой сэндвич, в котором СЭ находятся в середине, а сверху и снизу расположены защитные слои:

• стекло,
• герметизирующая прослойка,
• солнечные элементы,
• герметизирующая прослойка,
• стекло либо защитная пленка.

Фотоэлектрические ячейки защищены с обеих сторон. Сверху они закрыты от дождя, также присутствует покрытие, уменьшающее отражение солнечных лучей. Общая герметизация нужна, чтобы предотвратить окисление внутренних элементов. Что касается принципа работы солнечной панели, то он тождественен порядку функционирования СЭ. Просто происходит сложение мощностей фотоэлементов.

Пластины для установки на крышу обычно корпусные, идут в алюминиевой окантовке, обеспечивающей жесткость конструкции. Батареи объединяют в массивы последовательным или параллельным способом. 

От размеров панели зависит ее мощность:

Панели именитых брендов делают на заводах с полной автоматизацией. Желательно при покупке ориентироваться именно на такую продукцию, поскольку мелкие производители не имеют средств на роботизацию, а ручной труд порой становится причиной брака.

Модернизируем отопление: Как подключить батарею отопления: 3 схемы и 5 советов новичку

Солнечные батареи: принцип работы панелей и дополнительного оборудования

Лучи света можно представить в виде потока крохотных частичек — фотонов. Солнечные батареи ловят их и преобразуют в поток электронов. Каждая ячейка генерирует несколько ватт электроэнергии. Этого недостаточно даже для питания обычной комнатной лампочки. Однако в солнечной панели несколько десятков СЭ, поэтому их общей мощности может хватить на освещение всего дома. А если на крыше установлено несколько панелей, то вполне реально смотреть телевизор, греть воду бойлером и т.д., пользуясь обычными розетками с напряжением 220 В. Таким образом, основной принцип работы автономной солнечной батареи заключается в объединении мощностей СЭ. 

Автономность — это, конечно, прекрасно, но у фотоэлектрических панелей есть один очень важный минус — зависимость от погоды. Украина — не пустыня Сахара, у нас хватает пасмурных дней, поэтому солнечные батареи обычно устанавливают в качестве альтернативного источника энергии или там, где нельзя подключиться к централизованной электросети.

Еще один нюанс заключается в том, что электроэнергию мы расходуем в основном вечером. Люди приходят с работы, готовят еду, включают телевизоры и прочие электроприборы. А в это время солнце уже садится, или на улице темно. Получается, что имеет смысл днем запасаться солнечной энергией, а вечером доставать ее из заначки. Для этого устанавливают аккумуляторы. Если же домашнюю электростанцию установили в электрифицированном доме, то без них можно обойтись. Существует 3 основных разновидности станций: автономные, сетевые и гибридные.

Экономим топливо: Как сэкономить на бензине: 5 рабочих советов

Автономные станции 

К этой категории относится не только оборудование для дач и лесных домиков, расположенных вдали от линий электропередач: существуют и мини-станции для туристов. Мощность моделей для переноски — 20-200 Вт, для перевозки на авто — 200-900 Вт.

Что касается автономной станции для жилого строения, то она включает:

• набор фотоэлектрических панелей;
• инвертор для получения переменного тока из постоянного;
• аккумуляторные батареи;
• контроллер заряда АКБ;
• кабели, переходники, крепеж и прочую периферию, необходимую для монтажа.

Мощность автономных электростанций — 1-10 кВт. Даже одно киловатта хватит для круглосуточной работы холодильника.

Переносные батареи: 3 преимущества и особенности солнечных панелей Neo Tools

Сетевые станции 

В этом случае дом запитан от централизованной электросети, поэтому можно пользоваться электроприборами в любую погоду, не задумываясь, сколько ватт им нужно.

Сетевая электростанция состоит из:

• солнечных батарей,
• сетевого инвертора,
• двунаправленного счетчика,
• периферии.

Двунаправленный счетчик дает возможность владельцу дома продавать летом излишки электроэнергии по зеленому тарифу. Такие станции обходятся дешевле, поскольку не нужно покупать и через несколько лет менять аккумуляторы.

Определяемся с обогревом: Что лучше: конвектор или керамический обогреватель: сравнение по 4 параметрам

Гибридные станции 

Такой вариант самый функциональный, но требует значительных финансовых вложений. В комплект оборудования входят аккумуляторы, солнечные батареи и гибридный инвертор. Преимущества:

1. Впечатляющая экономия электроэнергии, поставляемой централизованным способом.
2. Возможность полностью автономной работы при отключении централизованного электричества.
3. Автоматическое переключение между режимами функционирования.
4. Возможность сливать часть электричества в центральную сеть при избыточной генерации.

При проектировании солнечной электростанции важно, чтобы оборудование соответствовало прогнозируемому энергопотреблению и было примерно одинаковой мощности.

Как работают солнечные батареи зимой 

Фотоэлектрические панели наиболее эффективны летом, поскольку это время года радует длинными днями. Зимой солнечные батареи работают хуже, так как дни короче. Кроме того, фотоэлементы периодически покрываются снегом, может образовываться наледь. В таких условиях обеспечить дом чистой энергией вряд ли получится. Если нет возможности получать электричество от централизованной электросети, имеет смысл подумать о покупке генератора, работающего на бензине или солярке. Бензогенератор от погоды не зависит, разве что привести его в рабочее состояние в холод бывает сложнее.

Чистка солнечной батареи — занятие несложное. Потребуется щетка с ручкой длиной 2-4 метра. Убирать всю наледь необязательно. Если смахнете основную массу снега, оставив тонкие полоски, — ничего страшного: в солнечные день панели оттают до конца без вашей помощи.

Если дом подключен к электросети, то чистка панелей — сомнительное занятие, поскольку зима — не лучшее время для генерации электроэнергии. Возможно, в этот период имеет смысл ограничиться централизованно поставляемой энергией.

В заключение о том, как работают гибкие солнечные панели. Принцип функционирования у них такой же, как и у рамочных. Преимущества гибких батарей: малый вес и возможность крепления на криволинейные поверхности. Полоски фотоэлементов даже клеят на жалюзи. Недостаток — меньше мощность на единицу площади.

Можно купить гибкие панели размером с окно. Мастеровитые украинцы устанавливают их на балконах квартир. Эта тенденция актуальна для регионов, в которых ведутся боевые действия. Желательно клеить панели с внешней стороны, так больше электричества поступает в квартиру. Для обустройства квартирных электростанций закупают примерно такое же оборудование, как и для автономных, только меньшей мощности. Такие станции довольно слабые, но на подзарядку смартфонов и освещение их хватает.

Обогрев для бизнеса: Тепловентилятор или тепловая завеса: 5 весомых аргументов «за» и «против»

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

Узнать 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.

Принцип работы солнечной панели

| инвертор.com

В системе солнечной фотоэлектрической энергии солнечная энергия напрямую преобразуется в электричество. Это делает систему более удобной и компактной по сравнению с тепловыми методами преобразования солнечной энергии.

Технология солнечных батарей является самой быстроразвивающейся технологией производства электроэнергии в мире. Благодаря этому становятся доступными солнечные элементы с эффективностью преобразования более 40%.

Принцип работы солнечных панелей заключается в использовании фотоэлектрического эффекта, также известного как фотогальванический эффект. Фотогальванический эффект относится к явлению, когда объект генерирует электродвижущую силу из-за поглощения фотонов. Фотогальванический эффект возникает, когда солнечный свет или другой свет падает на PN-переход полупроводника. Фотогальванический эффект вызывает появление напряжения на обеих сторонах PN-перехода, которое называется фотогальваническим напряжением. При замыкании PN-перехода потечет ток.

Фотогальванические элементы также называют солнечными элементами. Это полупроводниковое устройство, использующее фотоэлектрический эффект для преобразования солнечного света в постоянный ток. Практически все солнечные элементы представляют собой фотодиоды, изготовленные из полупроводниковых материалов, таких как кремний.

Солнечные элементы работают в три этапа:

1. Фотоны солнечного света попадают на солнечный элемент и поглощаются полупроводниковым материалом.
2. Отрицательно заряженные электроны отделяются от своих атомов и начинают течь в одном направлении, создавая электрический ток.
3. Типичный кремниевый солнечный элемент может генерировать напряжение до 0,5 В и ток до 6 А. Следовательно, его максимальная мощность составляет 3 Вт.

Поскольку выходная мощность одного солнечного элемента очень мала, большое количество солнечных элементов соединено друг с другом, образуя солнечный модуль, комбинация солнечных модулей называется панелью, а комбинация панелей называется солнечным модулем. массив ячеек. Это делается для получения желаемой выходной мощности фотоэлектрической системы.

Когда солнечные элементы соединены последовательно, их напряжение увеличивается настолько, насколько число элементов соединено последовательно. Но ток остается прежним.

При параллельном соединении ячеек напряжение остается постоянным, как и у одной ячейки, но ток увеличивается. Батареи, модули или панели могут быть соединены параллельно только в том случае, если они имеют одинаковое напряжение.

Основные компоненты солнечной фотоэлектрической системы

Блокировочный диод

Массив SPV подключен к батарее. В солнечные часы панели вырабатывают электричество для зарядки аккумулятора. Но при отсутствии солнечного света или ночью ток будет пытаться течь в обратном направлении, т.е. от ячейки к массиву. Это может повредить массив. Поэтому, чтобы избежать этого обратного протекания тока, используются блокировочные диоды.

Стабилизатор

Выходное напряжение фотогальванических панелей зависит от интенсивности солнечного света. Это вызывает колебания тока нагрузки. Регулятор напряжения гарантирует, что колебания напряжения удерживаются в заданных пределах.

Инвертор

Поскольку электроэнергия, вырабатываемая фотоэлектрической батареей, представляет собой постоянный ток, инвертор используется для преобразования его в переменный ток, чтобы мы могли легко его использовать. Инверторные блоки, установленные с различными защитными устройствами, обеспечивают безопасность системы и автоматически переключают нагрузку и доступную мощность.

Аккумулятор

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

Контроллер батареи

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

Типы солнечных фотоэлектрических систем

Автономная система

В этой системе питание подается на нагрузку без использования какой-либо общественной сети или подключения к какой-либо другой системе, и она может работать автономно и независимо. Он используется для резервного питания, подключение которого к сети очень дорого.