Солнечные панели это. Солнечные батареи: принцип работы, виды и преимущества использования

Как работают солнечные батареи. Из каких элементов состоят солнечные панели. Какие виды солнечных батарей существуют. В чем преимущества использования солнечных батарей для дома и производства.

Устройство и история появления солнечных батарей

Идея использования неисчерпаемой энергии солнца зародилась еще в XX веке. Первые попытки создания солнечных электростанций были не очень эффективными, так как основывались на многоступенчатой трансформации энергии. Прорыв произошел в 1839 году, когда Александр Беккерель открыл фотоэлектрический эффект — прямое преобразование солнечного света в электричество.

Однако до создания первых работающих солнечных батарей прошло еще немало времени. Только в 1873 году были изобретены полупроводники, ставшие основой для современных фотоэлементов. С этого момента началась активная работа над созданием эффективных солнечных панелей.

Из чего состоит солнечная батарея?

Основным элементом солнечной батареи являются фотоэлементы — небольшие полупроводниковые устройства, преобразующие энергию солнечного света в электрический ток. Современная солнечная панель представляет собой основу определенного размера, на которой размещено множество соединенных между собой фотоэлементов.

Фотоэлементы покрываются защитным слоем, чаще всего — закаленным стеклом. Это предохраняет хрупкие полупроводники от механических повреждений и воздействия окружающей среды. С обратной стороны панель закрывается герметичным материалом для защиты от влаги.

Принцип работы солнечной батареи

Как же работает солнечная батарея? Принцип ее действия основан на фотоэлектрическом эффекте. При попадании солнечного света на поверхность фотоэлемента в нем возникает разность потенциалов, что приводит к появлению электрического тока.

Процесс преобразования энергии в солнечной батарее можно разделить на несколько этапов:

1. Солнечный свет попадает на поверхность фотоэлемента
2. Фотоны света выбивают электроны из атомов полупроводника
3. Образуется разность потенциалов между слоями фотоэлемента
4. Возникает направленное движение электронов — электрический ток
5. Ток от отдельных фотоэлементов суммируется в общий поток

Полученный постоянный ток преобразуется инвертором в переменный, который можно использовать для питания бытовых приборов или передавать в общую электросеть.

Виды солнечных батарей

Существует несколько основных видов солнечных батарей, различающихся по используемым материалам и технологии производства:

• Монокристаллические — изготавливаются из цельных кристаллов кремния
• Поликристаллические — состоят из множества мелких кристаллов
• Тонкопленочные — производятся путем нанесения тонких слоев полупроводника на подложку
• Гибкие — могут принимать изогнутую форму

Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки по эффективности, стоимости и области применения.

Преимущества использования солнечных батарей

Использование солнечных батарей для получения электроэнергии имеет ряд важных преимуществ:

• Экологичность — не загрязняют окружающую среду в процессе работы
• Возобновляемость источника энергии
• Низкие эксплуатационные расходы
• Автономность энергоснабжения
• Долгий срок службы (25-30 лет)
• Модульность конструкции — легко наращивать мощность

Благодаря этим достоинствам солнечные батареи становятся все более популярным решением как для частных домов, так и для промышленных объектов.

Применение солнечных батарей в быту и на производстве

Солнечные панели находят широкое применение в различных сферах:

• Энергоснабжение частных домов и дач
• Освещение улиц и автомагистралей
• Питание маломощных устройств (калькуляторы, часы)
• Зарядка мобильных гаджетов
• Энергообеспечение космических аппаратов
• Автономное электроснабжение промышленных объектов

С развитием технологий область применения солнечных батарей постоянно расширяется. Они становятся доступнее по цене и эффективнее, что способствует их массовому внедрению.

Перспективы развития солнечной энергетики

Солнечная энергетика — одно из самых перспективных направлений возобновляемой энергетики. Ученые постоянно работают над повышением КПД солнечных элементов и снижением их стоимости. Среди перспективных разработок:

• Перовскитные солнечные элементы с КПД до 29%
• Многослойные фотоэлементы
• Концентраторные системы
• Прозрачные солнечные панели для окон

Прогресс в этой области позволяет надеяться, что в будущем солнечные батареи смогут обеспечивать значительную долю мирового энергопотребления, способствуя решению экологических проблем.

Солнечные батареи: как это работает

Солнечные батареи уже сейчас используются для питания самой разнообразной техники: от мобильных гаджетов до электромобилей. Как устроены, какими бывают и на что способны современные солнечные батареи, вы узнаете из этой статьи.

История создания

Так исторически сложилось, что солнечные батареи – это уже вторая попытка человечества обуздать безграничную энергию Солнца и заставить ее работать себе на благо. Первыми появились солнечные коллекторы (солнечные термальные электростанции), в которых электричество вырабатывает нагретая до температуры кипения под сконцентрированными солнечными лучами вода.

Солнечная термальная электростанция в испанском городе Севилья

Солнечные же батареи производят непосредственно электричество, что намного эффективнее. При прямой трансформации теряется значительно меньше энергии, чем при многоступенчатой, как у коллекторов (концентрация солнечных лучей, нагрев воды и выделение пара, вращение паровой турбины и только в конце выработка электричества генератором).

Современные солнечные батареи состоят из цепи фотоэлементов – полупроводниковых устройств, преобразующих солнечную энергию напрямую в электрический ток. Процесс преобразования энергии солнца в электрической ток называется фотоэлектрическим эффектом.

Данное явление открыл французский физик Александр Эдмон Беккерель в середине XIX века. Первый же действующий фотоэлемент спустя полвека создал русский ученый Александр Столетов. А уже в двадцатом столетии фотоэлектрический эффект количественно описал не требующий представления Альберт Эйнштейн.

Беккерель, Столетов и Эйнштейн – именно этому «трио» ученых мы обязаны созданием солнечных батарей

 

Принцип работы

Полупроводник – это такой материал, в атомах которого либо есть лишние электроны (n-тип), либо наоборот, их не хватает (p-тип). Соответственно, полупроводниковый фотоэлемент состоит из двух слоев с разной проводимостью. В качестве катода используется n-слой, а в качестве анода – p-слой.

Лишние электроны из n-слоя могут покидать свои атомы, тогда как p-слой эти электроны захватывает. Именно лучи света «выбивают» электроны из атомов n-слоя, после чего они летят в p-слой занимать пустующие места. Таким способом электроны бегут по кругу, выходя из p-слоя, проходя через нагрузку (в данном случае аккумулятор) и возвращаясь в n-слой.

Схема работы фотоэлемента

Первым в истории фотоэлектрическим материалом был селен. Именно с его помощью производили фотоэлементы в конце XIX и начале XX веков. Но учитывая крайне малый КПД (менее 1 процента), селену сразу же начали искать замену.

Массовое же производство солнечных батарей стало возможным после того как телекоммуникационная компания Bell Telephone разработала фотоэлемент на основе кремния. Он до сих пор остается самым распространенным материалом в производстве солнечных батарей. Правда, очистка кремния – процесс крайне затратный, а потому мало-помалу пробуются альтернативы: соединения меди, индия, галлия и кадмия.

Селен – исторически первый, а кремний – самый массовый материал в производстве фотоэлементов

Понятное дело, что мощности отдельных фотоэлементов недостаточно, чтобы питать мощные электроприборы. Поэтому их объединяют в электрическую цепь, тем самым формируя солнечную батарею (другое название – солнечная панель).

На каркас солнечной батареи фотоэлементы крепятся таким образом, чтобы их в случае выхода из строя можно было заменять по одному. Для защиты от воздействия внешних факторов всю конструкцию покрывают прочным пластиком или закаленным стеклом.

Мобильный телефон Samsung E1107 оснащен солнечной батареей

 

Существующие разновидности

Классифицируются солнечные батареи по мощности вырабатываемого электричества, которая зависит от площади панели и ее конструкции. Мощность потока солнечных лучей на экваторе достигает 1 кВт, тогда как в наших краях в облачную погоду она может опускаться ниже 100 Вт. В качестве примера возьмем средний показатель (500 Вт) и в дальнейших расчетах будем отталкиваться от него.

Наручные часы Citizen Eco-Drive с солнечной батареей вместо циферблата

Самым низким коэффициентом фотоэлектрического преобразования обладают аморфные, фотохимические и органические фотоэлементы. У первых двух типов он равен примерно 10 процентам, а у последнего – всего лишь 5 процентам. Это означает, что при мощности солнечного потока в 500 Вт солнечная панель площадью один квадратный метр будет вырабатывать соответственно 50 и 25 Вт электроэнергии.

Монтаж солнечных панелей на крыше жилого дома

В противовес вышеупомянутым типам фотоэлементов выступают солнечные батареи на основе кремниевых полупроводников. Коэффициент фотоэлектрического преобразования на уровне 20%, а при благоприятных условиях — и 25% для них привычное дело. Как результат, мощность метровой солнечной панели может достигать 125 Вт.

Гоночный электромобиль Honda Dream на солнечных батареях появился еще в 1996 г.

Конкурировать по мощности с кремниевыми солнечными батареями способны разве что решения на основе арсенида галлия. Используя это соединение, инженеры научились создавать многослойные фотоэлементы с КФП свыше 30% (до 150 Вт электричества с квадратного метра).

Портативная солнечная панель Solarland мощностью 130 Вт и стоимостью $860

Если же говорить о площади солнечных батарей, то существуют как миниатюрные «пластинки» мощностью до 10 Вт (для частой транспортировки), так и широченные «листы» на 200 Вт и более (сугубо для стационарного использования).

Беспилотный самолет, разработанный NASA Ames Research Center, способен на солнечной энергии пролететь от восточного побережья США до западного

На работу солнечных батарей может негативно влиять ряд факторов. К примеру, с ростом температуры снижается КФП фотоэлементов. Это при том, что солнечные батареи как раз-то и устанавливают в жарких солнечных странах. Получается своеобразная палка о двух концах.

Солнечную батарею Voltaic можно носить у себя за спиной

А если затемнить часть солнечной панели, то неактивные фотоэлементы не только прекращают вырабатывать электричество, но и становятся дополнительной, зловредной нагрузкой.

«Солнечное дерево – культурный и одновременно научный символ австрийского городка Глайсдорф

 

Крупнейшие производители

Лидерами глобального производства солнечных батарей являются компании Suntech, Yingli, Trina Solar, First Solar и Sharp Solar. Первые три представляют Китай, четвертая – США, а пятая, как нетрудно догадаться, является подразделением японской корпорации Sharp.

Гольфкар на солнечных батареях – бесшумное и экологически чистое средство передвижения

Американская компания First Solar не только производит солнечные батареи, но и принимает непосредственное участие в проектировании и строительстве солнечных электростанций. Мощнейшая в мире СЭС Агуа-Калиенте, которая находится в штате Аризона, США – дело рук инженеров First Solar.

Крупнейшую же украинскую СЭС «Перово» строила и снабжала солнечными панелями австрийская компания Activ Solar.

Китайская же компания Suntech прославилась тем, что готовила к летней Олимпиаде-2008 футбольный стадион под названием «Птичье гнездо» в Пекине. Вырабатываемая на протяжении дня с помощью солнечных батарей электроэнергия аккумулируется, а затем используется для освещения стадиона, полива травы на футбольном поле и работы телекоммуникационного оборудования.

Национальный стадион в Пекине густо усеян солнечными батареями производства Suntech

 

Выводы

Еще два десятилетия назад диковинкой казались микрокалькуляторы с фотоэлементами, что позволяло не менять в них «батарейку-таблетку» годами. Сейчас же мобильные телефоны со встроенной в заднюю крышку солнечной панелью никого не удивляют. А ведь это мелочь в сравнении с автомобилями и самолетами (пусть и беспилотными), которые научились передвигаться при помощи одной лишь солнечной энергии.

Будущее солнечных батарей видится точно таким же светлым, как само солнце. Хочется верить, что именно солнечные батареи позволят наконец-то вылечить смартфоны и планшеты от «розеткозависимости».

Солнечные батареи, их характеристика

Солнечная батарея — объединение фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток, в отличие от солнечных коллекторов, производящих нагрев материала-теплоносителя.

Солнечные батареи, которые также называют солнечными панелями или солнечными модулями, строятся из отдельных фотоэлектрических преобразователей (так называемых солнечных элементов), которые соединяются друг с другом в последовательные и параллельные цепи, в совокупности работающие как единый источник тока.

Собственно одна панель может рассматриваться как источник тока. Несколько солнечных панелей образуют автономную солнечную электростанцию

, которая может быть малой (если речь идет например о частном доме) или большой (если речь идет о промышленной солнечной электростанции) мощности. Размер солнечной станции зависит от ее назначения и от нужд ее потребителя.

Одна солнечная панель обычно содержит количество элементов кратно 12, а именно: 12, 24, 36, 48, 60 или 72 солнечных элемента. Номинальная мощность одной такой панели обычно лежит в диапазоне от 30 до 350 ватт. Соответственно размер и вес панели тем больше, чем больше ее номинальная мощность.

На сегодняшний день реальный КПД солнечных батарей, доступных широкому потребителю, лежит в пределах от 17 до 23%. Есть отдельные экземпляры, декларирующие КПД до 24%, но это скорее исключения и преувеличения. Лаборатории по всему миру стремятся разработать солнечные элементы, КПД которых хотя бы приблизился к 30% — это было бы очень хорошим результатом для источника энергии данного типа, если смотреть на вещи реально.

Солнечные батареи на базе кремния, как альтернативный источник электрической энергии, проверены временем, они отличаются надежностью и безопасностью, компактностью и относительной доступностью. Срок их нормальной эксплуатации доходит до 30 лет и даже превышает. Хотя, справедливости ради стоит отметить, что кремниевые фотоэлектрические элементы со временем деградируют, это выражается в снижении получаемой при полном освещении мощности примерно на 10% от первоначального номинала за каждые 10 лет активной эксплуатации.

То есть если в 2019 году приобреталась новая солнечная панель на 300 Вт, то к 2039 году она будет способна выработать максимум 240 Вт. По этой причине следует вычислять установленную мощность системы с определенным запасом по току. Что касается тонкопленочных элементов, то они временем не проверены, но специалисты утверждают, что скорость деградации в первые же годы у них многократно выше чем у монокристаллических и поликристаллических кремниевых элементов.

При нормальной эксплуатации ни замена элементов, ни какое бы то ни было иное специальное обслуживание монокристаллическим и поликристаллическим солнечным панелям не требуется. Они просты в установке, не содержат движущихся частей, их поверхность обращенная к солнцу всегда имеет защитное механически прочное покрытие.

Вольт-амперная характеристика солнечных батарей снимается в лабораторных условиях при производстве и приводится в спецификации. Стандартный тест проводится при радиации 1000 Вт/кв.м при температуре окружающего воздуха 25°С, как на широте 45°.

Здесь можно видеть крайние точки ВАХ, в которых снимаемая с батареи мощность обращается в ноль. Напряжение холостого хода — Voc — это максимально доступное напряжение на выходе батареи при разомкнутой цепи нагрузки. Ток при коротко замкнутой цепи нагрузки — Isc – это, соответственно, ток при нулевом выходном напряжении.

Практически батарея всегда работает в неком оптимальном режиме где-то посередине между этими двумя точками. В оптимальной точке MPP — максимальная мощность нагрузки. Номинальное напряжение для точки максимальной мощности обозначается Vp, а номинальный ток для данной точки — Ip. В этой точке определяется и КПД солнечной панели.

В принципе солнечная батарея способна работать в любой точке ВАХ, однако для получения максимальной эффективности полезно использовать точку наивысшей мощности, поэтому солнечные панели никогда не питают нагрузку напрямую. Для достижения лучшей эффективности, между солнечной батареей и аккумуляторами (инвертором) следует подключить контроллер заряда с технологией MPPT, который всегда будет работать в точке максимума доступной мощности при любой текущей интенсивности солнечного освещения.

Ранее ЭлектроВести писали, что компания Neoventi из баварского Диспекка выпустила на рынок небольшую ветряную турбину, которая представляет собою ротор с горизонтальной осью. Она предназначена для использования на краях кровли зданий с плоской крышей, потому что именно в этих местах преобладают увеличенные скорости ветра, которые и используются ветряными турбинами для выработки электроэнергии.

По материалам: electrik.info.

Солнечные панели. Как это работает в Италии.

Энергетика, как мы знаем, является основой всего мирового хозяйства. И про кризис энергетический мы тоже наслышаны.
Европейские страны не способны удовлетворить свои энергетические потребности за счет первичных энергоресурсов, добываемых в национальных границах. Не все страны так богаты, как Россия. Ограниченность углеводородного сырья составляет сегодня главный стержень глобальной энергетической проблемы. Нефть, газ и уголь когда-то закончатся. Именно поэтому так много исследований и разработок в энергетике из альтернативных возобновляемых источников (ядерная энергия, солнечная радиация, тепло Земли и т.д.). И вроде, когда научились использовать атом, казалось, что теперь-то проблема энергетики канут в Лету. Но атом оказался не так-то прост. После нескольких катастроф на АЭС к ядерной энергии в Европе относятся со страхом, поэтому Евросоюз идет в направлении по использованию альтернативных источников электроэнергии.
Меня эта тема всегда интересовала, я много читала об этом и хочу рассказать вам, как это направление развивается в Италии.

Евросоюз обязал Италию к 2020 году вырабатывать 17% электроэнергии от общего национального потребления, используя альтернативные источники. Правительство Италии, чтобы заинтересовать население страны к переходу на самообеспечение электроэнергией, в 2007 году разработало систему стимулирующих выплат за установку солнечных панелей. На сегодняшний день это составляет 0,27 € за каждый выработанный киловатт. Платежи осуществляются в течении 20 лет с момента установки солнечных батарей. Таким образом, окупаемость такой инвестиции составляет 5-7 лет.
Конечно, я не могла пропустить эту тему, живя на Сицилии, где солнечных дней в году 300 и более, и цена на электричество просто заоблачная (одна из самых высоких в ЕС).
На Сицилии солнечные батареи — это выход. Похвалюсь, что мы в нашем районе одни из первых их установили. Затраты были, но государство их практически компенсировало, а сейчас мы даже немного зарабатываем, продавая излишки электричества по 0,11 € за киловатт.

Солнечная батарея — это несколько объединенных фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементы) — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток, который поступает в инвертор, где преобразовывается в переменный.

Наши солнечные панели расположены на крыше на южной стороне, что немаловажно. Можно размещать и на запад, и на восток, но производительность в таких случаях падает минимум на 15%. Наши панели при идеальных погодных условиях вырабатывают 30 кВт в день. Этого нам вполне хватает и для бытового использования и для фермы. Но, даже имея, солнечные батареи, мы не автономны, а подключены к одной общей сети, куда и поступает наша электроэнергия. Это сделано для того, чтобы излишками электроэнергии могли воспользоваться и другие.
На Сицилии можно увидеть и такую картину.

Целая плантация солнечных батарей. Сначала их разрешали устанавливать и на земле, но поскольку люди стали занимать ими слишком большие площади сельскохозяйственных угодий (панели это еще и очень выгодное вложение денег), государство запретило установку солнечных батарей на земле из-за возможных негативных экологических последствий.
На Сицилии используются и другие устройства для выработки альтернативной электроэнергии, но об этом в следующем посте.

Добавить в друзья

Солнечные батареи для дома и дачи: как правильно выбрать и установить

Показатель	Монокристаллические солнечные батареи	Поликристаллические солнечные батареи
Кристаллическая структура	Зёрна кристалла параллельны. Кристаллы ориентированы в одну сторону.	Зёрна кристалла не параллельны. Кристаллы ориентированы в разные стороны.
Температура производства	1400°С	800-1000°С
Цвет	Чёрный	Синий
Стабильность	Высокая	Высокая, но меньше, чем у моно
Цена	Высокая	Высокая, но меньше, чем у моно

Как правильно выбрать автономную систему

Перед покупкой солнечной электростанции учитывайте следующие параметры:

• Суточное потребление подключаемых электроприборов.
• Место установки солнечных панелей (ориентация на юг, оптимальный угол наклона, отсутствие тени на панелях).
• Место установки АКБ (должны находиться в помещении при плюсовой температуре, но не выше 25 градусов).
• Пиковые нагрузки электроприборов (насосы, холодильник).
• Круглогодичная или только летняя эксплуатация системы.

Монокристаллические чаще используются в регионах с высокой солнечной активностью, поликристаллические – с низкой активностью солнца. Если вам нужна солнечная батарея для дачи – обратите внимание на микроморфные модели. Они недорогие, но имеют в 2 раза большую площадь. Системы из микроморфного кремния могут эффективно работать под широким углом и в пасмурную погоду. Для больших станций, которые устанавливаются на крышах предприятий и на земле, лучше использовать гетероструктурные модули (КПД 22%) российского производителя «Хевел» (Hevel).

Краткий обзор производителей

Лидирующие мировые производители солнечных панелей:

• TopRaySolar (Китай) выпускает панели из монокристаллического кремния мощностью 20-300 Вт и поликристаллические кремниевые батареи мощностью 20-300 Вт.
• Axitec (Германия) разрабатывает фотоэлементы на основе монокристаллического и поликристаллического кремния мощностью от 260 до 330 Вт.
• Hevel (Россия) – производитель микроморфных панелей, а также гетероструктурных с высоким КПД (22%).

Установка солнечных панелей

Монтаж системы требует специальных навыков. Самостоятельная установка не рекомендуется, поскольку при малейшей ошибке в расчётах вы рискуете обесточить дом. В случае неудачи стоимость ремонта может превысить цену за монтажные услуги.

Чаще всего цена монтажа рассчитывается от стоимости системы в размере 10-15%. Высоких цен пугаться не стоит. компании, которые устанавливают данное оборудование, за эту сумму предоставляют гарантию (что всё будет подключено и установлено правильно) как минимум на 1 год.

Заказывая профессиональную установку, вы избавитесь от проблем. Специалисты рассчитают необходимое количество панелей, помогут определиться с типом батарей, правильно определят оптимальное место установки, угол наклона и другие параметры.

Монтаж стандарной установки до 5 кВт выполняется в течение одного дня.

Выгодно ли использовать солнечные батареи на даче

Устанавливая солнечные батареи на своём загородном участке, владелец дома предполагает, что сразу же начнёт экономить на освещении. Это правда, но только при установке СЕТЕВОЙ солнечной электростанции без использования аккумуляторов.

• Срок окупаемости в среднем составляет 5-10 лет в зависимости от тарифа на электричество.
• Максимальную эффективность данная установка принесёт тем владельцам дачных участков, которые проживают в широтах с преобладающим большинством солнечных дней.
• В зимнее время в средней полосе России количество солнечных дней сильно уменьшается и на все нужды вырабатываемой энергии не хватит.

Отопление от солнечных батарей в России

Считается, что установка солнечных батарей является отличной инвестицией в дом и в будущее. Системы недорогие, экологичные и автономные. На первый взгляд кажется, что про перебои с электричеством и счета можно забыть. Однако в России отопление от солнечных панелей, как и желание отказаться от городской сети, является всё же нерентабельным.

Качественная солнечная электростанция – недешёвое оборудование. Для необходимой мощности потребуется множество панелей и аккумуляторов. В регионах с низкими тарифами на электричество такая установка будет изначально невыгодной. Но в труднодоступных районах, где требуется постоянный подвоз дизельного топлива и техническое обслуживание генераторов, солнечные электростанции получаются более выгодными и имеют срок окупаемости 2-3 года.

С одной стороны, электростанция на фотоэлементах не требует особого обслуживания, но 1-2 раза в год вытирать пыль и счищать снег всё-таки необходимо. К тому же при ежедневной эксплуатации автономной системы у аккумуляторов снижается срок службы до 3-4 лет, т. к. он измеряется количеством циклов заряда-разряда. Это означает, что тратить средства на замену АКБ всё же придётся.

Другой вариант возможной установки солнечных панелей для экономии электричества — это сетевая солнечная электростанция без аккумуляторов. Она позволяет замещать электричество из городской сети в дневное время суток. Такая система окупается за 5-10 лет в зависимости от стоимости электроэнергии. Основное преимущество — это модульность (можно ставить параллельно несколько станций) системы, которое даёт возможность дальнейшего расширения без замены уже установленного оборудования. И, конечно, срок эксплуатации 35-40 лет без специального технического обслуживания.

Также если на даче часто отключают электричество, можно использовать гибридную солнечную электростанцию, которая объединяет в себе бесперебойную систему (замена генератора) и сетевую для экономии электричества.

Солнечные батареи: ставить или нет

Безусловно, автономная солнечная электростанция на поликристаллических или монокристаллических батареях незаменима в местах, где электричество вовсе отсутствует. Но там, где есть электричество, есть смысл подключить сетевую станцию без АКБ, которая будет компенсировать затраты днём, а лишнюю энергию можно будет продавать в городскую сеть по специальному «зелёному» тарифу.

Пример использования солнечных батарей на даче: всю неделю с понедельника по пятницу солнечные батареи отдают лишнюю электроэнергию в городскую сеть (и вам за это платят), а в выходные вы приезжаете на дачу и отдыхаете бесплатно.

Компания 220-on предлагает оптимальное, проверенное оборудование под текущие задачи клиента без накруток и переплат. В каталоге собраны модели от надёжных и проверенных производителей. Все модели обеспечивают высокую производительность и мощность.

Специалисты 220-on выполнят монтаж и проведут гарантийное и постгарантийное обслуживание. Получить консультацию по подбору оборудования можно по телефону +7 (495) 646-12-20 или по бесплатной горячей линии 8-800-500-20-74.

Принцип работы солнечной батареи — как работает солнечная панель?

Если раньше люди были зависимы от централизованного энергоснабжения, то сейчас у всех есть хорошая альтернатива – солнечные батареи. Такое оборудование идеально для установки в частных домах, дачах, на промышленных объектах. Электростанции стали доступнее по цене и разнообразнее по видам и мощности. В этой публикации мы детальнее рассмотрим принцип работы солнечной батареи, ее виды и преимущества использования в быту и на производстве.

Устройство и история появления солнечных батарей

Человечество уже давно задумывалось об использовании неиссякаемой энергии солнца. Первые попытки предпринимались еще в двадцатом веке. Тогда была разработана концепция термальной электростанции. Однако на практике она показывала очень низкую эффективность, ведь концепция подразумевала трансформацию энергии солнца. Проанализировав первую неудачу, ученые пришли к выводу, что необходимо использовать солнечные лучи напрямую. Такой принцип был открыт в 1839 году. Его основал Александр Беккерель. Однако до появления первых полупроводников прошло немало лет. Они были изобретены лишь в 1873 году. Этот год можно назвать началом работы над современными прототипами электростанций.

Если говорить о том, из чего состоит солнечная батарея, то изначально стоит упомянуть фотоэлементы. Их можно назвать маленькими генераторами. Именно они выполняют основную функцию – собирают энергию солнца. Сегодня есть несколько видов солнечных панелей, о которых будет рассказано в следующем разделе. Однако, независимо от вида, современная панель представляет собой основу определенного размера, на которой размещаются вышеупомянутые фотоэлементы. Эти элементы очень хрупкие, поэтому они дополнительно защищаются стеклом и полимерной подложкой.

Однако солнечные панели – это лишь часть всей электростанции. Также в нее входят другие элементы:

1. Аккумуляторная батарея.
2. Контролер заряда.
3. Инвертор.
4. Стабилизатор.

Каждый из перечисленных устройств выполняет свою функцию. Аккумулятор – накапливает и хранит добытую энергию, контролер – контролирует мощность, подключает и отключает батарею, анализируя уровень заряда. Инвертор называют еще преобразователем. Это оборудование превращает прямой ток в переменный. Благодаря ему электричество можно использовать для бытовых целей. Последней составляющей электростанции является стабилизатор. Он защищает всю систему от скачков напряжения.

Какие виды солнечных батарей существуют?

Есть несколько классификационных признаков, по которым все солнечные панели делятся на разные виды:

1. Тип устройств.
2. Материал изготовления фотоэлектрического слоя.

По типу устройства выделяют два вида: гибкие и жесткие. Первый тип отличается своей пластичностью. Такую панель можно легко скрутить в трубочку, ничего не повредив. Твердая панель не меняет своей формы. По материалу изготовления есть три вида: аморфные, поликристаллические, монокристаллические.

Аморфные батареи могут быть гибкими. Они непривередливы к месту установки, но КПД такого устройства очень низкий. Он составляет не более шести процентов. Поликристаллические изделия отличаются низкой ценой. Однако они более эффективны в пасмурную погоду. В очень жаркую погоду их выработка снижается чуть больше чем у монокристаллических модулей.

Если необходим максимальный эффект от электростанции, то следует отдавать предпочтение панелям с монокристаллическими элементами. Уровень их КПД достигает двадцати пяти процентов. Монокристаллические панели являются более дорогими, так как монокристаллический кремний при производстве требует больших энерго и временных затрат.

Сфера применения солнечных батарей

С разработкой новых технологий и развитием концепции питания от солнечной энергии сфера применения панелей стала довольно широкой. Раньше такие устройства обычно устанавливались на небольших частных домах или дачах. Они применялись исключительно в бытовых нуждах, так как потребляемая мощность была минимальная. Сейчас же есть мощнейшие электростанции, показывающие высокую эффективность работы. По этой причине сфера применения панелей стала больше.

Интересный факт! Энергии, которую выделает Солнце за одну секунду, может хватить для обеспечения электричеством всего человечества на пятьсот тысяч лет.

Солнечные батареи стали активно применяться на промышленных и коммерческих объектах, позволяя значительно экономить на их энергоснабжении. Также панели устанавливают на сельскохозяйственных предприятиях, на фермах, военно-космических объектах. Менее мощные панели применяются для изготовления различных приспособлений для быта: фонариков, калькуляторов, зарядных устройств, др. Они служат источником энергии там, где нет возможности подключиться к центральной сети. Такие приспособления пользуются большим спросом у охотников, рыбаков, любителей походов.

Важно! Солнечные электростанции современного образца будут эффективны везде: как в доме, так и на большом промышленном объекте. Однако для этого они должны быть правильно подобраны по необходимой мощности. Расчет данного параметра должен осуществляться специалистом.

Как работает солнечная панель: принцип работы устройства простым языком

Если предстоит покупка солнечных батарей, то нужно обязательно ознакомиться не только с их устройством, но и с принципом работы. Итак, как работает солнечная панель? Несмотря на внешнюю простоту устройства, принцип работы такой электростанции довольно сложный. Он основан на фотоэлектрическом эффекте, который достигается при помощи фотоэлементов.

Солнечные панели собирают лучи. Они попадают на фотоэлектрический слой. Солнечный свет приводит к высвобождению электронов из двух слоев. На освободившиеся место из первого слоя встают электроны второго слоя. Происходит постоянное движение электронов, что приводит к естественному образованию напряжения на внешней цепи. В результате один из фотоэлектрических слоев приобретает отрицательный заряд, а второй – положительный.

Эти действия приводят в работу аккумулятор. Он начинает набирать и хранить заряд. При этом уровень заряда аккумулятора постоянно контролируется. Если он низкий, контролер включает в работу солнечную панель. В случае высокого заряда это же устройство панель отключает. Далее включается в работу инвертор. Он преобразовывает ток из постоянного в переменный. С его помощи на выходе электростанции появляется напряжение в 220 В. Это дает возможность подключать и питать от электростанции бытовые приборы.

Подключение солнечной панели

Эффективность и правильность работы солнечных батарей зависит не только от их вида, мощности, но и от установки и подключения. Должна быть разработана правильная схема подключения всех элементов электростанции и грамотно выбрано место для установки солнечных панелей. Такую работу можно доверять только профессионалам.

Не секрет, что выходное напряжение одной панели относительно невысокое. Обычно используются несколько батарей одновременно. Все панели должны подключаться параллельно-последовательным способом. Такой тип подключения позволяет обеспечивать максимальную эффективность работы оборудования.

Преимущества, недостатки панелей

Солнечные батареи стали дешевле, что сделало их доступнее для более широкого круга потребителей. Однако перед покупкой каждый человек должен детально ознакомиться с преимуществами и недостатками этого источниками энергоснабжения. Среди его неоспоримых достоинств стоит отметить следующие:

• экологическая безопасность. В наше время экология – это одна из насущных проблем. Солнечные электростанции работают без вреда окружающей среде. Они не выделяют при работе вредных веществ;
• быстрая окупаемость. Стоимость электричества, как для бытовых пользователей, так и для предприятий, постоянно растет. С установкой панелей удается полностью или частично перейти на альтернативный источник энергии, являющийся абсолютно бесплатным и доступным каждому. Благодаря этому, покупка и установка оборудования окупается за считанные годы работы;
• легкость использования электростанции. Несмотря на сложное устройство и принцип работы, эксплуатировать станцию довольно просто. Главное – следить за исправностью ее составляющих и не экономить на обслуживании, которое требуется не так часто;
• быстрая установка. Профессионалы монтируют все элементы станции буквально за несколько часов или дней (в зависимости от количества панелей, мощности, др. ). Больше времени занимает подбор составляющих и покупка оборудования.

Недостатки у таких установок тоже имеются. Самый основной заключается в дороговизне оборудования. Однако не стоит забывать, что большой вклад при покупке быстро окупится многолетним бесплатным использованием энергии солнца. Вторым серьёзным недостатком солнечных панелей является их зависимость от внешних факторов. Эффективность их работы зависит от погоды, температурных условий, положения по отношению к Солнцу, от чистоты поверхности.

Как достичь максимальной эффективности работы батарей?

Солнечную электростанцию имеет смысл ставить только в регионах с длительным световым днем. Там, где день короткий, можно применять панели только в качестве дополнительного источника света, но не основного. Как уже было замечено, разные виды солнечных батарей имеют свой КПД. Чтобы добиться максимального эффекта, следует выбирать устройства с максимальной производительностью, несмотря на их дороговизну.

Большую роль будет играть правильность расчета мощности всей установки. Это позволит подобрать необходимый размер и количество панелей, мощность других комплектующих станции. Также залогом эффективной работы панелей является мощный аккумулятор. В системе должно быть два аккумулятора, особенно в зимнее время года. Второй аккумулятор позволит накапливать достаточно энергии для обеспечения электричеством объекта в короткие световые дни.

Нельзя забывать и о других факторах, которые влияют на работу станции. Панели должны быть расположены под правильным углом, их нужно обязательно держать в чистоте. В противном случае, КПД батарей будет значительно снижаться.

Устройство солнечной батареи. Теория

Состав и устройство солнечной батареи, ее элементов определяют эффективность выработки энергии готовым изделием. В настоящее время, для генерации электрической энергии используются солнечные панели на основе кремния (с-Si, mc-Si & кремниевые тонкопленочные батареи), теллурида кадмия CdTe, соединения медь-индий (галлий)-селен Cu(InGa)Se2, а также концентраторные батареи на основе арсенида галлия (GaAs). Ниже будут даны краткие описания каждой из них.

Солнечные батареи основе кремния

Солнечные батареи (СБ) на основе кремния составляют на сегодняшний день порядка 85% всех выпускаемых солнечных панелей. Исторически это обусловлено тем, что при производстве СБ на основе кремния использовался обширный технологический задел и инфраструктура микроэлектронной промышленности, основной «рабочей лошадкой» которой также является кремний. В результате, многие ключевые технологии микроэлектронной промышленности такие как выращивания кремния, нанесения покрытий, легирования, удалось адаптировать для производства кремниевых батарей с минимальными изменениями и инвестициями. Кроме того, кремний – один из самых распространенных элементов земной коры и составляет по разным данным 27-29% по массе. Таким образом, нет никаких физических ограничений для производства значительной доли электроэнергии Земли с имеющимися запасами Si.

Различают два основных типа кремниевых СБ – на основе монокристаллического кремния (crystalline-Si, c-Si) и на основе мультикристаллического (multicrystalline-Si, mc-Si) или поликристаллического. В первом случае используется высококачественный (и, соответственно, более дорогой) кремний выращенный по методу Чохральского, который является стандартным методом для получения кремниевых пластин-заготовок для производства микропроцессоров и микросхем. Эффективность СБ изготовленных из монокристаллического кремния составляет обычно 19-22%. Не так давно, фирма Panasonic заявила о начале промышленного выпуска СБ с эффективностью 24,5% (что вплотную приближается к максимально возможному теоретически значению ~30%).

Во втором случае для производства СБ используется более дешевый кремний произведенный по методу направленной кристаллизации в тигле (block-cast), специально разработанного для производства СБ. Получаемые в результате кремниевые пластины состоят из множества мелких разнонаправленных кристаллитов (типичные размеры 1-10мм) разделенных границами зерен. Подобные неидеальности кристаллической структуры (дефекты) приводят к снижению эффективности – типичные значения эффективности СБ из mc-Si составляют 14-18%. Снижение эффективности данных СБ компенсируется их меньшей ценой, так что цена за один ватт произведенной электроэнергии оказывается примерно одинаковой для солнечных панелей как на основе c-Siтак и mc-Si.

Тонкопленочные солнечные панели

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

Дело в том, что обычные кремниевые фотоэлектрические модули наряду с преимуществами, перечисленными выше, обладают и рядом недостатков. Кемний из-за своих особых электрофизических свойств (непрямозонный полупроводник) обладает довольно низким коэффициентом поглощения, особенно в области инфракрасных длин волн. Таким образом, толщина кремниевой пластины для эффективного поглощения солнечного излучения должна составлять довольно внушительные 100-300 мкм. Более толстые пластины означают больший расход материала, что ведет к удорожанию СБ.

В то же время, прямозонные полупроводники на вроде GaAs, CdTe, Cu(InGa)Se2, и даже некоторые модифицированные формы Si, способны поглощать требуемое количество солнечной энергии при толщине всего в несколько микрон. Открывается заманчивая перспектива сэкономить на расходных материалах, а также на электроэнергии, которой требуется значительно меньше для изготовления более тонкого слоя полупроводника. Еще одной положительной чертой СБ на основе вышеназванных полупроводников – в отличие от СБ на основе c-Si и mc-Si– является их способность не снижать эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую даже в условиях рассеянного излучения (облачный день или в тени).

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

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

К сожалению, есть проблемы с обоими элементами входящими в состав соединения CdTe. Кадмий – это экологически вредный тяжелый метал, который требует особых методов обращения и ставит сложный вопросутилизации старых изделий. В виду этого, законодательство многих стран ограничивает свободную продажу гражданам СБ этого типа (строятся только масштабных солнечных электростанций под гарантии утилизации от фирмы производителя). Второй элемент – теллур, довольно редко встречается в земной коре. Уже в настоящее время более половины всего добываемого теллура идет на изготовление солнечных панелей, а перспективы нарастить добычу – довольно призрачны.

Солнечные батареи на основе соединения медь-индий (галлий)-селен Cu(InGa)Se2 (иногда обозначаются как CIGS) являются новичками на рынке солнечной энергетики. Несмотря на то, что начало исследований элементов этого типа было положено еще в середине 70х, в настоящее время коммерческий выпуск в боле-менее солидных масштабах ведет всего лишь фирма SolarFrontierKKиз Японии. Отчасти это связано с технически сложным и дорогим процессом изготовления, хотя в некоторых (удачных!) случаях их эффективность может достигать 20%.

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

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

— увеличить путь прохождения фотонов посредством многократного внутреннего переотражения;

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

По первому пути пошла австралийская фирма CSGSolarLtd, разработавшая СБ с эффективностью 10-13% при толщине слоя кремния всего 1,5 мкм. По второму – швейцарская OerlikonSolar (которую сейчас перекупили японцы), создавшая комбинированные солнечные панели на основе слоев аморфного и кристаллического кремния a-Si / с-Si эффективность которых также составляет 11-13%. Своеобразной особенностью СБ из аморфного кремния является снижение эффективности их работы при понижении температуры окружающего воздуха (у всех остальных — наоборот). Так, фирма производитель рекомендует устанавливать данные модули в странах с жарким климатом.

Концентраторные солнечные модули

Наиболее совершенные и самые дорогие на сегодняшний день солнечные модули обладают эффективностью фотоэлектрического преобразования до 44%. Они представляют собой многослойные структуры из разных полупроводников последовательно выращенных друг на друге слой за слоем. Наиболее успешной является структура состоящая из трех слоев:  Ge (нижний полупроводник и подложка), GaAsи GaInP. Благодаря тому, что в подобной комбинации каждый отдельный полупроводниковый слой поглощает наиболее эффективно свой определенный диапазон солнечного спектра (определяемый шириной запрещенной зоны полупроводника), достигается наиболее полное поглощение солнечного света во всем диапазоне длин волн, недостижимое для СБ состоящих из одного типа полупроводника. К сожалению, процесс изготовления подобных многослойных полупроводниковых слоев очень сложен технически и, как следствие, весьма дорог.  

Если солнечные батареи стоят очень дорого, фокусировка солнечного излучения на меньшей площади СБ может применяться как эффективный способ снижения финансовых затрат. Например, собрав при помощи линзы солнечный свет с 10 см2 и сфокусировав его на 1 см2 солнечной батареи, можно получить тоже количество электроэнергии, что и от элемента площадью 10 см2 без концентратора, но экономя при этом целых 90% площади! Но при этом, набор подобных ячеек (солнечная батарея + линза) должен быть смонтирован на подвижной механической системе, которая будет ориентировать оптику в направлении солнца в то время как оно движется по небу в течении дня, что увеличивает стоимость системы.

В настоящее время экономически оправдано использовать подобные дорогие концентраторные солнечные модули только в тех странах и регионах земного шара, где круглый год имеется в достатке прямое солнечное излучение (рассеянное излучение не может быть сфокусировано линзой). Так, французская фирма-производитель концентраторных СБ SOITEC устанавливает свои СБ в Калифорнии, ЮАР, на юге Франции (Прованс), в Испании.  

Органические солнечные батареи и модули фотосенсибилизованные красителем

Но есть и новый тип тонкопленочных солнечных батарей, такой как сенсибилизированные красителем солнечные элементы, которые работают на совершенно ином принципе, чем все модули рассмотренные выше, на принципе больше напоминающем фотосинтез у растений. Но их пока нет в коммерческой продаже.

 

Трушин М.В. Ph.D

 

 

 

 

Что такое солнечная батарея? | SolarSoul.net ☀️

Обычно под термином “солнечная батарея” подразумевается панель генерирующая электрический ток под воздействием солнечного света. Солнечную батарею еще называют фотоэлектрическим преобразователем. Так же встречаются такие термины как: солнечная панель, солнечный модуль, фотомодуль и т.д.

Структура фотоэлектрической установки

Солнечная батарея и фотоэффект

Для получения электроэнергии от солнечной батареи необходимо осуществить фотоэффект. Этот процесс связан с физическим явлением p-n перехода, который происходит в фотоэлементе. Конструктивно фотоэлемент состоит из двух пластин полупроводникового материала. Одна из используемых пластин содержит атомы бора, а вторая атомы мышьяка. При этом верхний слой характеризуется переизбытком электронов (область электронов), а нижняя – их нехваткой (так называемая дырочная область). В данном случае на границе этих пластин поддерживается электронно-дырочный переход, так называемый p-n переход.

В результате попадания на фотоэлемент солнечных лучей (фотонов) происходит освещение пластин и оба слоя взаимодействуют как электроды обыкновенной батареи – возникает электродвижущая сила (ЭДС).

.
Солнечный луч возбуждает электроны, которые начинают перемещаться из одной пластины в другую. Для снятия электрической энергии на обе поверхности напаивают тонкие слои проводника и подключают к нагрузке. Выработка этой энергии не связана с химическими реакциями, поэтому такая солнечная батарея может прослужить довольно долгий срок.

Основа для большинства солнечных батарей – кремний

Кремний для производства солнечных батарей может быть монокристаллическим или поликристаллическим. Внешне монокристаллический кремний можно отличить по равномерному чёрно-серому цвету поверхности фотоэлемента. Этот вид материала выращивают в промышленных условиях, после чего специальной нитью разрезают на тонкие пластины. Второй тип представляет собой новое поколение элементов, сделанных из более доступного поликристаллического кремния. Изготовление проходит методом литья. Выглядит материал как, поверхность с неравномерным синим переливом. Кроме того, в кремний добавляют в определенном количестве мышьяк и бор.

Учёные вплотную изучают вопросы, которые могли бы улучшить выработку электроэнергии в солнечных электростанция при помощи повышения КПД солнечной батареи. Для этого в тонкослойных ячейках может содержаться не только кремний, но и галлий, арсенид, кадмий, медь, селен и многие другие материалы. Так же большой проблемой на пути улучшения эффективности солнечных батарей, является избыточное тепло, которое возникает при нагреве пластин солнечных элементов. Разрабатывается много путей для отвода данного тепла от солнечной батареи. Ведь КПД панелей в редких случаях превышает 25 %.

Типы солнечных батарей

В настоящее время на рынке можно найти пять основных типов солнечных батарей.

Наибольшую популярность получили солнечные батареи из поликристаллических фотоэлементов. Эффективность таких панелей в среднем  составляет 12-14 %.

Панели из монокристаллических фотоэлементов характеризуются более высоким КПД (14-16 %). Такие панели немного дороже чем панели из поликристаллического кремния. Так же ячейки имеют форму многоугольника и из-за этого не полностью заполняют пространство солнечной батареи, что приводит к более низкой эффективности всей батареи по отношению к одной ячейки.

Солнечные батареи из аморфного кремния имеют наименьшую эффективность ( 6-8 %), но в то же время имеют наиболее низкую себестоимость производимой энергии.

Солнечные батареи на основе Теллурид Кадмия (CdTe) представляют собой тонкопленочную технологию производства солнечных проебразователей. Полупроводниковые слои наносят на панель толщиной всего в несколько сотен микрон. Производство является менее вредным для окружающей среды. Эффективность солнечных батарей на основе Теллурид Кадмия составляет порядка 11-12 %.

Солнечные батареи на основе смеси Индия, Галлия, Меди, Селена (CIGS) так же является тонкопленочной технологией производства фотоэлементов.  Эффективность варьируется от 10 до 15 %. Эта технология еще мало распространена на рынке, однако очень быстро развивается.

Немного видеоматериала о том как именно происходит процесс производства солнечной батареи

Руководство домовладельца по переходу на солнечную энергию

У потребителей есть различные финансовые возможности для выбора, когда они решают перейти на солнечную энергию. В целом, приобретенная солнечная система может быть установлена ​​с более низкой общей стоимостью, чем система, установленная с использованием солнечной ссуды, аренды или договора купли-продажи электроэнергии (PPA).

Если вы предпочитаете покупать свою солнечную энергетическую систему, солнечные займы могут снизить первоначальные затраты на систему. В большинстве случаев ежемесячные платежи по кредиту меньше, чем типичный счет за электроэнергию, что поможет вам сэкономить деньги с самого начала.Ссуды на солнечную энергию действуют так же, как ссуды на улучшение жилищных условий, и некоторые юрисдикции предлагают субсидированные ссуды на солнечную энергию с процентными ставками ниже рыночных, что делает солнечную энергию еще более доступной. Новые домовладельцы могут добавить солнечную батарею в рамках своей ипотеки с кредитами, предоставляемыми Федеральной жилищной администрацией и Fannie Mae, что позволяет заемщикам включать финансирование для улучшения дома в покупную цену дома. Покупка солнечной энергетической системы дает вам право на получение налогового кредита на инвестиции в солнечную энергетику или ITC.В декабре 2020 года Конгресс утвердил расширение ITC, которое предоставляет 26% налоговую скидку для систем, установленных в 2020-2022 годах, и 22% для систем, установленных в 2023 году. Срок действия налоговой скидки истекает с 2024 года, если Конгресс не продлит ее. Узнайте больше о ITC.

Аренда солнечных батарей и PPA позволяют потребителям размещать солнечные энергетические системы, принадлежащие компаниям, производящим солнечную энергию, и выкупать вырабатываемую электроэнергию. Потребители заключают соглашения, которые позволяют им иметь более низкие счета за электроэнергию без ежемесячных выплат по кредиту.Во многих случаях это означает, что не нужно тратить деньги на использование солнечной энергии. Аренда солнечных батарей влечет за собой фиксированные ежемесячные платежи, которые рассчитываются с использованием расчетного количества электроэнергии, производимой системой. При использовании PPA для солнечной энергии потребители соглашаются покупать электроэнергию, вырабатываемую системой, по установленной цене за киловатт-час произведенной электроэнергии. Однако с обоими этими вариантами вы не имеете права на налоговые льготы, поскольку не владеете солнечной энергетической системой.

Ориентироваться в сфере финансирования солнечной энергетики может быть сложно.Альянс штатов за чистую энергию выпустил руководство, чтобы помочь домовладельцам понять их варианты, объясняя преимущества и недостатки каждого из них. Скачайте руководство.

О отделе технологий солнечной энергии

SETO финансирует инновационные совместные проекты в области исследований и разработок, которые снижают стоимость солнечной электроэнергии и повышают эффективность солнечных технологий, повышающих надежность и безопасность сети. Эти исследовательские проекты можно найти на нашей карте солнечных проектов, а отчеты, полученные в результате наших исследований, можно найти на веб-сайте Управления науки и технической информации (OSTI).Загрузите обзор солнечного офиса и его активных программ финансирования.

Начиная с 2018 года, офис ежегодно выпускает единое объявление о возможности финансирования для всего офиса (FOA), которое объединяет все области исследований в один документ. До этого FOA обычно включали только одну конкретную область исследований. Все FOA разрабатываются в рамках совместного процесса для достижения целей офиса. Придерживаясь открытого, высококонкурентного процесса подачи заявок, эти возможности финансирования поощряют совместное партнерство между отраслями; университеты; национальные лаборатории; федеральное правительство, правительство штата и местные органы власти; и неправительственные организации. Ознакомьтесь с открытыми возможностями финансирования и узнайте, как на них подать заявку.

После того, как заявки FOA проходят строгий процесс экспертной оценки, проекты отбираются для переговоров с целью получения финансирования DOE. После успешного завершения этого переговорного процесса, включая сотрудничество по формулировке целей, этапов и бюджетов проекта, можно начинать проекты.

Ознакомьтесь с программами финансирования SETO в каждой из областей исследований здесь: фотоэлектрическая энергия, концентрирование солнечно-тепловой энергии, системная интеграция, мягкие затраты, а также производство и конкурентоспособность.

SETO финансирует исследования в пяти областях для достижения целей офиса:

Фотогальваника — Область исследований фотогальваники (PV) фокусируется на разработке новых материалов, увеличении количества электроэнергии, которую могут производить солнечные элементы и панели, и повышение надежности фотоэлектрических модулей. Группа PV также поддерживает Национальный центр фотоэлектрических систем при Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, который специализируется на технологических инновациях, которые стимулируют рост отрасли в производстве фотоэлектрических элементов.

Концентрация солнечно-тепловой энергии — Область исследований концентрирующей солнечно-тепловой энергии (CSP) поддерживает разработку новых технологий CSP, которые помогут снизить затраты, повысить эффективность и обеспечить более надежную работу по сравнению с текущими технологиями CSP. Это включает в себя исследования и разработки, которые продвигают технологии CSP поколения 3, в которых используются высокотемпературные компоненты и интегрированные конструкции сборки с накопителем тепловой энергии, которые могут достигать рабочих температур выше 700 ° C.Команда также работает над продвижением новых приложений для этой технологии, от солнечного опреснения до производства пара для пищевой промышленности.

Системная интеграция — Область исследований системной интеграции (SI) обеспечивает безопасную, надежную и экономичную интеграцию солнечной энергии в электрическую сеть страны. Это включает сотрудничество с другими программными офисами в рамках Инициативы Министерства энергетики по модернизации сетей, чтобы солнечная энергия могла поддерживать надежность, устойчивость и безопасность сети.

Мягкие затраты — Область исследований мягких затрат направлена ​​на разработку решений, которые снижают неаппаратные затраты на солнечную энергию, помогая обеспечить доступ потребителей США к доступным вариантам энергии и снизить нормативное бремя для американских семей и предприятий. Это включает в себя программы, которые готовят рабочую силу для удовлетворения растущих потребностей солнечной энергетики по всей стране.

Производство и конкурентоспособность — Область исследований в области производства и конкурентоспособности исследует и проверяет новаторские, ранние солнечные технологии, чтобы укрепить концепции на ранних этапах и приблизить их к готовности к увеличению инвестиций частного сектора и расширению масштабов до коммерциализации.В эту категорию попадают призовые программы, в которых используются инновации и дух соперничества Америки для ускорения экономического роста и энергетической безопасности.

Узнайте больше об основных направлениях деятельности SETO и просмотрите список наград, полученных в результате исследований, проводимых при поддержке SETO.

Что такое солнечная панель? Как работает солнечная панель?

Солнечная энергия начинается с солнца. Солнечные панели (также известные как «фотоэлектрические панели») используются для преобразования солнечного света, состоящего из частиц энергии, называемых «фотонами», в электричество, которое можно использовать для питания электрических нагрузок.

Солнечные панели могут использоваться для самых разных целей, включая удаленные системы электропитания для кабин, телекоммуникационное оборудование, дистанционное зондирование и, конечно же, для производства электроэнергии в жилых и коммерческих солнечных электрических системах.

На этой странице мы обсудим историю, технологию и преимущества солнечных панелей. Мы узнаем, как работают солнечные панели, как они производятся, как они производят электричество и где вы можете купить солнечные панели.

Краткая история солнечных панелей

История развития солнечной энергетики насчитывает более 100 лет.Раньше солнечная энергия использовалась в основном для производства пара, который затем можно было использовать для привода механизмов. Но только после открытия Эдмондом Беккерелем «фотоэлектрического эффекта», который позволил преобразовывать солнечную энергию в солнечную электрическую энергию. Затем открытие Беккереля привело к изобретению Чарльзом Фриттсом в 1893 году первого настоящего солнечного элемента, который был образован путем покрытия листов селена тонким слоем золота. И из этого скромного начала возникло устройство, которое мы знаем сегодня как солнечная панель .

Рассел Ол, американский изобретатель, работающий в Bell Laboratories, запатентовал первый в мире кремниевый солнечный элемент в 1941 году. Изобретение Ола привело к производству первой солнечной панели в 1954 году той же компанией. Солнечные панели нашли свое первое широкое применение в космических спутниках. Для большинства людей первая солнечная панель в их жизни, вероятно, была встроена в их новый калькулятор — примерно в 1970-х годах!

Сегодня солнечные панели и полные системы солнечных панелей используются для питания самых разных приложений.Да, солнечные панели в виде солнечных батарей все еще используются в калькуляторах. Однако они также используются для обеспечения солнечной энергией целых домов и коммерческих зданий, таких как штаб-квартира Google в Калифорнии.

Как работают солнечные панели?

Солнечные панели собирают чистую возобновляемую энергию в виде солнечного света и преобразуют этот свет в электричество, которое затем можно использовать для обеспечения питания электрических нагрузок. Солнечные панели состоят из нескольких отдельных солнечных элементов, которые сами состоят из слоев кремния, фосфора (который обеспечивает отрицательный заряд) и бора (который обеспечивает положительный заряд).Солнечные панели поглощают фотоны и при этом инициируют электрический ток. Результирующая энергия, генерируемая фотонами, ударяющими по поверхности солнечной панели, позволяет электронам сбиваться с их атомных орбит и превращаться в электрическое поле, создаваемое солнечными элементами, которые затем тянут эти свободные электроны в направленный ток. Весь этот процесс известен как фотоэлектрический эффект. В среднем доме имеется более чем достаточно площади на крыше для необходимого количества солнечных панелей для выработки солнечной энергии, достаточной для удовлетворения всех его потребностей в электроэнергии. Избыточная выработка электроэнергии поступает в основную энергосистему, окупаясь за счет использования электроэнергии в ночное время.

В хорошо сбалансированной конфигурации с подключением к сети солнечная батарея вырабатывает энергию в течение дня, которая затем используется дома в ночное время. Программы чистых измерений позволяют владельцам солнечных генераторов получать деньги, если их система производит больше энергии, чем требуется в доме. В автономных солнечных приложениях необходимыми компонентами являются аккумуляторный блок, контроллер заряда и, в большинстве случаев, инвертор. Солнечная батарея отправляет электричество постоянного тока (DC) через контроллер заряда в аккумуляторную батарею.Затем энергия поступает из аккумуляторной батареи в инвертор, который преобразует постоянный ток в переменный ток (AC), который может использоваться для устройств, не работающих на постоянном токе. С помощью инвертора размеры панелей солнечных батарей могут быть изменены в соответствии с самыми высокими требованиями к электрической нагрузке. Переменный ток можно использовать для питания нагрузок в домах или коммерческих зданиях, транспортных средствах для отдыха и лодках, удаленных каютах, коттеджах или домах, удаленном управлении движением, телекоммуникационном оборудовании, мониторинге потока нефти и газа, RTU, SCADA и многом другом.

Преимущества солнечных панелей

Использование солнечных батарей — очень практичный способ производства электроэнергии для многих приложений. Очевидное — это автономная жизнь. Проживание вне сети означает проживание в месте, которое не обслуживается основной электрической сетью. Отдаленные дома и коттеджи хорошо извлекают выгоду из солнечных систем. Больше нет необходимости платить огромные сборы за установку опор электроснабжения и прокладку кабелей от ближайшей точки доступа к основной сети. Солнечная электрическая система потенциально дешевле и может обеспечивать электроэнергию более трех десятилетий при правильном обслуживании.

Помимо того факта, что солнечные панели позволяют жить вне сети, возможно, самое большое преимущество, которое вы получите от использования солнечной энергии, заключается в том, что это одновременно чистый и возобновляемый источник энергии. С наступлением глобального изменения климата стало более важным, чтобы мы делали все возможное, чтобы уменьшить давление на нашу атмосферу из-за выбросов парниковых газов. Солнечные панели не имеют движущихся частей и не требуют значительного обслуживания. Они прочны и служат десятилетиями при надлежащем уходе.

Последнее, но не менее важное, из преимуществ солнечных панелей и солнечной энергии заключается в том, что после того, как система окупит первоначальные затраты на установку, электричество, которое она вырабатывает на оставшийся срок службы системы, который может составлять до 15- 20 лет в зависимости от качества системы, абсолютно бесплатно! Для владельцев солнечных энергосистем, подключенных к сети, преимущества начинаются с момента запуска системы, потенциально устраняя ежемесячные счета за электроэнергию или, и это лучшая часть, фактически принося владельцу системы дополнительный доход от электрической компании.Как? Если вы потребляете меньше энергии, чем производит ваша солнечная электрическая система, эту избыточную мощность можно продать, иногда с наценкой, вашей электроэнергетической компании!

Есть много других применений и преимуществ использования солнечных панелей для выработки электроэнергии — их слишком много, чтобы перечислять здесь. Но, просматривая наш веб-сайт, вы получите хорошее общее представление о том, насколько универсальной и удобной может быть солнечная энергия.

Сколько стоят солнечные панели?

Цены на солнечные панели существенно снизились за последние пару лет.Это здорово, потому что в сочетании с федеральным налоговым кредитом на инвестиции в солнечную энергию в размере 30 долларов и другими применимыми льготами СЕЙЧАС — лучшее время для инвестиций в солнечную энергетическую систему. И учтите: солнечная энергетическая установка стоит примерно столько же, сколько автомобиль среднего размера!

Где я могу купить солнечные батареи?

Ну, прямо здесь, на этом сайте, конечно!

В число наших брендов солнечных панелей входят самые уважаемые производители солнечных панелей. Эти бренды включают, среди прочего, такие названия, как BP Solar, General Electric и Sharp.Мы предлагаем солнечные панели только высочайшего качества от производителей, зарекомендовавших себя в области производства солнечных панелей. Имея более чем 30-летний опыт работы в сфере солнечных панелей, вы можете быть уверены, что на MrSolar.com мы знаем о солнечных батареях!

Сохранить

Сохранить

Что такое солнечная энергия и как работают солнечные панели?

Перейти к разделу «Как работают солнечные панели»

Что такое солнечная энергия?

Проще говоря, солнечная энергия — это самый распространенный источник энергии на Земле.Около 173 000 тераватт солнечной энергии попадает на Землю в любой момент времени, что более чем в 10 000 раз превышает общие потребности мира в энергии.

Улавливая солнечную энергию и превращая ее в электричество для вашего дома или бизнеса, солнечная энергия является ключевым решением в борьбе с текущим климатическим кризисом и сокращении нашей зависимости от ископаемого топлива.

Как работает солнечная энергия?

Наше солнце — это естественный ядерный реактор. Он высвобождает крошечные пакеты энергии, называемые фотонами, которые преодолевают расстояние в 93 миллиона миль от Солнца до Земли примерно за 8.5 минут. Каждый час на нашу планету воздействует достаточно фотонов, чтобы произвести достаточно солнечной энергии, чтобы теоретически удовлетворить глобальные потребности в энергии на целый год.

В настоящее время фотоэлектрическая энергия составляет лишь пять десятых процента энергии, потребляемой в Соединенных Штатах. Но солнечные технологии улучшаются, и стоимость перехода на солнечную энергию быстро падает, поэтому наша способность использовать изобилие солнечной энергии растет.

В 2017 году Международное энергетическое агентство показало, что солнечная энергия стала самым быстрорастущим источником энергии в мире — это первый раз, когда рост солнечной энергии превысил рост всех других видов топлива.С тех пор солнечная энергия продолжает расти и бить рекорды по всему миру.

Как погода влияет на солнечную энергию?

Погодные условия могут влиять на количество электроэнергии, производимой солнечной системой, но не совсем так, как вы думаете.

Идеальные условия для производства солнечной энергии включают, конечно же, ясный солнечный день. Но, как и большая часть электроники, солнечные панели на самом деле более эффективны в холодную погоду, чем в теплую погоду. Это позволяет панели производить больше электроэнергии за то же время.При повышении температуры панель вырабатывает меньше напряжения и вырабатывает меньше электроэнергии.

Но даже несмотря на то, что солнечные панели более эффективны в холодную погоду, они не обязательно производят больше электроэнергии зимой, чем летом. Более солнечная погода часто бывает в более теплые летние месяцы. В дополнение к меньшему количеству облаков солнце обычно не светит большую часть дня. Таким образом, даже если ваши панели могут быть менее эффективными в теплую погоду, они все равно, вероятно, будут производить больше электроэнергии летом, чем зимой.

Получают ли одни государства больше солнечной энергии, чем другие?

Очевидно, что в одних штатах солнца больше, чем в других. Итак, реальный вопрос: если погода может повлиять на производство солнечной энергии, являются ли одни государства лучшими кандидатами на использование солнечной энергии, чем другие? Короткий ответ — да, но не обязательно из-за погоды.

Возьмем, к примеру, облака. Любой, кто получил солнечный ожог в пасмурный день, знает, что солнечное излучение проникает сквозь облака. По той же причине солнечные панели все еще могут производить электричество в пасмурные дни.Но в зависимости от облачности и качества солнечных панелей эффективность производства электроэнергии солнечными панелями обычно падает с 10 до 25 или более процентов по сравнению с солнечным днем.

Другими словами, солнечная энергия может работать в обычно облачных и холодных местах. Нью-Йорк, Сан-Франциско, Милуоки, Бостон, Сиэтл — во всех этих городах ненастная погода, от дождя и тумана до метели, но это также города, где люди получают огромную экономию за счет использования солнечной энергии.

Независимо от того, где вы живете, солнечная энергия может быть отличным вложением средств и отличным способом помочь в борьбе с изменением климата. Сколько вы сэкономите — и как быстро вы увидите окупаемость своих инвестиций в конкретном штате — зависит от многих факторов, таких как стоимость электроэнергии, доступные солнечные льготы, чистые измерения и качество ваших солнечных панелей.

Как работают солнечные панели?

Когда фотоны попадают в солнечный элемент, они выбивают электроны из их атомов.Если проводники присоединены к положительной и отрицательной сторонам ячейки, она образует электрическую цепь. Когда электроны проходят через такую ​​цепь, они вырабатывают электричество. Несколько ячеек составляют солнечную панель, а несколько панелей (модулей) могут быть соединены вместе, чтобы сформировать солнечную батарею. Чем больше панелей вы можете развернуть, тем больше энергии вы можете ожидать.

Из чего сделаны солнечные панели?

Фотоэлектрические (PV) солнечные панели состоят из множества солнечных элементов. Солнечные элементы сделаны из кремния, как и полупроводники.Они состоят из положительного и отрицательного слоев, которые вместе создают электрическое поле, как в батарее.

Как солнечные панели вырабатывают электричество?

PV солнечные панели вырабатывают электроэнергию постоянного тока (DC). При использовании электричества постоянного тока электроны движутся по цепи в одном направлении. В этом примере показана батарея, питающая лампочку. Электроны движутся с отрицательной стороны батареи через лампу и возвращаются к положительной стороне батареи.

В электричестве переменного тока (переменного тока) электроны толкаются и притягиваются, периодически меняя направление, подобно цилиндру двигателя автомобиля. Генераторы создают электричество переменного тока, когда катушка проволоки вращается рядом с магнитом. Многие различные источники энергии могут «повернуть ручку» этого генератора, например, газ или дизельное топливо, гидроэлектроэнергия, атомная энергия, уголь, ветер или солнце.

Электроэнергия переменного тока

была выбрана для электросети США, прежде всего потому, что ее дешевле передавать на большие расстояния.Однако солнечные панели создают электричество постоянного тока. Как получить электроэнергию постоянного тока в сеть переменного тока? Используем инвертор.

Для чего нужен солнечный инвертор?

Солнечный инвертор получает электричество постоянного тока от солнечной батареи и использует его для создания электричества переменного тока. Инверторы подобны мозгу системы. Наряду с преобразованием постоянного тока в переменный, они также обеспечивают защиту от замыканий на землю и статистику системы, включая напряжение и ток в цепях переменного и постоянного тока, выработку энергии и отслеживание точки максимальной мощности.

Центральные инверторы доминируют в солнечной промышленности с самого начала. Внедрение микроинверторов — один из самых больших технологических сдвигов в фотоэлектрической индустрии. Микроинверторы оптимизируются для каждой отдельной солнечной панели, а не для всей солнечной системы, как это делают центральные инверторы.

Это позволяет каждой солнечной панели работать с максимальным потенциалом. Когда используется центральный инвертор, проблема с одной солнечной панелью (возможно, она находится в тени или испачкалась) может снизить производительность всей солнечной батареи.Микроинверторы, такие как те, что используются в домашней солнечной системе Equinox компании SunPower, делают это несложным. Если одна солнечная панель неисправна, остальная часть солнечной батареи по-прежнему работает эффективно.

Как работает система солнечных батарей?

Вот пример того, как работает домашняя солнечная энергетическая установка. Сначала солнечный свет попадает на солнечную батарею на крыше. Панели преобразуют энергию в постоянный ток, который течет к инвертору. Инвертор преобразует электричество из постоянного тока в переменный, который затем можно использовать для питания вашего дома.Это красиво, просто и чисто, и со временем становится все более эффективным и доступным.

Однако что произойдет, если вы не дома, чтобы использовать электроэнергию, которую ваши солнечные батареи вырабатывают каждый солнечный день? А что происходит ночью, когда ваша солнечная система не вырабатывает электроэнергию в реальном времени? Не волнуйтесь, вы все равно можете получить выгоду от системы, называемой «чистый счетчик».

Типичная фотоэлектрическая система, подключенная к сети, в часы пик в дневное время часто производит больше энергии, чем нужно одному потребителю, так что избыточная энергия возвращается в сеть для использования в другом месте.Заказчик, имеющий право на чистое измерение, может получать кредиты за произведенную избыточную энергию и может использовать эти кредиты для получения электроэнергии из сети в ночное время или в пасмурные дни. Счетчик нетто регистрирует отправленную энергию по сравнению с энергией, полученной из сети. Прочтите нашу статью о чистых счетчиках и о том, как это работает.

Добавление накопителей в солнечную систему еще больше усиливает эти преимущества. С помощью системы хранения солнечной энергии клиенты могут хранить свою собственную энергию на месте, что еще больше снижает их зависимость от электросети и сохраняет способность обеспечивать электроэнергией свой дом в случае отключения электроэнергии.Если система хранения включает программный мониторинг, это программное обеспечение контролирует производство солнечной энергии, потребление энергии в доме и тарифы на коммунальные услуги, чтобы определить, какой источник энергии использовать в течение дня — максимизируя использование солнечной энергии, предоставляя заказчику возможность снизить пиковую плату и возможность сохранять электроэнергию для последующего использования во время отключения электроэнергии.

Если вы хотите узнать, сколько может сэкономить ваш дом или бизнес, запланируйте время, чтобы мы разработали индивидуальный дизайн и расценки на потенциальную экономию.

Похожие сообщения

Панели солнечных батарей: просматривайте и сравнивайте продукты

Руководство покупателя солнечных панелей

Доступны тысячи солнечных панелей — как узнать, какие из них использовать для вашей установки? Некоторые важные аспекты, которые следует учитывать при сравнении ваших вариантов, включают тип панели, стоимость, мощность, эффективность и гарантийное предложение. Все эти и многие другие аспекты учитываются в рейтинге качества каждой панели.

Виды солнечных батарей

Солнечные панели обычно делятся на две группы по типу ячеек: монокристаллические и поликристаллические.Хотя существуют и другие типы солнечных технологий (например, тонкопленочные элементы), большинство фотоэлектрических солнечных панелей, доступных для установки, являются монокристаллическими или поликристаллическими и сделаны из кремния.

Основное преимущество установки солнечной системы хранения энергии плюс то, что она дает вам возможность использовать солнечную электроэнергию, даже когда солнце не светит. Когда вы устанавливаете систему солнечных батарей без батареи, избыток электроэнергии, вырабатываемой вашей системой, отправляется обратно в сеть.С солнечной батареей эта энергия может накапливаться и потребляться, когда солнце садится, и вам нужно будет только потреблять и оплачивать энергию из сети, когда ваша батарея разряжена.

Монокристаллические солнечные панели считаются солнечным продуктом премиум-класса и изготавливаются из кремниевых пластин, вырезанных из монокристалла, отсюда и название «монокристаллические». Как правило, монокристаллические панели обладают более высокой эффективностью, чем поликристаллические панели.

Поликристаллические солнечные панели также сделаны из кремния, но их элементы сделаны путем плавления множества фрагментов кремния, а не из одного кристалла кремния.Хотя поликристаллические панели обычно имеют более низкий КПД, чем их монокристаллические аналоги, они часто имеют более низкую цену.

class = «p»>

солнечных панелей достигли своего предела. Эти кристаллы могут это изменить.

Когда в конце марта администрация Байдена объявила об инициативе на 128 миллионов долларов по сокращению затрат на солнечную энергию, значительная часть этих денег пошла на исследования материалов, названных в честь малоизвестного русского геолога и дворянина XIX века: Льва Перовски.

Среди перечисленных проектов: 40 миллионов долларов на исследования и разработки так называемых перовскитных материалов, которые ученые используют, чтобы раздвинуть границы того, насколько эффективными и адаптируемыми могут быть солнечные элементы.

И хотя перовскиты не являются чем-то новым — они были впервые обнаружены на Урале в России в 1839 году, и они довольно распространены, — их недавнее применение в солнечной энергетике породило надежду на то, что люди будут использовать их для лучшего использования тысяч мегаватты энергии солнца, падающего на Землю каждый час.

«Я бы сказал, что перовскиты — одна из самых интересных возможностей для солнечных элементов в ближайшем будущем», — сказал Дэвид Митци, профессор машиностроения и материаловедения в Университете Дьюка, изучавший материалы с 1990-х годов.

Любая новая солнечная энергетическая технология должна конкурировать с кремниевыми солнечными элементами, это устоявшаяся технология, используемая более 50 лет, сказал Митци. Но перовскиты обладают потенциалом как для повышения эффективности кремниевых ячеек, так и, возможно, для прямой конкуренции с ними: «Я думаю, что определенно есть возможности.”

Эффективность — это лишь одна из характеристик. Перовскитные элементы могут быть легко изготовлены из различных материалов, вырабатывающих электричество, и при гораздо более низких температурах — и, следовательно, потенциально более низких затратах — чем кремниевые элементы. Но прежде чем они смогут полностью заменить кремний, необходимо решить проблему стабильности и долговечности перовскитных ячеек.

Ученые открыли целый класс перовскитных материалов, которые имеют определенную структуру, включающую три различных химических вещества в кубической форме кристалла.Несколько лет назад они осознали, что некоторые перовскиты являются полупроводниками, например кремний, используемый в электронике. Но только в 2009 году исследователи обнаружили, что перовскиты также можно использовать для создания солнечных элементов, которые превращают солнечный свет в полезное электричество.

Первые перовскитные элементы имели очень низкий КПД, поэтому большая часть падающего на них солнечного света не использовалась. Но они быстро улучшились.

«Эффективность, с которой солнечные элементы, содержащие эти перовскитные материалы, преобразуют солнечный свет в электроны, выросла с невероятной скоростью, до такой степени, что теперь эффективность приближается к эффективности кремниевых солнечных элементов в лаборатории», — сказала Линн Лу. профессор химической инженерии в Принстонском университете и директор Центра Андлингера по энергии и окружающей среде.«Вот почему мы так рады этому классу материалов».

Перовскитные солнечные элементы также могут быть изготовлены относительно легко — в отличие от кремниевых элементов, которые необходимо очищать при очень высоких температурах и поэтому для их производства требуется много энергии. могут изготавливаться в виде тонких листов при низких температурах или в виде чернил, которые можно эффективно «печатать» на подложках из других материалов, таких как гибкие рулоны пластика.

Это может привести к их использованию на поверхностях, где кремниевые солнечные элементы не будут быть практичными, например, снаружи автомобилей или грузовиков; или они могут быть даже напечатаны на ткани для питания носимой электроники.Другая возможность — нанести тонкие пленки перовскита на стекла окон, где они пропускают большую часть света, а часть его используют для выработки электричества.

Но одно из наиболее многообещающих применений перовскитных ячеек — объединить их с кремниевыми элементами, чтобы они использовали больше солнечной энергии, чем только кремний. Лучшие кремниевые элементы приближаются к своей теоретической максимальной эффективности около 29 процентов. Но перовскитные элементы можно настроить для выработки электричества на длинах волн света, которые кремниевые элементы не используют, поэтому покрытие кремниевых солнечных элементов полупрозрачными пленками перовскитных элементов может преодолеть этот фундаментальный предел.

Физик Генри Снайт из Оксфордского университета, ведущий исследователь перовскитных солнечных элементов, видит в этом способ объединить промышленное господство кремния с технологическими преимуществами перовскитов. Он считает, что «тандемные» кремниевые и перовскитные элементы с эффективностью выше 40 процентов могут получить широкое коммерческое распространение в течение 10 лет, и что вскоре за ними могут последовать многослойные элементы с эффективностью более 50 процентов.

Потенциал перовскитных солнечных панелей также привлек внимание правительства как здесь, так и за рубежом.Помимо создания новых коммерческих возможностей для американских компаний, перовскиты могут стать относительно недорогим способом для солнечной энергетики бросить вызов ископаемым видам топлива для производства электроэнергии. «Я думаю, что многие из нас хотят, чтобы технология действительно начала решать некоторые проблемы изменения климата, которые необходимо решить к 2050 году», — сказал физик Джо Берри, который возглавляет исследования солнечных перовскитов в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии в Голден, Колорадо.

Перовскитовые солнечные элементы все еще сталкиваются с проблемами, и ключевой из них является проблема стабильности.Частично из-за того, что перовскитовые ячейки просты в изготовлении, они также быстро разрушаются от влажности и тепла. Некоторые экспериментальные перовскитные ячейки оставались стабильными в течение десятков тысяч часов, но им еще предстоит пройти долгий путь, чтобы соответствовать 25 или 30 годам использования кремниевых элементов, сказал Снайт.

Некоторые из наиболее многообещающих перовскитных материалов для солнечной энергетики также содержат свинец, который может выделяться в окружающую среду при разложении перовскитных элементов. Исследователи изучают альтернативы перовскитам на основе свинца, такие как перовскиты на основе олова, и аналогичные кристаллические структуры, содержащие другие, более безопасные вещества.

«Я думаю, впереди нас ждут некоторые проблемы», — сказал Лу. «Будет ли [перовскиты] играть значительную роль, зависит от того, сможем ли мы преодолеть эти проблемы».

Том Меткалф

Том Меткалф пишет о науке и космосе для NBC News.

4 наиболее распространенных проблемы обслуживания солнечных панелей

Переход на солнечную энергию — отличный способ обрести энергетическую независимость. Благодаря стремительно развивающимся технологиям солнечные панели стали более долговечными, чем когда-либо — они рассчитаны на то, чтобы противостоять практически чему угодно.Тем не менее, солнечные панели живут на вашей крыше более 25 лет, и они могут нуждаться в периодическом обслуживании или ремонте.

Если вы сдаете солнечные панели в аренду, на вас может распространяться гарантийный план. Клиенты Sunnova могут быть спокойны, потому что на них распространяется наша лучшая в отрасли 25-летняя гарантия Sunnova Protect ™.

Однако, если вы приобрели панели за наличные или в кредит в банке, вы, вероятно, несете ответственность за любой ремонт, который может потребоваться вашим солнечным панелям. Хотя солнечные панели рассчитаны на длительный срок, некоторые ремонтные работы могут быть дорогостоящими.

В целом обслуживание солнечных панелей не вызывает затруднений и не вызывает затруднений. Знание того, когда пора вызвать специалиста и сколько, вероятно, будет стоить ремонт, поможет избежать стресса в случае непредвиденных обстоятельств.

Наши 4 лучших ремонта солнечных панелей

1. Проблемы с инвертором

Два наиболее распространенных типа инверторов, устанавливаемых в домашние солнечные панели, — это струнные инверторы и микроинверторы. Струнные инверторы подключают группу панелей, называемую цепочкой, к одному инвертору.Это означает, что у вас может быть набор панелей, все подключенные к одному и тому же инвертору.

Напротив, микроинверторы являются неотъемлемой частью каждой отдельной панели (на задней стороне каждой солнечной панели), что устраняет необходимость в более крупном инверторе.

В обоих случаях вы можете сначала заметить проблему с вашим инвертором из-за потери производства солнечной энергии. Если вы являетесь клиентом Sunnova, мы следим за производством солнечной энергии круглосуточно и без выходных и сообщим вам о любых проблемах *. Вы также можете просмотреть свое производство солнечной энергии в MySunnova.В противном случае вы можете проверить счетчики коммунальных услуг или счет за коммунальные услуги, чтобы узнать, используете ли вы больше электроэнергии из сети.

Если у вас есть строковый инвертор, вы также можете заметить сообщение об ошибке на вашем инверторе. Однако, если у вас есть микро-инверторы, мы не рекомендуем вам подниматься на крышу, чтобы проверить свои микро-инверторы.

2. Повреждение электропроводки

Большинство панелей подключаются либо с использованием последовательной, либо параллельной системы проводки. Последовательная проводка соединяет группу панелей одним проводом, так что их общее напряжение связывается в цепочку.Параллельная проводка соединяет панели с центральным проводом с использованием отдельных проводов для каждой панели.

Основное различие между последовательным и параллельным подключением — это количество проводов. Для последовательной проводки требуется только одна линия от ряда панелей до крыши, в то время как для параллельной проводки требуется несколько проводов, подключенных к крыше.

Проводка со временем может ослабнуть из-за сильного ветра или других погодных явлений. Хотя ослабление проводки случается редко, это может привести к падению производства солнечной энергии. Чтобы проверить, нет ли проблем с незакрепленной проводкой, вам необходимо обратиться к установщику солнечных батарей — мы никогда не рекомендуем вам подниматься на крышу, чтобы проверить свои солнечные панели.

В качестве альтернативы может произойти повреждение водой, если вода может попасть в кабелепроводы. Трубопроводы — это покрытие, которое защищает провода от элементов, и при неправильной установке иногда могут иметь зазоры, которые позволяют дождю или воде, используемой во время очистки солнечной панели, повредить проводку, расположенную внутри. В случае проблем с электропроводкой, вызванных повреждением водой, вам понадобится не только обученный специалист по ремонту солнечных батарей, но и электрик, чтобы осмотреть место, прежде чем можно будет выполнить какие-либо работы.

3.Отключение автоматического выключателя

Если ваша солнечная система вызывает срабатывание автоматического выключателя, вы можете столкнуться с несколькими различными проблемами: на вашу панель выключателя могут влиять внешние элементы, такие как жара или дождь, соединение между вашей системой и вашим выключателем ненадежное, или ваш панель прерывателя может быть неисправна.

Частые срабатывания выключателя также могут указывать на проблемы с проводником солнечной панели. Проводники солнечных панелей устанавливаются с помощью зажимов, которые крепят их к каркасам солнечной системы.Если проводники повреждены, неправильно установлены или не соответствуют требованиям, они могут привести к срабатыванию автоматического выключателя.

4. Замена солнечных батарей

В очень редких случаях может потребоваться замена всей панели. Это могло произойти из-за чрезмерной силы тупого удара, например, из-за того, что в панель врезался большой мусор во время торнадо или урагана. Повреждения, требующие замены, также могут быть вызваны падающими деревьями или ветвями деревьев.

Солнечные панели также могут нуждаться в замене из-за внутренних недостатков.В этом случае вам нужно будет показать правильные показания технического обслуживания и напряжения, чтобы доказать, что вы столкнулись с внутренней проблемой, требующей замены панели.

Покрывается ли ремонт моей солнечной панели?

Если у вас есть солнечные панели, важно отметить, что большинство гарантийных планов на солнечные панели покрывают только материалы и качество изготовления в течение 10 лет, но ваши панели рассчитаны на срок службы более 20 лет.

Важно понимать три основных гарантии, которые предлагаются с большинством установок солнечных панелей.

Гарантия на качество изготовления

проста — она ​​распространяется на повреждения или неисправности, которые возникают во время установки или из-за неправильной установки.

Гарантия

на оборудование распространяется на все основные элементы вашей солнечной системы, включая солнечные панели. Гарантия на ваше оборудование должна распространяться на дефекты вашего оборудования, включая производственные проблемы или преждевременный выход из строя компонентов.

Гарантии производительности гарантируют скорость, с которой ваши панели будут вырабатывать энергию. Обычно эти гарантии гарантируют определенный процент в зависимости от возраста системы, и если ваша производительность упадет ниже гарантированного процента, вы получите покрытие.

Если вы покупаете панели через Sunnova Easy Own, наша гарантия Sunnova Protect ™ распространяется на все три типа гарантий

Если у вас есть солнечные панели — когда добавление плана обслуживания солнечных батарей имеет смысл

Если у вас есть солнечные панели, важно защитить свои инвестиции от ремонта, на который не распространяется гарантия вашего производителя.

Sunnova теперь предлагает наши лучшие в отрасли планы обслуживания Sunnova Protect ^TM всем, у кого есть солнечная энергия.

Если ваша система нуждается в ремонте, вы можете застрять в переговорах с производителем о ремонте и замене деталей. С планом обслуживания Sunnova Protect ™ мы можем взять на себя хлопоты по ведению переговоров с производителем и координации любых услуг для вашей солнечной системы.

Получите комфорт и безопасность, зная, что ведущая в стране компания по хранению солнечных батарей и солнечных батарей в жилых домах отслеживает и заботится о солнечной системе вашего дома.