Как работают солнечные батареи. Какие бывают виды солнечных панелей. Из чего состоит солнечная батарея. Насколько эффективны солнечные элементы. Какие факторы влияют на выработку электроэнергии солнечными батареями. Преимущества и недостатки солнечных панелей.
Принцип работы солнечных батарей
Солнечные батареи преобразуют энергию солнечного света в электрическую энергию. Основной принцип их работы заключается в фотоэлектрическом эффекте:
- Солнечный свет состоит из фотонов — частиц света, несущих энергию.
- При попадании на поверхность солнечного элемента фотоны передают свою энергию электронам в полупроводниковом материале (обычно кремнии).
- Электроны покидают свои орбиты и перемещаются, создавая электрический ток.
- Специальная структура солнечного элемента (p-n переход) обеспечивает движение электронов в одном направлении, формируя постоянный электрический ток.
Таким образом, солнечная батарея напрямую преобразует световую энергию в электрическую, без промежуточных стадий.

Из чего состоит солнечная батарея
Типичная солнечная батарея включает следующие основные компоненты:
- Фотоэлектрические ячейки (солнечные элементы) — основной компонент, преобразующий свет в электричество.
- Защитное стекло — защищает ячейки от внешних воздействий.
- Герметизирующий слой — обеспечивает влагозащиту.
- Рама — придает жесткость конструкции.
- Контакты и коммутационная коробка — для подключения к электрической цепи.
Ключевым элементом являются фотоэлектрические ячейки, которые обычно изготавливаются из кремния. Они имеют сложную многослойную структуру для эффективного преобразования света в электричество.
Виды солнечных батарей
Существует несколько основных типов солнечных батарей:
Монокристаллические
Изготавливаются из цельного кристалла кремния. Имеют высокий КПД (15-22%) и длительный срок службы. Наиболее эффективны при прямом солнечном освещении.
Поликристаллические
Состоят из множества кристаллов кремния. Имеют средний КПД (12-18%) и более низкую стоимость. Лучше работают при рассеянном свете.

Тонкопленочные
Изготавливаются путем нанесения тонких слоев фотоактивного материала на подложку. Имеют низкий КПД (7-13%), но дешевы в производстве. Гибкие и легкие.
Многослойные
Содержат несколько слоев фотоэлементов для повышения эффективности. Имеют высокий КПД (до 30-40%), но очень дороги.
Факторы, влияющие на эффективность солнечных батарей
На производительность солнечных панелей влияют следующие основные факторы:
- Интенсивность солнечного излучения — чем больше солнечного света, тем выше выработка энергии.
- Угол наклона и ориентация панелей — оптимальное расположение относительно Солнца повышает эффективность.
- Температура — при сильном нагреве КПД панелей снижается.
- Затенение — даже частичное затенение значительно снижает выработку энергии.
- Чистота поверхности — загрязнения уменьшают количество поглощаемого света.
Учет этих факторов при проектировании и эксплуатации солнечных электростанций позволяет максимизировать их эффективность.
Преимущества и недостатки солнечных батарей
Использование солнечных батарей имеет как положительные, так и отрицательные стороны:

Преимущества:
- Экологичность — не производят вредных выбросов при работе.
- Возобновляемый источник энергии — солнечный свет неисчерпаем.
- Низкие эксплуатационные расходы — не требуют топлива.
- Бесшумность работы.
- Модульность — легко масштабируются.
Недостатки:
- Зависимость от погодных условий и времени суток.
- Высокая начальная стоимость оборудования.
- Необходимость большой площади для промышленных масштабов.
- Сложность утилизации отработавших панелей.
Несмотря на недостатки, солнечная энергетика активно развивается благодаря экологичности и возобновляемости ресурса.
Перспективы развития солнечных батарей
Технологии солнечной энергетики постоянно совершенствуются. Основные направления развития:
- Повышение КПД солнечных элементов.
- Снижение стоимости производства.
- Разработка более эффективных материалов.
- Создание гибких и прозрачных солнечных панелей.
- Интеграция солнечных элементов в строительные материалы и бытовые устройства.
Эксперты прогнозируют, что в ближайшие десятилетия солнечная энергетика станет одним из основных источников электроэнергии в мире.

Солнечные батареи (панели): что это такое, использование, плюсы и минусы, цены и мировые производители
Что такое солнечные батареи, где они используются, каковы их плюсы и минусы. Как с максимальной эффективностью использовать солярные панели дома? Цены и ведущие производители гелиопанелей для дома.
Подумать только, еще 60 лет назад солнечные батареи были чудом техники, которое можно было наблюдать лишь на космических аппаратах. Сегодня же это привычный источник экологически чистой и бесплатной электроэнергии. И, скажем больше, источник неиссякаемый, ведь Солнце будет освещать нашу планету еще миллионы лет. Гелиопанели уже перестали быть прерогативой космонавтики или промышленного сектора — использовать их для нужд собственного дома может любой желающий. Мы в https://lindeal.com выяснили все самое главное о солярных установках — принцип работы, плюсы и минусы, лучшие производители и средние цены в 2022.
Солнечная батарея — это (краткая справка)
Солнечная батарея (панель) — конструкция с фотоэлементами (фотоэлектрическими преобразователями), полупроводниковыми составляющими, способными прямым путем преобразовать гелиоэнергию в постоянный электроток.
Подобные солярные батареи выступают элементами солнечных электрических станций — комплекса:
- одной или нескольких хрупких кремниевых гелиопанелей (фотоэлементов), защищенных полимерной подложкой и стеклом;
- инвертора — преобразователя постоянного тока в переменный;
- контроллера заряда;
- стабилизатора;
- в ряде установок: аккумулятора и солнечного трекера.
Название «солнечная батарея» является не совсем верным для подобных устройств: гелиопанели не аккумулируют энергию, а вырабатывают, генерируют ее из энергии Солнца. Только некоторые солярные комплексы снабжаются аккумуляторами.
Краткая история появления и распространения гелиобатарей
Предпосылкой современных солярных электростанций научный мир считает открытие французского физика Александра Эдмона Беккереля: в 1842 году он установил, что солнечный свет возможно преобразовывать в электрическую энергию.
О производстве гелиопанелей в промышленных масштабах впервые заявила 25 апреля 1948 американская корпорация Bell Laboratories. Над проектом работала талантливая тройка из Дэрила Чапина, Кельвина Соулзера Фуллера, Геральда Пирсона. Эффективность созданной ими солярной установки была не выше 6 %, однако изобретение могло питать энергией солнце радиопередатчик и игрушечное чертово колесо.
Индустрия солнечной энергетики при этом продолжала активно развиваться: 17 марта 1958 Соединенные Штаты запустили в космос спутник «Авангард-1», работающий на гелиобатарее. Чуть позже, 15 мая 1958, Советский Союз заявил об успешном пуске аппарата «Спутник-3», также функционирующего на солнечных панелях.
Четыре вида солнечных батарей-панелей
Все существующие установки для преобразования солнечной энергии в постоянный и переменный ток разделяются на три типа, в зависимости от сорта используемого для производства пластин фотоэлементов кремния. Помимо них, выделяются инновационные прозрачные батареи.
Монокристаллические
Дают максимальный эффект, особенно при солнечной погоде — в таких условиях КПД доходит до 25 %. Однако это и самые дорогие гелиопанели.
Плюсы:
- самый высокий КПД — 22 %;
- самые компактные среди разновидностей аналогичной мощности;
- служат до 25 лет.
Минусы:
- высокая стоимость;
- чувствительная к загрязнениям поверхность.
Поликристаллические
Плюсы:
- КПД (коэффициент полезного действия) до 18 %;
- минимальное число бракованных изделий;
- стоимость на 10 % ниже, чем на монокристаллы.
Минусы:
- сравнительно большие размеры;
- чувствительны к высоким температурам — снижается КПД.
Аморфные
Гибкие и пластичные — можно даже скрутить в трубочку, не нанося повреждений. Непривередливы к локации установки, однако КПД (коэффициент полезного действия) таких устройств — не более 6 %. Среди других особенностей инновационные установки из аморфного кремния выделяются высоким качеством, компактными размерами — из-за отсутствия кремниевых ячеек и пленок.
Данный тип гелиопанелей одинаково хорошо подходит для пасмурной погоды, рассеянного слабого света, жаркого климата или недостаточной освещенности. Аморфные установки выбирают не только жители регионов со слабой активностью Солнца и коротким световым днем, но и владельцы домов, где установка модуля возможна лишь на северной или теневой стороне.
Плюсы:
- эстетичный дизайн;
- низкая цена;
- при высокой температуре повышается КПД;
- отличные показатели при рассеянном свете;
- работает без деградации до 20 лет.
Минусы:
- сравнительно небольшая мощность — до 160 Вт;
- занимают больше площади — для повышения мощности приходится размещать больше батарей.
Прозрачные
Прозрачность возможна из-за использования тонкой пленки аморфного кремния и прозрачной кремниевой микро-пленки, наносимой на стеклянное основание. Это позволяет использовать гелиопанели для остекления, производства окон, ограждений, рекламных баннеров. На рынке есть модели разного цвета, разной прочности.
Плюсы:
- низкая стоимость;
- эстетичный внешний вид;
- возможность использования при остеклении зданий;
- элемент дизайна и архитектуры.
Минусы:
- очень невысокий КПД.
Чтобы одиночные установки давали больше мощности, уже на месте умельцы собирают отдельные панели в комплексы — фотоэлектрические солярные модули.
Принцип работы гелиобатареи простыми словами
Если представить процесс упрощенно, то он уложится в четыре этапа:
- Энергия Солнца попадает на кремниевые пластинки панели.
- Пластины сильно нагреваются, что освобождает электроны.
- Электроны начинают движение по проводникам.
- Проводники дают заряд аккумуляторным батареям.
Свою лепту в генерацию и накопление энергии вносит каждый «винтик» системы:
- фотоэлементы из кремниевых пластин собирают солнечную энергию;
- контролер следит за мощностью, активируя/дезактивируя батарею в зависимости от уровня заряда;
- аккумулятор накапливает и сохраняет электрическую энергию;
- инвертор преобразовывает постоянный ток в переменный, что делает возможным использование электричества для бытовых целей;
- стабилизатор защищает весь комплекс от перепадов напряжения.
Гелиопанели обязаны широким распространением, в том числе, и простотой своего функционирования. Как мы видим, их принцип работы заключен в фотоэлектрическом эффекте. Так называется способность преобразовывать солнечный свет в электроток. Явление также называется эффектом полупроводников. Самым эффективным из последних считается кремний, поэтому из него и изготавливается верхняя пластина установки.
Из чего состоит солнечная батарея: устройство гелиопанели
Солнечная батарея имеет одновременно простое и эффективное устройство:
- Блоки преобразования. Это те самые кремниевые элементы, способные преобразовывать солнечный свет в ток. Они подключаются параллельно-последовательным способом, что гарантирует получение максимального напряжения и мощности. Если мы разложим каждую пластину на составляющие, то увидим следующее: стеклянный слой, прозрачный клей, контакт, n-слой, промежуточный слой, р-слой, контакт, подложка.
- Аккумуляторы. Помимо основного, предусматривается резервный. Батареи нужны для накопления электротока, но их функции разделяются.
Если основная снабжает объект током, то резервная копит электрический ресурс и включается в работу только при падении напряжения.
- Контроллеры и диоды. Первые контролируют заряд аккумуляторной батареи, а вторые предохраняют систему от перегрева.
Вся конструкция закрепляется в корпусе гелиопанели.
«За и против»: плюсы и минусы солнечных модулей
Как и многие полезные установки, гелиобатареи имеют свои преимущества и недостатки. Среди главных достоинств:
- Экологическая безопасность.
- Скорая окупаемость.
- Простота использования.
- Быстрый монтаж и установка.
- Доступ к бесплатной электроэнергии.
- Длительный (до 25 лет) срок службы.
- Бесшумная работа.
- Легкое обслуживание — требуется лишь счищать пыль и снег.
- Минимум полезного места — может устанавливаться на крыше.
Но нельзя не обратить внимание и на минусы:
- Сравнительно высокая цена — особенно, если требуется мощная станция.
- Нестабильная генерация электричества — только при солнечном свете.
- Чем больше требуется энергии, тем больше площади занимают панели.
- Низкое светопоглощение. На современном этапе развития фотоэлементы могут обработать только до 20 % поступающего солнечного света.
- Маленький КПД (коэффициент полезного действия). В сравнении с классическими источниками энергии вырабатывают не более 15 %.
- Не такая и бесплатная энергия. Разумеется, солнечные лучи бесплатны, но приобретение, монтаж, обслуживание и ремонт гелиопанелей требуют соответствующих трат.
- Не лучший вариант для высокомощного оборудования. Солнечные панели разрабатываются под технику и электронику стандартной мощности.
На соотношение плюсов и минусов также влияют географические, климатические и погодные факторы. Так, в странах Средиземноморья преимуществ от работы установки будет больше, чем в Сибири.
Семь способов использования солярных батарей
Гелиопанели широко используются в быту, промышленности и народном хозяйстве:
- Энергообеспечение частных домов, коммерческих помещений, промышленных зданий.
Установка на крышах подобных модулей более характерна для тропиков и субтропиков, радующих местных жителей большим количеством солнечных дней. Так, гелиобатареями уже не удивить население государств Средиземноморья.
- Солнечные батареи в качестве дорожного покрытия. Инновация способна на 100 % обеспечить электроэнергией городское освещение и светофоры. Так, в 2014 в Нидерландах была запущена первая на планете велотрасса из солярных панелей, а в 2017 в деревне Trouver-au-Perche (Франция) открыли первую в мире автодорогу из термостойких и ударопрочных гелиобатарей.
- Космонавтика. Солнечные панели — основной источник питания космических аппаратов. Гелиоустановки работают без отходов, не загрязняют космос и не вредят экологии Земли. Однако они практически бесполезны в миссиях, удаленных от Солнца: на Марсе гелиомодули работают уже в 50 % от земной мощности, так как солнечного света поступает в два раза меньше, чем на «голубую планету».
- Портативная электроника.
Солнечными батареями снабжают мини-технику наподобие калькуляторов, фонариков и музыкальных плееров, чтобы обеспечить электричеством либо напитать энергией их зарядные устройства.
- Электромобили. В 2008 «Тойота» выпустила гибрид-кар Prius, на крыше которого установлена солнечная батарея, позволяющая генерировать энергию прямо на ходу.
- Авиация. Швейцарские ученые усиленно работают над проектом Solar Impulse — инновационного самолета, способного летать, задействуя лишь энергию Солнца.
- Медицина. Ученая группа из Южной Кореи трудится над созданием подкожной автономной гелиобатареи, которая может быть безопасно вживлена в организм человека. Цель ее использования — питание кардиостимуляторов и других имплантатов.
И подробнее: медицинская солярная батарейка в 15 раз тоньше человеческого волоса и способна самозаряжаться даже в том случае, если на кожные покровы нанесен санскрин.
Солнечные батареи для дома: как использовать с максимальной эффективностью?
Чтобы гелиопанели приносили максимальную пользу, стоит обратить внимание на ряд факторов:
- В бытовых целях использование солярных батарей оправдано лишь в местностях с продолжительным световым днем.
Если он короткий, то модуль может применяться не более как дополнительный источник энергии.
- При покупке первым делом обращайте внимание на КПД станции — он должен быть соизмеримым вашим потребностям в энергии.
- Устанавливайте гелиопанели в максимально освещенных зонах ваших владений.
- Предусмотрите, чтобы пластины были защищены от загрязнения пылью и мелким мусором, занесенным снегом.
- Если солнечная батарея не подвижная, ей требуется надежная фиксация.
- Идеальное расположение гелиоустановки — под прямым углом к лучам Солнца.
- Для монтажа солнечных батарей есть смысл привлечь специалиста, который соорудит станцию в зависимости от требуемой мощности.
- Не стоит жалеть деньги на такой важный элемент, как аккумулятор: в идеале, чем мощнее, тем лучше.
- Привлекая опытного монтажника, обязательно попросите установить панели с фотоэлементами под правильным углом к солнечным лучам — для лучшей производительности.
Во время использования солнечной электростанции стоит уделять должное внимание ее очистке — КПД грязных и запыленных панелей снижается.
Во время использования солнечной электростанции стоит уделять должное внимание ее очистке — КПД грязных и запыленных панелей снижается.
Топ-10 мировых производителей солнечных батарей-панелей
При выборе того или иного изготовителя гелиоустановок, эксперты рекомендуют обращать внимание на важные параметры: гарантия на устройство, обещанная производительность/выходная мощность, репутация компании, время работы на рынке, сервисное обслуживание клиентов и ценовая политика. Также не лишним будет проверить рейтинг Tier1, разработанный Bloomberg New Energy Finance Corporation, в том числе, для оценки производителей солярных батарей.
Таким образом в топ-10 оказались:
- LG Energy (Южная Корея). Качественная и надежная продукция, КПД 19,3-21,7 %, средний и высокий ценовой диапазон, 30 лет на рынке, гарантия на производительность 25 лет.
- REC Group (Норвегия). Качественные, высокопроизводительные и экономичные модули, КПД 18-20,7 %, 20-летняя гарантия на оборудование, на рынке с 1996 года.
- SunPower (США). Самые эффективные солярные батареи с наименьшей степенью износа, 25-летняя гарантия, КПД 19-22,8 %, на рынке с 1980-х годов.
- Panasonic (Япония). Инновационные, износостойкие, бесперебойные и долговечные установки, 25 лет гарантии на продукт, КПД 18-20,4 %, бренд со столетней историей.
- Hanwha Q Cells (Германия-Южная Корея). Использование авторской технологии Q.ANTUM DUO для наибольшей эффективности, 12 лет гарантии на продукцию, 25 лет гарантии на производительность, КПД 16-19,9 %.
- Trina Solar (Китай). Экономичные поликристаллические, современные двухфазные и эффективные ячеистые установки, 10 лет гарантии, КПД 16-19,4 %, на рынке с 1997 года.
- Jinko Solar (Китай). Самые популярные экономпанели с хорошей репутацией, улучшенная производительность при пасмурной погоде, 20-30-летняя гарантия, КПД 16-19,4 %.
- Longi Solar (Китай). Монокристаллические гелиопанели с высокой производительностью даже в пасмурные дни, приемлемая стоимость, КПД 18-19,6 %.
- Canadian Solar (Канада). Надежная и качественная продукция, способная обеспечивать хорошую производительность даже при минимальной солнечной активности, гарантия 25-30 лет, КПД 18-23,8 %.
- JA Solar (Китай). Производитель высокоэффективных модулей по авторским инновационным технологиям, 25 лет гарантии на производительность, КПД 16-19,6 %.
Среди менее известных производителей комплектов солярных установок в России и Украине: «Телеком-СТВ», «Хевел», «Сатурн», «Квант», «Квазар», «Пролог Семикор», «Энхол», «Чистые энергетические технологии».
Средние цены на солнечные батареи для дома
Стоимость гелиопанелей в большей мере зависит от мощности, на которую они способны:
- 30 Вт — 35 долларов.
- 1000 Вт — 85 долларов.
- 150 Вт — 135 долларов.
- 320 Вт — 285 долларов.
- 450 Вт — 335 долларов.
- 540 Вт — 400 долларов.
Также на цену влияет авторитет и известность производителя, разновидность используемых кремниевых пластин.
Команда бизнес-журнала https://lindeal.com не раз замечала, как популярны сегодня гелиобатареи: уже никто не удивляется, увидев такую установку на крыше частного дома или дачи. Отличающиеся простым принципом работы, солнечные панели активно используются в бытовых, промышленных, коммерческих целях. Они открывают целую массу возможностей от подзарядки смартфона в высокогорном походе до питания огромного космического аппарата. Мы уверены, что солнечные электростанции с каждым годом будут все популярнее и высокопроизводительнее, ведь они дарят человечеству бесплатную неисчерпаемую энергию, которой с лишним хватит на ближайшие 500 млн лет.
- Информация о материале org/Person»> Юлия Абдулбарова
- Информация о материале
- Просмотров: 3762
Что такое MBA (Master of Business Administration): кому и зачем это нужно Назад
- Лучшие сериалы Нетфликс (Netflix) 2022 года: Топ 16 Вперед
Солнечные батареи
Как работают солнечные батареи? — ecosun на vc.ru
2467 просмотров
Сколько энергии мы можем получить от Солнца?
Солнечная энергия удивительна. В среднем на каждый квадратный метр поверхности Земли поступает 164 Вт солнечной энергии (цифру мы объясним более подробно ниже). Другими словами, вы могли бы поставить действительно мощную (150 Вт) настольную лампу на каждый квадратный метр поверхности Земли и осветить всю планету энергией Солнца! Или, другими словами, если бы мы покрыли всего один процент пустыни Сахара солнечными батареями, мы могли бы генерировать достаточно электричества, чтобы питать весь мир. Это хорошо в солнечной энергии: ее очень много — гораздо больше, чем мы могли бы когда-либо использовать.
Но есть и обратная сторона. Энергия, которую посылает Солнце, прибывает на Землю как смесь света и тепла . И то, и другое невероятно важно: свет заставляет растения расти, обеспечивая нас пищей, в то время как тепло сохраняет нас достаточно теплыми, чтобы выжить, — но мы не можем использовать ни солнечный свет, ни тепло непосредственно для управления телевизором или автомобилем. Нам нужно найти какой-то способ преобразования солнечной энергии в другие виды энергии, которые мы могли бы использовать более легко, например, электричество. И это именно то, что делают солнечные элементы.
Основные солнечные элементы
Чтобы узнать, как работают солнечные панели, вам нужно понять, как они сделаны. Многие солнечные панели используют кремний, один из самых распространенных элементов планеты. Но поскольку создание кристаллов кремния подходящего качества сложно и дорого, домашние солнечные системы обычно строятся из аналогичных, но менее дорогих материалов, таких как медь, индий, галлий и селенид (CIGS). Они не так эффективны, как высококачественный кремний, но все же обеспечивают достаточную мощность при разумных затратах.
Кремний — это материал, из которого сделаны транзисторы (крошечные переключатели) в микросхемах, и солнечные элементы работают аналогичным образом. Кремний — это материал, называемый полупроводником . Некоторые материалы, особенно металлы , позволяют электричеству проходить через них очень легко; они называются проводниками. Другие материалы, такие как пластик и дерево , вообще не позволяют электричеству течь через них; они называются изоляторами. Полупроводники, такие как кремний, не являются ни проводниками, ни изоляторами: они обычно не проводят электричество, но при определенных обстоятельствах мы можем заставить их это делать.
Солнечный элемент представляет собой сэндвич из двух разных слоев кремния, которые были специально обработаны или легированы, чтобы они могли электричеством проходить через них определенным образом. Нижний слой легирован, поэтому в нем слишком мало электронов. Он называется кремнием p-типа или положительного типа (потому что электроны заряжены отрицательно, и их в этом слое слишком мало). Верхний слой легирован противоположным образом, чтобы дать ему немного слишком много электронов. Это называется кремнием n-типа или отрицательного типа.
Когда мы помещаем слой кремния n-типа на слой кремния p-типа, на стыке двух материалов создается барьер (важнейшая граница, где встречаются два вида кремния). Никакие электроны не могут пересечь барьер, поэтому, даже если мы подключим этот кремниевый бутерброд к фонарику, ток не будет течь: лампочка не загорится. Но если мы проливаем свет на бутерброд, происходит нечто замечательное. Мы можем думать о свете как о потоке энергичных «легких частиц», называемых фотонами., Когда фотоны попадают в наш сэндвич, они отдают свою энергию атомам в кремнии. Поступающая энергия выбивает электроны из нижнего слоя p-типа, поэтому они перепрыгивают через барьер к слою n-типа выше и текут по кругу. Чем больше света светит, тем больше электронов подпрыгивает и течет больше тока.
Это то, что мы подразумеваем под фотоэлектрическим напряжением, создающим свет, и это один из видов того, что ученые называют фотоэлектрическим эффектом .
Превращение солнечной энергии в электричество
Видимый солнечный свет состоит из невидимых частиц, называемых фотонами. У них есть энергия, но нулевая масса покоя. Когда фотоны сталкиваются с другими частицами, их энергия преобразуется в другие формы в зависимости от вида атомов, к которым они прикасаются. Большинство столкновений создают только тепло.
Но электричество также может быть произведено, когда фотоны делают электроны в атомах настолько возбужденными, что они отрываются и перемещаются свободно. Кремниевые электроны n-типа ищут электроны в кремнии p-типа, чтобы заменить отсутствующие электроны и поток между двумя полученными типами.
Замечательные свойства полупроводников, таких как кремний, позволяют поддерживать электрический дисбаланс. Это означает постоянную подачу электричества, пока фотоны попадают на солнечные панели. Ток собирается по проводам и распространяется по всей системе.
Солнечный элемент представляет собой сэндвич из кремния n-типа (синий) и кремния p-типа (красный). Он генерирует электричество, используя солнечный свет, чтобы электроны перепрыгивали через соединение между различными ароматами кремния:
- Когда солнечный свет падает на клетку, фотоны (легкие частицы) бомбардируют верхнюю поверхность.
- Фотоны (желтые капли) несут свою энергию через клетку.
- Фотоны отдают свою энергию электронам (зеленым пятнам) в нижнем слое p-типа.
- Электроны используют эту энергию, чтобы перепрыгнуть через барьер в верхний слой n-типа и уйти в контур.
- Обтекание цепи электронами заставляет лампу загореться.
Насколько эффективны солнечные батареи?
Основное правило физики, называемое законом сохранения энергии, гласит, что мы не можем волшебным образом создавать энергию или заставить ее исчезнуть в воздухе; все, что мы можем сделать, это преобразовать его из одной формы в другую. Это означает, что солнечный элемент не может производить больше электрической энергии, чем он получает каждую секунду в качестве света. На практике, как мы вскоре увидим, большинство клеток преобразует около 10–20 процентов энергии, которую они получают, в электричество. Типичный однопереходный кремниевый солнечный элемент имеет теоретический максимальный КПД около 30 процентов, известный как предел Шокли-Кейссера, Это в основном потому, что солнечный свет содержит широкую смесь фотонов с различными длинами волн и энергией, и любой однопереходный солнечный элемент будет оптимизирован для захвата фотонов только в пределах определенной полосы частот, тратя впустую остальное. Некоторые из фотонов, попадающих на солнечный элемент, не имеют достаточно энергии, чтобы выбить электроны, поэтому они эффективно тратятся впустую, в то время как у некоторых слишком много энергии, а избыток также теряется. Самые лучшие, передовые лабораторные ячейки могут управлять 46-процентной эффективностью в абсолютно идеальных условиях, используя множество соединений для захвата фотонов с различной энергией.
4 фактора, которые влияют на производство солнечной электроэнергии
- Тень. Затененные солнечные панели не будут вырабатывать столько же энергии, сколько панели на полноценном солнце. Если ваша крыша лишена солнечного света, затенена необрезанными деревьями или зданиями, солнечная энергия может оказаться не лучшим выбором.
- Сезонность. Как и погода, выработка солнечной энергии меняется день ото дня и месяц за месяцем. Облачный зимний день не будет таким же продуктивным, как солнечный летний. Но важно сосредоточиться на круглогодичной картине.
Например, снег иногда может отражать свет и улучшать фотоэлектрические характеристики. Таким образом, в действительности холодный месяц станет солнечным антагонистом, только если слякоть не покроет панели.
- Наклон. Солнечные панели должны иметь хороший наклон. Направление, в котором стоит ваш дом, его расположение, и даже уклон крыши, оказывают существенное влияние на эффективность работы солнечной солнечной системы. В идеале солнечные панели должны находиться под тем же углом, что и широта, на которой они установлены. Отклонения от 30 до 45 градусов обычно работают хорошо в большинстве сценариев.
- Азимут. Угол солнечного азимута — это направление компаса, откуда идет солнечный свет. В полдень солнечный свет исходит с юга в северном полушарии и с севера в южном полушарии. Неправильный угол азимута может снизить эффективность солнечной панели дома до 35%. Азимут нуля (обращенный к экватору) обычно является лучшим выбором.
Реальные бытовые солнечные панели могут достичь эффективности около 15 процентов, дать процентное соотношение здесь или там, и это вряд ли станет намного лучше. Солнечные элементы первого поколения с однопереходными солнечными батареями не будут приближаться к 30-процентному КПД ограничения Шокли-Кейссера, не говоря уже о лабораторных показателях в 46 процентов. Все виды неприятных реальных факторов будут влиять на номинальную эффективность, включая конструкцию панелей, то, как они расположены и под каким углом находятся, попадают ли они в тень, в какой чистоте вы их держите, насколько они горячие (повышение температуры имеют тенденцию снижать их эффективность), и вентилируются ли они (позволяя воздуху циркулировать внизу), чтобы они оставались прохладными.
Типы фотоэлектрических солнечных элементов
Большинство солнечных панелей, которые вы видите сегодня на крышах домов, по сути, представляют собой просто кремниевые бутерброды, специально обработанные («легированные»), чтобы сделать их лучшими электрическими проводниками. Ученые называют эти классические солнечные элементы первым поколением, в значительной степени отличая их от двух разных, более современных технологий, известных как второе и третье поколение. Так в чем же разница?
Первое поколение
Около 90 процентов солнечных панелей в мире изготовлены из пластин кристаллического кремния (сокращенно c-Si), нарезанных из крупных слитков, которые выращиваются в суперчистых лабораториях, процесс которых может занять до месяца. Слитки либо принимают форму монокристаллов (монокристаллический или моно-Si), либо содержат несколько кристаллов (поликристаллический, мульти-Si или поли-c-Si). Солнечные элементы первого поколения работают так, как мы показали выше: они используют одно простое соединение между кремниевыми слоями n-типа и p-типа, которые вырезаны из отдельных слитков. Таким образом, слиток n-типа можно получить, нагревая куски кремния с небольшим количеством фосфора, сурьмы или мышьяка в качестве легирующей добавки, в то время как слиток р-типа будет использовать бор в качестве легирующей примеси. Ломтики кремния n-типа и p-типа затем сливаются для соединения. Добавлены еще несколько наворотов (например, антиотражающее покрытие, которое улучшает поглощение света и придает фотоэлектрическим элементам их характерный синий цвет, защитное стекло на передней панели и пластиковая подложка, а также металлические соединения, позволяющие подключить элемент к цепи), но простой pn-переход — это сущность большинства солнечных панелей.
Второе поколение
Классические солнечные элементы представляют собой относительно тонкие пластины — обычно их доля составляет миллиметровую глубину (около 200 микрометров, 200 микрон или около того). Но они являются абсолютными плитами по сравнению с элементами второго поколения, широко известными как тонкопленочные солнечные элементы(TPSC) или тонкопленочные фотоэлектрические элементы (TFPV), которые снова примерно в 100 раз тоньше (несколько микрометров или миллионные доли метра глубиной). Хотя большинство из них все еще сделаны из кремния (другая форма, известная как аморфный кремний, a-Si, в которой атомы расположены случайным образом, а не точно упорядочены в правильной кристаллической структуре), некоторые сделаны из других материалов, в частности, теллурида кадмия (Cd -Te) и диселенид меди-индия-галлия (CIGS). Поскольку они чрезвычайно тонкие, легкие и гибкие, солнечные элементы второго поколения можно ламинировать на окнах, окнах в крыше, черепице и всех видах «подложек» (материалов подложки), включая металлы , стекло и полимеры (пластики). То, что элементы второго поколения приобретают в гибкости, они жертвуют эффективностью: классические солнечные элементы первого поколения по-прежнему превосходят их. Таким образом, в то время как первоклассные ячейки первого поколения могут достигать эффективности 15–20 процентов, аморфный кремний изо всех сил пытается достичь более 7 процентов, а лучшие тонкопленочные ячейки Cd-Te справляются только с 11 процентами, а ячейки CIGS не лучше чем 7–12 процентов. Это одна из причин, почему, несмотря на их практические преимущества, элементы второго поколения до сих пор оказывали относительно небольшое влияние на солнечный рынок.
Третье поколение
Новейшие технологии сочетают в себе лучшие черты ячеек первого и второго поколения. Как и клетки первого поколения, они обещают относительно высокую эффективность (30 процентов и более). Как и элементы второго поколения, они, скорее всего, будут изготовлены из материалов, отличных от «простого» кремния, таких как аморфный кремний, органические полимеры (создание органических фотоэлектрических элементов), кристаллы перовскита, и имеют несколько соединений (из нескольких слоев) различных полупроводниковых материалов. В идеале это сделало бы их дешевле, эффективнее и практичнее, чем клетки первого или второго поколения.
Сколько энергии мы можем получить с солнечными панелями?
В теории огромное количество. Давайте на время забудем солнечные элементы и просто рассмотрим чистый солнечный свет. До 1000 Вт необработанной солнечной энергии попадает на каждый квадратный метр Земли, направленной прямо с Солнца (это теоретическая мощность прямого солнечного света в полдень в безоблачный день — солнечные лучи излучают перпендикулярно поверхности Земли и дают максимальное освещение или инсоляцию), как это технически известно. На практике, после того, как мы скорректировали наклон планеты и время суток, лучшее, что мы можем получить, это, возможно, 100–250 Вт на квадратный метр в типичных северных широтах (даже в безоблачный день). Это составляет примерно 2–6 кВт/ч в день (в зависимости от того, находитесь ли вы в северном регионе, например, в Канаде или Шотландии, или наоборот в южном полушарии, например, в Аризоне или Мексике). Умножение производства на целый год дает нам где-то между 700 и 2500 кВт/ч на квадратный метр (700–2500 единиц электроэнергии). Более жаркие регионы, очевидно, обладают гораздо большим солнечным потенциалом: например, на Ближнем Востоке ежегодно получается на 50–100 процентов больше солнечной энергии, чем в Европе.
К сожалению, типичные солнечные элементы эффективны только на 15 процентов, поэтому мы можем захватить только часть этой теоретической энергии. Вот почему солнечные панели должны быть такими большими: количество энергии, которую вы можете производить, очевидно, напрямую связано с тем, сколько места вы можете позволить себе покрыть панелями. Один солнечный элемент (примерно размером с компакт-диск) может генерировать около 3–4,5 Вт; типичный солнечный модуль, изготовленный из массива около 40 элементов (5 рядов по 8 элементов), может генерировать около 100–300 Вт; поэтому несколько солнечных панелей, каждая из которых состоит из 3–4 модулей, могут генерировать абсолютный максимум в несколько киловатт (вероятно, достаточно для удовлетворения пиковой потребности дома в электроэнергии).
Источник: ecosun.tech
Что такое солнечная панель? Определение панели солнечных батарей, Значение панели солнечных батарей
Что такое панель солнечных батарей? Определение солнечной панели, значение солнечной панели — The Economic Times ) Dire..5Y Возврат
12,2 %
Инвестировать сейчас
Поиск
+
Деловые новости›Определения›Космические технологии›Солнечная панель
Предоставьте новое определение
Предлагаемые определения будут рассмотрены для включения в Economictimes.com
Space-Technology
Превзойд. Это те устройства, которые используются для поглощения солнечных лучей и преобразования их в электричество или тепло.
Описание: Солнечная панель на самом деле представляет собой набор солнечных (или фотогальванических) элементов, которые можно использовать для выработки электроэнергии за счет фотогальванического эффекта. Эти ячейки расположены в виде сетки на поверхности солнечных панелей.
Таким образом, его также можно описать как набор фотоэлектрических модулей, смонтированных на поддерживающей его конструкции. Фотоэлектрический (PV) модуль представляет собой упакованную и соединенную сборку из 6×10 солнечных элементов.
Эти панели очень устойчивы к износу. Солнечные батареи изнашиваются крайне медленно. За год их эффективность снижается примерно на один-два процента (иногда и меньше).
Большинство солнечных панелей состоят из солнечных элементов из кристаллического кремния.
Установка солнечных панелей в домах помогает бороться с вредными выбросами парниковых газов и, таким образом, способствует уменьшению глобального потепления. Солнечные панели не загрязняют окружающую среду и являются чистыми. Они также уменьшают нашу зависимость от ископаемого топлива (которое ограничено) и традиционных источников энергии.
В наши дни солнечные батареи используются в различных электронных устройствах, таких как калькуляторы, которые работают до тех пор, пока есть солнечный свет.
Однако единственным существенным недостатком солнечных батарей является их довольно высокая стоимость. Кроме того, солнечные панели устанавливаются на открытом воздухе, так как им нужен солнечный свет для зарядки.
Прочитайте больше новостей на
- Солнечная панель. По словам компаний, некоммерческая организация RMI по переходу к энергетике примет инициативу Virtual Power Plant Partnership (VP3), которая также будет направлена на формирование политики по продвижению использования систем.
- 20 лет и счет: как Амбани стал Alibaba и Alphabet of IndiaЗа 2 десятилетия, когда Мукеш Амбани был председателем, капитализация RIL выросла на 20,6% в год, а прибыль — на 16,4% в годовом исчислении. верните моджо на акции, поскольку сравнения с Гаутамом Адани еще больше усиливаются.
- 20 лет и счет: как Амбани стал Alibaba и Alphabet of IndiaЗа 2 десятилетия, когда Мукеш Амбани был председателем, капитализация RIL выросла на 20,6% в год, а прибыль — на 16,4% в годовом исчислении.
верните моджо на акции, поскольку сравнения с Гаутамом Адани еще больше усиливаются.
- CBI дает чистую метку Уммену Чанди в деле о сексуальной эксплуатацииЦентральное бюро расследований (CBI) представило отчет в Главный судебный магистратский суд здесь, предоставляя чистую метку бывшему главному министру Кералы Уммену Чанди в обвинении в сексуальной эксплуатации, выдвинутом премьер-министром обвиняют женщину в нашумевшей солнечной афере.
- CapitaLans India Trust инвестирует 1940 крор рупий в течение 4-5 лет в центре обработки данных в ЧеннаиCapitaLand India Trust Management Pte. Ltd., доверительный управляющий CapitaLand India Trust (CLINT), планирует инвестировать около 19 рупий.40 крор (примерно 328,8 млн долларов) в течение следующих четырех-пяти лет на приобретение и развитие центра обработки данных мощностью 55 мегаватт в Амбаттуре, Ченнаи.
- Правительство продлевает программу Rooftop Solar до марта 2026 г. Программа продлена до 31.03.2026 г., поэтому субсидия в рамках программы будет доступна до тех пор, пока не будет достигнута цель программы, говорится в заявлении Министерства новых и возобновляемых источников энергии (MNRE).
.
- Не слишком большой потенциал роста в следующие 2 квартала, но в 2023-2024 годах GHCL ожидает увеличения маржи: MD «В среднесрочной и долгосрочной перспективе спрос на кальцинированную соду будет устойчивым, и цены, вероятно, также будут устойчивыми. Небольшой спад, произошедший в этом квартале, может продолжиться еще в одном квартале. Мы взяли ценовую коррекцию примерно от 2,5% до 3%. Я не вижу никакого серьезного падения вперед отсюда. На мой взгляд, в будущем цены останутся твердыми или сбалансированными».
- Не слишком большой потенциал роста в следующие 2 квартала, но в 2023-2024 годах GHCL ожидает увеличения маржи: MD«В среднесрочной и долгосрочной перспективе спрос на кальцинированную соду будет устойчивым, и цены, вероятно, также будут устойчивыми. Небольшой спад, произошедший в этом квартале, может продолжиться еще в одном квартале. Мы взяли ценовую коррекцию примерно от 2,5% до 3%. Я не вижу никакого серьезного падения вперед отсюда. На мой взгляд, в будущем цены останутся твердыми или сбалансированными».
- COP27: Глава ВТО Нгози Оконджо-Ивеала стремится возродить переговоры о «зеленой торговле» Переговоры об отмене тарифов и других торговых барьеров на такие товары, как солнечные панели или средства управления «умным» отоплением, которые могут решить проблему изменения климата, рассматриваются как важный шаг на пути к снижению стоимости защита окружающей среды. Но дискуссии в ВТО провалились в 2016 году после разногласий между Китаем и западными странами по поводу того, какие продукты должны быть включены в экологический список.
- Сильная производственная база, цепочка поставок необходима для того, чтобы сделать солнечную энергию жизнеспособной по текущему тарифу: Прашант Джайн, JSW EnergyПрашант Джайн, совместный управляющий и генеральный директор JSW Energy, сказал, что большая часть солнечных панелей Индии импортируется из Китая, где цены на поликремний и общие цены на панели выросли с 20 центов за ватт до 40 центов за ватт за последнее время. В то же время рупия обесценилась с 72 до 83 долларов за доллар.
Загрузить больше
Trending Definitions Долговые фонды Ставка репоВзаимный фондВаловой внутренний продуктСбор данныхРекламаПродуктМонополияКриптографияАмортизация
Системы солнечной энергии: что такое солнечные панели?
Узнайте о солнечной энергии | Солнечная 101
Последнее обновление 13.01.2023
С 1954 года, когда ученые из Bell Telephone обнаружили, что кремний — элемент, содержащийся в песке — создает электрический заряд при воздействии солнечного света, солнечные технологии развились и были приняты более чем в 2 миллионах домов по всей стране. Сегодня системы солнечных панелей представляют собой очень привлекательный вариант для домов и предприятий в качестве чистой и доступной энергии.
Системы солнечных панелей: основы
Благодаря разработке солнечных панелей мы можем использовать энергию неисчерпаемого источника энергии — солнца.
Системы солнечных панелей работают очень просто:
- В течение дня солнечные элементы в ваших солнечных панелях поглощают энергию солнечного света;
- Цепи внутри клеток собирают эту энергию и превращают ее в энергию постоянного тока (DC);
- Электроэнергия постоянного тока проходит через устройство, называемое инвертором, для преобразования его в полезную электроэнергию переменного тока (AC), которая выходит из ваших стенных розеток;
- Все это означает, что вы можете использовать это электричество в своем доме, хранить его с помощью солнечной батареи или отправлять обратно в сеть.
Ниже мы рассмотрим краткий обзор систем солнечных батарей, а также оборудования, которое вам понадобится для производства энергии с использованием солнца. Уже разбираетесь в том, как работает солнечное оборудование? Большой! Ознакомьтесь со следующими статьями в нашем разделе «Солнечная энергия 101» или перейдите к следующему разделу, чтобы узнать о преимуществах солнечной энергии.
Что такое солнечная панель?
Солнечная панель — это устройство, которое собирает солнечный свет и превращает его в полезную электроэнергию . Солнечные панели обычно состоят из солнечных элементов (сделанных из кремния), электропроводки, металлического каркаса и стеклянного покрытия. Типичная солнечная панель имеет ширину около четырех футов и высоту шесть футов.
Какие компоненты составляют систему солнечных батарей?
Солнечные панели — очень простые системы. Любая система солнечных панелей состоит всего из четырех основных компонентов и не содержит движущихся частей, что делает их очень эффективными в установке и обслуживании. Четыре компонента системы солнечных батарей:
- Солнечные фотоэлектрические панели – для преобразования солнечной энергии в электричество
- Инверторы – для преобразования электричества постоянного тока в электричество переменного тока
- Стеллажи и монтажные системы – для крепления солнечных панелей к крыше (или к земле, в зависимости от типа установки)
- Системы мониторинга производительности – для отслеживания и контроля производительности и состояния ваших солнечных панелей и инверторов
Солнечные панели
Солнечные панели состоят из ряда кремниевых солнечных элементов, покрытых листом стекла и удерживаемых вместе металлическим каркасом, с проводкой и схемой внутри и позади элементов для сбора потока электрического тока, выходящего из солнечной батареи.
клетки. Каждая солнечная панель, также называемая солнечным модулем, обычно имеет размер около 4 на 6 футов и весит около 30 фунтов.
Несмотря на отсутствие движущихся частей, «активный» компонент солнечной панели находится в самих кремниевых элементах: когда солнечный свет попадает на кремниевые солнечные элементы, он активирует электроны, которые начинают течь через элемент. Провода в ячейках улавливают этот поток электронов, который затем объединяется с выходом других ячеек в солнечной панели. Для более подробного ознакомления с тем, как на самом деле работают солнечные панели и солнечные элементы, ознакомьтесь с нашей статьей на эту тему.
Как правило, солнечные батареи имеют формат 60 или 72 ячейки. Тем не менее, многие компании экспериментируют с новыми способами повышения эффективности солнечных элементов при преобразовании солнечного света в электрический ток, так что теперь вы увидите много «полуразрезанных» солнечных панелей, где каждая ячейка разрезается пополам, так что вы получаете двойную мощность.
количество ячеек на солнечном модуле (например, 120 или 144).
Не все панели созданы одинаковыми
Чтобы выбрать солнечные панели, подходящие для вашего дома и вашего кошелька, необходимо учитывать множество критериев, включая качество продукции, долговечность и долгосрочную работу. Узнайте больше о том, как оценивать солнечные панели, в Руководстве покупателя EnergySage по солнечным батареям.
Инверторы
Элементы ваших солнечных панелей собирают солнечную энергию и превращают ее в электричество постоянного тока. Однако в большинстве домов и предприятий используется переменный ток (AC). Инверторы превращают электроэнергию постоянного тока с ваших панелей в полезную электроэнергию переменного тока. Существует два основных типа солнечных инверторов: струнные (или централизованные) инверторы и микроинверторы. Струнные инверторы также могут добавлять оптимизаторы мощности, чтобы они работали аналогично системе микроинверторов.
Струнный (или централизованный) инвертор: Один инвертор соединяет весь массив солнечных панелей с вашей электрической панелью.
Струнные инверторы часто являются наименее дорогим вариантом инвертора и представляют собой очень надежную технологию, которая исторически была наиболее часто устанавливаемым типом инвертора. К каждому инвертору можно подключить несколько рядов панелей; однако, если производство электроэнергии одной из панелей в цепочке падает (что может произойти из-за затенения), это может временно снизить производительность всей этой цепочки.
Микроинверторы: Если вы выбираете микроинверторы, они (обычно) устанавливаются на каждую солнечную панель, что позволяет каждой панели максимизировать производительность. Если некоторые из ваших панелей затенены в разное время дня или если они не все установлены в одном направлении, микроинверторы сведут к минимуму проблемы с производительностью. Стоимость микроинверторов, как правило, выше, чем стоимость струнных инверторов.
Оптимизаторы мощности: Системы, в которых используются оптимизаторы мощности, представляют собой гибрид микроинверторов и систем струнных инверторов.
Как и микроинверторы, на каждой панели установлены оптимизаторы мощности. Однако вместо того, чтобы преобразовывать электричество постоянного тока от солнечных панелей в электричество переменного тока, оптимизаторы «кондиционируют» электричество постоянного тока перед отправкой его в централизованный инвертор. Как и микроинверторы, они хорошо работают, когда одна или несколько панелей затенены или если панели установлены в разных направлениях. Системы оптимизатора мощности, как правило, стоят больше, чем системы струнных инверторов, но меньше, чем системы микроинверторов.
Стеллажные и монтажные системы
Солнечные стеллажные и монтажные системы — это оборудование, которое прикрепляет солнечные панели к крыше или к земле.
Для оптимальной работы солнечные панели должны быть направлены на юг и устанавливаться под углом от 30 до 45 градусов (в зависимости от того, насколько далеко вы находитесь от экватора). Панели, обращенные на восток или запад и расположенные под углом в пять и более градусов, по-прежнему будут работать хорошо, но будут производить на 10–20% меньше электроэнергии, чем панели, установленные в идеальных условиях.
Для бытовых солнечных батарей большинство систем, устанавливаемых на крыше, являются «лежачими» системами, что означает, что наклон ваших солнечных панелей параллелен уклону вашей крыши. В некоторых случаях, однако, вы можете использовать стеллажи, чтобы наклонить или расположить панели под углом, который лучше всего подходит для захвата солнечных лучей.
Существует два типа креплений: фиксированные крепления, в которых панели остаются неподвижными, и следящие крепления, которые позволяют панелям «следовать» за солнцем, когда оно движется по небу в течение дня (одноосные направляющие крепления) и во время смена времен года (двухосные крепления гусениц). Крепления для трекеров подходят только для наземных солнечных батарей.
Системы мониторинга производительности
Системы мониторинга производительности предоставляют вам подробную информацию о производительности вашей системы солнечных панелей. С помощью системы мониторинга вы можете измерять и отслеживать количество электроэнергии, вырабатываемой вашей системой каждый час.
Все инверторы, наиболее часто используемые на рынке жилых помещений, поставляются с приложениями для мониторинга производства , чтобы вы могли отслеживать производительность ваших панелей. В некоторых случаях приложение также предоставляет мониторинг потребления , чтобы помочь вам отслеживать общую экономию от вашей системы солнечных батарей. Примечание: этот дополнительный мониторинг потребления может осуществляться за дополнительную плату.
Мониторинг вашей системы солнечных панелей может помочь вам выявить любые проблемы с производительностью, чтобы обеспечить максимальное производство электроэнергии и финансовую отдачу от вашей системы солнечных панелей.
Существует два основных типа систем мониторинга:
- Мониторинг на месте: Устройство мониторинга физически находится на вашем участке и регистрирует количество произведенной электроэнергии.
- Удаленный мониторинг: Ваша солнечная фотоэлектрическая система передает данные о своей производительности в службу мониторинга, к которой вы можете получить доступ через Интернет или с помощью мобильного устройства.