Солнечные батареи – виды и принцип работы преобразователей. Солнечная батарея принцип действия

принцип работы и расчет необходимого количества

Принцип работы солнечной батареи и ее устройство

Относительно недавно считалась фантастической сама идея обеспечивать частные дома электричеством автономно. Сегодня это объективная реальность. В Европе солнечные батареи используются уже продолжительное время, ведь это практически неисчерпаемый источник дешевой энергии. У нас получение электричества от таких устройств только обретает популярность. Данный процесс происходит не слишком быстро, и виной тому – высокая стоимость их.

Принцип работы солнечной батареи основан на том, что в двух кремниевых пластинах, покрытых разными веществами (бором и фосфором), под действием солнечного света возникает электрический ток. В пластине, которая покрыта фосфором, появляются свободные электроны. Отсутствующие частицы образуются в тех пластинах, которые покрыты бором. Электроны начинают двигаться под действием света солнца. Так образуется электрический ток в солнечных батареях. Тонкие жилы из меди, которыми покрыта каждая батарея, отводят от нее ток и направляют по назначению.

С помощью одной пластины можно питать энергией небольшую лампочку. Вывод напрашивается сам собой. Для того, чтобы солнечные батареи обеспечивали дом электричеством достаточной мощности, нужно чтобы их площадь была довольно большой.

Кремниевые механизмы

Итак, принцип работы солнечной батареи понятен. Ток вырабатывается при воздействии ультрафиолетового света на специальные пластины. Если в качестве материала для создания таких пластин используется кремний, то батареи называются кремниевыми (или кремневодородными).

Подобные пластины требуют очень сложных систем производства. Это, в свою очередь, сильно влияет на стоимость изделий.

Кремниевые солнечные батареи бывают разных типов.

Монокристаллические преобразователи

Представляют собой панели со скошенными углами. Их цвет всегда чисто черный.

Если говорить о монокристаллических преобразователях, то принцип работы солнечной батареи кратко можно охарактеризовать как средне эффективный. Все ячейки светочувствительных элементов такой батареи направлены в одну сторону. Это позволяет получить самый высокий результат среди подобных систем. КПД батарей этого типа достигает 25%.

Минусом является то, что такие панели должны быть всегда обращены лицевой стороной к солнцу.

Если солнце прячется за тучами, опускается к горизонту, или еще не успело взойти, то батареи будут вырабатывать ток довольно слабой мощности.

Поликристаллические

Пластины этих механизмов всегда квадратные, темно-синего цвета. В состав их поверхности включены неоднородные кристаллы кремния.

КПД поликристаллических батарей не настолько высок, как у монокристаллических моделей. Он может достигать 18%. Однако этот недостаток компенсируется достоинствами, о которых будет сказано ниже.

Принцип работы солнечной батареи этого типа позволяет изготавливать их не только из чистого кремния, но также из вторичных материалов. Этим объясняются некоторые дефекты, встречающиеся в оборудовании. Отличительной особенностью механизмов данного типа является то, что они могут достаточно эффективно вырабатывать электрический ток даже при пасмурной погоде. Такое полезное качество делает их незаменимыми в местах, где рассеянный солнечный свет является обычным повседневным явлением.

Аморфные панели из кремния

Аморфные панели дешевле остальных, это обуславливает принцип работы солнечной батареи и ее устройство. Каждая панель состоит из нескольких тончайших слоев кремния. Их изготавливают путем напыления частиц материала в вакууме на фольгу, стекло или пластмассу.

КПД панелей значительно меньше, чем у предыдущих моделей. Он достигает 6%. Кремниевые слои довольно быстро выгорают на солнце. Уже через полгода использования этих батарей их эффективность упадет на 15%, а иногда и на все 20.

Два года работы полностью исчерпают ресурс действующих веществ, и панель нужно будет менять.

Но есть два плюса, из-за которых эти батареи все же покупают. Во-первых, они работают даже в пасмурную погоду. Во-вторых, как уже говорилось, они не такие дорогие, как другие варианты.

Фотопреобразователи гибридного типа

Аморфный кремний является основой для расположения микрокристаллов. Принцип работы солнечной батареи делает ее похожей на поликристаллическую панель. Отличие батарей такого типа состоит в том, что они способны вырабатывать электрический ток большей мощности в условиях рассеянного солнечного света, например, в пасмурный день или на рассвете.

Кроме того, батареи работают под воздействием не только солнечного света, но и в инфракрасном спектре.

Полимерные пленочные солнечные преобразователи

У этой альтернативы панелям из кремния есть все шансы занять лидирующее положение на рынке солнечных батарей. Они напоминают пленку, состоящую из нескольких слоев. Среди них можно выделить сетку алюминиевых проводников, полимерный слой активного вещества, подложка из органики и защитной пленки.

Такие фотоэлементы, объединенные друг с другом, образуют пленочную солнечную батарею рулонного типа. Эти панели легче и компактнее кремниевых. При их изготовлении не используется дорогостоящий кремний, и сам процесс производства не такой затратный. Это делает рулонную панель дешевле всех прочих.

Принцип работы солнечной батареи делает их КПД не слишком высоким.

Он достигает 7%.

Процесс изготовления панелей этого типа сводится к многослойному печатанию на пленку фотоэлемента. Производство налажено в Дании.

Еще одним преимуществом является возможность резать рулонную батарею и подгонять ее под любой размер и форму.

Минус лишь один. Батареи только начали производить, поэтому еще довольно непросто ими обзавестись. Но есть повод полагать, что эти элементы быстро обретут заслуженную хорошую репутацию среди потребителей, что даст изготовителям возможность наладить производство в более крупных масштабах.

Отопление солнечной энергией домов

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

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

Для крепления коллектора используется специальная техника. Между собой пла

szemp.ru

как работает и из чего состоит, видео и принцип действия, устройство

Принцип работы солнечной батареи заключается в преобразовании солнечных лучей в электротокСолнечная батарея – далеко не первое устройство, которое использует энергию Солнца в качестве альтернативной электрической энергии. Сначала появились терминальные электростанции, которые иначе называются коллекторами. Они солнечными лучами нагревали воду до 100 градусов, в итоге вырабатывалось электричество. Энергия проходила многоступенчатую трансформацию – сначала солнечные лучи скапливались, потом жидкость кипела, образовывался пар, приходил в движение паровой двигатель, и тепловая энергия становилась механической. Солнечная же батарея работает иначе.

Суть вопроса: как работает солнечная батарея

Тем солнечная батарея отличается от коллектора, что продукция Солнца напрямую трансформируется в электроэнергию. Она использует не тепло, а именно свет, потому электроэнергия вырабатываться может, в том числе, и зимой. Получается фотоэлектрический эффект, которому благоприятствуют специальные полупроводники, входящие в состав батареи.

Солнечная батарея:

Сделана из пластины, которая имеет цепочку соединительных полупроводников или фотоэлементов;
Эти фотоэлементы и преобразовывают солнечную энергию в электроток.

Принцип работы солнечной батареи

Если говорить о мини-станциях на солнечных батареях, то они состоят из:

Солнечных модулей;
Аккумуляторов;
Контролера;
Инверторов.

Помимо этого еще понадобятся комплект проводов, первичный преобразователь, приборы контроля заряда в аккумуляторах, а еще устройство, отбирающее мощность у батареи. Сама же батарея работает по не такой уж и сложной схеме. Ее поймет даже не самый подкованный в физике человек.

Как это происходит: принцип работы солнечной батареи

В основе всего – цепь физических процессов. Сначала солнечную энергию улавливают солнечные пластины, потом эти нагретые пластины освобождают электроны, они активизируются и двигаются по проводникам. Эти проводники, в свою очередь, направляют поток электронов в накопители энергии, почему и происходит подзарядка. Далее с помощью преобразователя постоянный ток меняется на переменный. Проводными подключениями происходят подача данных бытовой технике.

Солнечные батареи бывают разные. И выбирать их нужно с учетом климатических условий вашего региона. Плиты могут отличаться структурой поверхностного слоя, а также технологией изготовления.

Солнечные панели бывают нескольких видов

Виды солнечных батарей:

Покрытие – монокристаллический кремний, это самый дорогой фотоэлемент, потому как он позволяет накапливать солнечную энергию даже при сильной облачности;
Плиты из аморфного кремния пока не могут похвастаться выпуском в промышленных объемах;
Покрытие поликристаллическим и монокристаллическим кремнием – доступны по стоимости, так как используется упрощенная технология производства, но по электротехническим показателям это не лучший тип батареи.

Конечно, по двум пространным советам батарею не выберешь. Нужно учитывать многое, от местного климата до особенностей постройки. И, конечно, финансовые возможности тоже идут в учет.

Плюсы и минусы принципа действия солнечных батарей

Чтобы дать полную характеристику устройству, нужно рассмотреть его преимущества и недостатки. Хватает и первых, и вторых. Хотя все эти характеристики можно назвать относительными: многим минусы покажутся несущественными.

Солнечные батареи имеют массу преимуществ

Плюсы солнечных батарей:

Это автономное устройство;
За энергию (что очень важно) не нужно платить;
Можно регулировать температуру;
Запасы ресурса постоянно пополняются;
Это безопасно и, конечно, экологично;
Использоваться батарея может и как основной источник, и как резерв;
Эксплуатироваться батарея может долго.

Как видите, плюсы весомые. А что же с минусами? Ну, во-первых, это дорогая стоимость устройства. Во-вторых, природные особенности, непогода, влияет тоже на работу солнечных батарей. Потом – приходится искать место под установку, оборудование нуждается в обслуживании, зимой производительность батарей снижается. Ну а чтобы увеличить мощность, требуется модернизация системы.

Полимерный пленочный солнечный преобразователь: из чего состоит солнечная батарея

Почему упоминается этот вид батарей, потому как он считается перспективной альтернативной батареям из кремния. Это пленка, состоящая из активного полимерного слоя, электродов из алюминия, особой гибкой органической подложки, а также специального защитного слоя. Вследстиве того, что все пленочные фотоэлементы объединены друг с другом, получается не набор панелей, а полноценная рулонная солнечная батарея.

Эти устройства отличает гибкость, легкость, компактность. Они считаются экологичными в большей степени, чем аналоги. Но вот КПД их очень высоким не назовешь. Он не превышает шести с половиной процентов. Правда, найти на рынке такой товар пока сложно. Масштабного производства не налажено. Однако оно развивается, и через какое-то время обещает быть очень востребованным.

Полимерный пленочный солнечный преобразователь отличается простотой монтажа и гибкостью

Первые полимерные батареи выпускаться начали в Дании. Производство заключено в многослойной печати фотоэлемента на гибкую пленку. Потом эту пленку можно и резать, и скручивать, то есть делать батареи буквально любых размеров. И стоимость таких батарей будет существенно ниже, нежели кремниевых.

Что такое садовые фонари на принципе солнечных батарей

Неправильным будет не упомянуть и это чудо техники. Сегодня немалой популярностью пользуются красивые экологичные фонари для сада на солнечных батареях. Это очень удобно – фонари освещают садовую территорию, к, а лишней электроэнергии вы при этом не тратите.

А принцип работы этих фонарей прост. В верхнюю часть фонаря вмонтирована фитопластина, осуществляется улавливание и последующее преобразование солнечной энергии. Накапливается она в небольшом аккумуляторе, расположенном в основании фонарика. И расход той энергии, что накопилась, осуществляется поздним вечером и ночью. Очень удобно!

Солнечные батареи (видео)

Солнечная батарея (либо фотобатарея) преобразовывает энергию солнечных лучей в электрическую. Она может использоваться сразу же, либо накапливаться. В производстве несколько видов батарей, отличающихся мощностью и стоимостью. Но процесс будет только совершенствоваться, потому стоит надеяться на быстрый прогресс в этой области.

Отличного выбора!

Добавить комментарий

teploclass.ru

Солнечные батареи: конструкция и принцип действия

Полет человека в космос стал толчком к развитию технологий, которые в последствие пригодились и людям на Земле. Одна из них – использование солнечных батарей для производства электроэнергии. Во второй половине 20 века солнечные батареи можно было встретить лишь на космических кораблях и орбитальных станциях. Однако с началом нового столетия солнечные батареи уже можно было обнаружить в простом калькуляторе, а в наши дни любой может приобрести и установить солнечные батареи на крыше своего дома для производства электроэнергии. Во многих странах с благоприятным климатом для использования солнечных батарей (Италия, Испания, Португалия), на солнечную энергетику приходится существенная доля в общем объеме производства электроэнергии. Ряд стран оказывает государственную помощь компаниям и индивидуальным потребителям, которые используют солнечные батареи.

Самый простой способ использовать энергию Солнца – это преобразовывать ее в тепловую. Эти человечество занимается уже не одно тысячелетие, а в современных условиях это помогают делать солнечные коллекторы. Коллектор – передает солнечную тепловую энергию теплоносителю, в качестве которого выступает воздух или вода. Затем уже нагретый теплоноситель поступает в жилые помещения для их обогрева. Однако имеется два существенных недостатка в использовании тепловой энергии – невозможность ее хранить долгое время и передавать ее на большие расстояния. Поэтому наиболее удобным для накопления и транспортировки видом энергии является электричество. Для хранения электрической энергии нужны всего лишь аккумуляторные батареи, а для ее передачи – электрические провода.

Солнечный коллектор: устройство, конструкция, монтаж

Как работают солнечные батареи?

Солнечная батарея представляет собой несколько соединенных между собой фотоэлементов, сердцем которых являются кремниевые кристаллы. Из кремниевых кристаллов изготавливают пластины, на которые с одной стороны наносят тончайший слой фосфора, с другой стороны – тончайший слой бора. В месте контакта кремния с фосфором и бором возникает связь, а именно: при взаимодействии четырехвалентного атом кремния с трехвалентным атомом бора возникают так называемые «дырки», а при взаимодействии с пятивалентным атомом фосфора – один электрон становится свободным. Таким образом, с точки зрения физики, на стыке сред, обладающих избытком и недостатком электронов, образуется p-n переход. Фотоны от солнечного света бомбардируют поверхность пластины и вышибают избыточные электроны фосфора к недостающим электронам бора. В результате возникает упорядоченное движение электронов или электрический ток.

Пока мощность фотоэлементов недостаточна для полного перехода человечества исключительно на солнечную энергию. Поэтому для промышленного производства электроэнергии с использованием солнечных батарей необходимо огромное число пластин с фотоэлементами.

Система слежения за Солнцем для солнечных батарей Расчет мощности солнечных батарей Светильники на солнечных батареях

Однако особенность солнечных батарей – преобразование световой энергии Солнца, в том числе и ультрафиолетового излучения, позволяет использовать солнечные батареи даже зимой. Единственным условием, при котором солнечная батарея не сможет функционировать эффективно – повышенная облачность. Уже сейчас ученые предлагают создать две гигантские солнечные электростанции в Арктике и Антарктике, которые будут накапливать энергию во время полугодового полярного дня. На севере полярный день наступает летом, а на юге – зимой, что позволит производить электроэнергию круглый год.

ukrelektrik.com

Принцип работы солнечной батареи

В состав солнечной батареи входят фотоэлементы, имеющие последовательное и параллельное соединение. Основой для размещения является каркас из диэлектрических материалов. С помощью такой конструкции сборку солнечной батареи можно произвести с любой характеристикой тока и напряжения, легко заменить фотоэлементы, вышедшие из строя.

Принцип работы солнечной батареи, состоящей из фотоэлементов, состоит в использовании фотогальванического эффекта. Суть этого эффекта в трансформации лучистой энергии солнца в электрическую энергию с применением полупроводников из специальных материалов, которые, фактически, и являются фото-элементами.

Основные элементы

В состав входят два слоя полупроводников с различной степенью проводимости. К этим слоям с каждой стороны припаивают контакты, используемые при подключении к общей внешней цепи. При этом, слой полупроводников с n-проводимостью играет роль катода и обеспечивает электронную проводимость. В роли анода выступает р-слой, обеспечивающий дырочную проводимость.

Принцип работы

Солнечный свет, попадающий на n-слой «выбивает» электроны, которые приходят в движение и создают ток. В р-слое ток возникает при так называемого «движения дырок». «Дыркой» называется атом, потерявший свой электрон, при этом «движение дырок» создается путем перескакивания электронов из одной «дырки» на другую, хотя на самом деле «дырки» не двигаются. Там, где слои n- и р-проводников стыкуются между собой, возникает р-n-переход, играющий роль диода, создающего разность потенциалов за счет лучистой энергии.

Кроме того, свободные электроны за счет получения дополнительной энергии вполне могут «перескочить» через потенциальный барьер р-n-переход. Происходит изменение концентрации дырок и электронов, образуя при этом разность потенциалов. В случае замыкания внешней цепи, через нее начнет протекать электрический ток.

Электродвижущая сила или разность потенциалов, создаваемая с помощью фотоэлементов, зависит от нескольких основных условий. Среди них интенсивность солнечной энергии, принимающая площадь фотоэлементов, коэффициент полезного действия самой конструкции, а также от температуры, так как при нагревании фотоэлемента, его проводимость снижается.

Главным материалом для изготовления является кремний. Этот химический элемент один из самых распространенных на Земле и запасы его практически неисчерпаемы. Основная проблема при промышленном использовании кремния – это его очистка. Это очень дорогостоящий и трудоемкий процесс, поэтому цена чистого кремния высокая. В настоящее время ведутся поиски материалов, не уступающих кремнию по своей эффективности.

Один фотоэлемент создает слишком небольшую разность потенциалов. Для использования фотоэлементов в промышленных целях и соединяют между собой. Таким образом, и получаются солнечные батареи. Хрупкие фотоэлементы покрывают защитным слоем из различных пленок, стекла и пластмассы.

electric-220.ru

Принцип действия или как работают солнечные батареи

Сегодня энергия солнца используется повсюду, от мобильных устройств, до питания домов. Первым вариантом использования солнечной энергии были солнечные коллекторы, однако современные солнечные батареи справляются с этим намного лучше. Принцип работы солнечных батарей не так сложен, как может показаться. После прочтения этой статьи вы узнаете больше о том, как же работает солнечная батарея.

1. Виды солнечных батарей.

1.1. Принцип работы солнечной батареи

Для начала нужно уточнить, что современные солнечные батареи бывают 3-х видов:

Монокристаллические
Поликристаллические
Тонкопленочные (аморфные)

Самыми распространенными видами солнечных батарей считаются монокристаллические и поликристаллические батареи. Они обладают достаточно высоким КПД, а так же имеют относительно низкую цену, однако у таких батарей есть недостаток - конструкции с их использованием не обладают гибкостью, которая необходима в некоторых случаях.

Именно в таких случаях используются тонкопленочные солнечные батареи. Толщина активного элемента аморфных солнечных батарей составляет от 0,5 до 1 мкм, тогда как толщина активного элемента в кристаллических батареях 300 мкм.

Светопоглащаемость аморфного кремния в 20 раз больше, чем у кристаллического, однако КПД аморфных солнечных батарей составляет приблизительно 10%, против 15% у поликристаллических, и 17% у монокристаллических.

Невозможно однозначно сказать какие солнечные батареи лучше. Например тонкопленочным солнечным батареям не нужен прямой солнечный свет, тогда как поли и монокристаллические должны находиться именно на улице под прямыми солнечными лучами.

1.2. Из чего сделана солнечная батарея?

Солнечные батареи обычно изготавливаются из кремния. Однако чистый кремний практически никогда не используют при их производстве. На характеристики солнечных батарей влияют материалы, из которых изготовлены пластины. Для положительного заряда в качестве примеси к кремнию чаще всего используют бор, а для отрицательного – мышьяк.

Так как солнечные батареи работают зимой так же, как и летом – в пластины добавляют специальные примеси, такие как галлий, медь, арсенид, кадмий, теллурид, селен для того, чтобы сделать их менее чувствительными к перепадам температуры. Это делает элементы солнечной батареи зимой более надежными, и снижает риск их поломки.

2. Принцип действия солнечных батарей.

Многие из вас еще в школе проводили опыт, который описывает принцип работы солнечной батареи. Суть опыта в том, что на n-p переход транзистора со спиленной верхней крышкой падает свет, и если подключить вольтметр, то можно зафиксировать ток. Соответственно чем больше площадь n-p перехода, тем больше ток.

Так как атомы в p-слое полупроводника имеют лишние электроны, а в атомах n-слоя наоборот их недостает – то под воздействием лучей света электроны из p-слоя вбиваются и стремятся перейти в n-слой. В солнечной батарее между слоями находится диэлектрик, поэтому электроны проходят через нагрузку (аккумулятор), и только тогда достигают n-слоя.

3. Где используются солнечные батареи?

Наверное, многие впервые встретились с солнечными батареями около 20 лет назад, когда повсюду стали появляться калькуляторы с

фотоэлементами, что позволяло не менять батарейки в них годами. С тех пор солнечные батареи можно встретить где угодно. Ими оснащают дома в солнечных странах, их устанавливают на машины, их встраивают в мобильные телефоны, существует даже беспилотный самолет, который работает за счет одних только солнечных батарей. Существуют так же и солнечные электростанции, которые вырабатывают электричество для целых городов.

В Пекине в честь летней олимпиады был построен стадион, который аккумулирует солнечную энергию в течении дня, а потом тратит ее же на освещение стадиона, поливку газонов, работу телекоммуникационного оборудования.

В настоящее время в данной отрасли ведутся активные исследования. В начале 2013 года компания Sharp разработала солнечную батарею с КПД 44%.

4. Как устроены солнечные батареи: Видео

www.techno-guide.ru

Принцип работы солнечной батареи – как получить энергию

Энергия Солнца уже давным-давно активно используется людьми. Но как получить из нее электричество? Большинство пользуются, но даже не понимают принцип работы солнечной батареи. Мы знаем, что, к примеру, растения, под воздействием солнечных лучей, могут вырабатывать кислород, за счет происходящего процесса фотосинтеза. Но, как из солнечного луча получить энергию, что бы заставить работать, к примеру, ноутбук, телевизор и даже снабжать ею весь дом, при этом не иметь никаких стационарных электрических проводов? Давайте с этим попробуем разобраться.

Как это работает?

Как правило, одной солнечной батареи достаточно, чтобы полноценно зарядить ноутбук, но из чего она сделана, какие элементы «производят» электрический ток?

Основой солнечной батареи входит кристалл чистого кремния, который в природе можно встретить только в виде песка. Но, как правило, материал – цилиндр кремния получают искусственным путем, после чего превращают его в блоки кубической формы. Далее этот куб начинают нарезать на тонкие пластины, толщиной около 180 микрон – это примерно как соединить три человеческих волоска. На кремниевую пластину наносят слой бора и фосфора. Таким образом, получают два слоя покрытия.

Первый – это кремний с фосфором.
Второй – кремний с бором.

В случае с первым возникают свободные электроны, в слое с бором они отсутствуют, образовывая, таким образом, так называемые дырки. Когда на пластину попадают солнечные лучи, в слоях начинается движение электрических частиц из одного слоя в другой, что и провоцирует образование электрического тока. При прямом попадании солнечных лучей, ток образуется в каждом миллиметре пластины.

Но, какой принцип его дальнейшего действия, как вывести его из пластины, чтобы использовать в своих бытовых целях? Далее все уже продумано за нас. Принцип работы сводится к тому, что ток проходит по направленным «коридорам». Их легко заметить, поскольку они лежат на пластине в виде небольшой сеточки. Одной маленькой пластины достаточно, чтобы подзарядить фонарик. Чтобы получить электрический ток для работы частного жилого дома или дачи, одной пластинки не достаточно. Для этих целей создают большие цепи пластин, для чего соединяют их друг с другом. Здесь действует простое правило, чем больше батарея, тем она мощнее.

Далее, принцип работы соединенных кремниевых пластин, сводится к тому, что их соединяют цепями специально обработанного магния. После чего, проверяют напряжение в готовой батареи специальным прибором, если оно есть, значит она собрана правильно, если нет, значит, что-то не так. Выяснилось, что солнечные батареи могут работать от любых источников света, даже от обычной стационарной лампочки.

Солнечные батареи – отличное решение для дачи, куда не проведено электричество. Разместив их на крыше или на любой иной солнечной стороне, даже в пасмурную погоду вы будете уверенны в том, что вы спокойно можете пользоваться бытовыми приборами и не волноваться за то, что оно исчезнет. Как правило, срок службы данного бесплатного электрического носителя более 25 лет. Если вы еще сомневаетесь в его приобретении, посчитайте, сколько денег вы сможете сэкономить на электроэнергию за 25 лет.

Часто батарею называют прибором солнечного коллектора. Не стоит путать батарею с устройством солнечного коллектора. Устройство бытового коллектора направлено на нагрев материала теплоносителя, он не создает электрическую энергию, а производит нагрев. Иными словами, главная цель работы солнечного коллектора – отопление жилых и бытовых помещений.

То есть, приобретая, солнечные батареи и коллекторы вы можете раз и навсегда обеспечить себе электричество и тепло на долгие годы, и цены на электроснабжение и энергию в дальнейшем вас не будут беспокоить.

Похожие публикации:

Подписаться на рассылку

ekobatarei.ru

Солнечные батареи – виды и принцип работы преобразователей

Ещё не так давно автономная система обеспечения электроэнергией была чем-то из области фантастики. Но в последнее время такие устройства приобретают большую популярность. Экономные жители европейских стран уже много лет пользуются солнечными батареями для обеспечения собственных домов электричеством.

В нашей стране такое новшество ещё на стадии развития, хотя некоторые домовладельцы уже успели по достоинству оценить выгоду от таких устройств. В первую очередь, это обусловлено постоянно растущими тарифами на электроэнергию и другие коммунальные услуги. Благодаря постоянному усовершенствованию современных технологий стоимость солнечных батарей медленно, но уверенно падает, что делает их более доступными для среднестатистического потребителя.

Как устроена солнечная батарея?

Конструктивное исполнение разных моделей устройств для преобразования энергии солнца в электричество имеет одинаковые элементы. Большая часть батарей состоит из следующих составляющих:

устройство, генерирующее, постоянный ток;
блок аккумуляторных батарей;
преобразователь постоянной величины тока в переменную.

В свою очередь, конструкция солнечной батареи состоит из фотоэлектрического преобразователя. При этом в изготовлении таких преобразующих компонентов используют кремний – достаточно дорогой природный материал. На сегодняшний день рассматривают два основных типа фотоэлектрических преобразователей:

преобразователи в изготовлении которых используется монокристаллический кремний;
приборы из поликристаллического материала.

К важнейшим техническим параметрам всех солнечных батарей можно отнести их коэффициент полезной мощности. Благодаря этому критерию определяется экономичность и качество преобразующего устройства. Полезная мощность определяется на основании показателей тока и напряжения, которые будут зависеть от степени интенсивности солнечных световых потоков, попадающих на фотоэлементы.

Хочется отметить, что величина тока на выходе солнечной батареи зависит не только от интенсивности солнца, но и от габаритов принимающих элементов. Во время дождя или зимой, когда постоянно пасмурно показатели мощности и напряжения в значительной мере снижаются, что обусловлено уменьшением выходного тока.

Если батарею замкнуть на любой нагрузке с сопротивлением, то по такой цепи начинает протекать ток, величина которого будет зависеть от качества преобразующих элементов и интенсивности потока солнечных лучей. При этом мощностные показатели, выделяемые при нагрузке, будут равны величине тока и напряжения перемноженных между собой.

Максимальных мощностных показателей, потребляемых электрическими приборами можно достичь только при оптимальном сопротивлении, которое должно соответствовать пиковому значению КПД солнечной батареи. При этом каждое преобразующее устройство обладает своим оптимальным размером сопротивления, значение которого будет зависеть от параметров фотоэлектрических преобразователей.

В конструкцию солнечной батареи входят отдельные элементы, соединённые по последовательной или параллельной схеме благодаря чему, улучшаются параметры на выходе. При последовательном соединении увеличивается величина напряжения, а при параллельном — ток. Обычно на практике используют комбинацию методов соединения что позволяет увеличить общие выходные параметры прибора.

Преимуществом комбинированного варианта соединения фотоэлементов является и то что в значительной мере увеличивается надёжность солнечной батареи. В первую очередь — это обусловлено тем, что при выходе из строя отдельно взятого элемента это практически не повлияет на качество работы устройства в целом.

Для увеличения надёжности солнечных батарей их элементы шунтируются с помощью диодов. При этом для каждого фотоэлектрического элемента используется по 4 диода. Благодаря этому отдельные элементы, на которые не попадает свет не выходят из строя. В такой ситуации приблизительно на четверть уменьшается генерируемая выходная мощность.

Если пренебречь установкой диодов, то из-за перегрева элементы принимающие солнечные лучи будут ломаться, так как при отсутствии света они начинают потреблять ток, а благодаря использованию диодов ток не будет проходить через них.

Солнечные батареи – принцип работы

Все преобразователи световой энергии в электрическую работают по достаточно простому принципу, который известен большинству людей ещё со школьного курса физики. В частности, нужно вспомнить принцип действия p-n перехода. Именно благодаря ему происходит превращение света в электричество.

Такой принцип работы может проиллюстрировать транзистор со срезанным корпусом. Лучи света, попадая, на p-n переход преобразуются в электрический ток, о появлении которого будет свидетельствовать вольтметр, подключённый к выводам. При этом если увеличить площадь перехода показатели электроэнергии также возрастут. Поэтому все современные батареи имеют достаточно большие габариты, позволяющие в полной мере удовлетворить нужды потребителей в электрической энергии.

С каждым годом происходит усовершенствование материалов и конструкции солнечных батарей, благодаря чему в значительной мере увеличивается коэффициент преобразования солнечной энергии в электрическую. При этом параметры тока и напряжения на выходе прибора зависят от степени освещённости фотоприёмников.

Кремниевые преобразователи солнечной энергии

Солнечными батареями, изготавливаемыми из кремния, вырабатывается ток постоянной величины, образуемый благодаря попаданию на кремневодородные элементы потоков солнечного света. Особенность материала такова что световые потоки, попадающие на поверхность, производят сдвиг электронов с орбиты атома. Благодаря этому свободные электроны вырабатывают электричество. Такие преобразователи обладают высокой производительностью, но имеют сложную в изготовлении конструкцию, из-за которой значительно возрастает цена устройства. При этом на сегодняшний день различают определённые модели кремниевых устройств.

Монокристаллический преобразователь, отличительной особенностью элементов которого является общая направленность чувствительных к свету ячеек в одном направлении. Это, в свою очередь, позволяет работать солнечной батарее с максимальным коэффициентом КПД. Но для качественной работы фотоприёмники должны быть постоянно развёрнуты к свету.
Поликристаллическое устройство работает благодаря пластинам, состоящим, из разнонаправленных кристаллов кремния что снижает уровень КПД на несколько процентов. Также такие солнечные батареи отличаются внешне, так как состоят из пластин с правильной формой и тёмно-синим окрасом. Неоднородность оттенка и структуры таких устройств обусловлена разнородностью кристаллов кремния и наличием различных примесей.
Аморфное преобразующее устройство представляет собой тончайшие кремниевые слои, получаемые путём напыления материала в условиях вакуума. В качестве основы берут высококачественную металлическую фольгу, стекло или полимерные материалы. Такие солнечные батареи имеют незначительный КПД по сравнению с другими преобразователями. Это в первую очередь обусловлено повышенным выгоранием кремниевого слоя под влиянием радиации солнечных лучей. Как стало известно, из практики качество работы аморфного преобразователя через несколько месяцев снижается на 25%, а по прошествии нескольких лет солнечная батарея совсем перестаёт работать.
Гибридный фотопреобразователь – устройство, объединившее в себе аморфные панели и микрокристаллический кремний. Качество работы гибридного преобразователя приближено к характеристикам поликристаллического аналога, с единственным отличием в том, что уровень КПД даже при рассеянном свете на порядок выше. Помимо этого, такие солнечные батареи могут преобразовывать как ультрафиолетовый спектр, так и инфракрасное излучение.

Полимерный преобразовать солнечной энергии

Полимерный преобразователь солнечной энергии в электрическую – перспективный вариант замены кремниевого аналога. Прибор состоит из плёнки с полимерным активным слоем, электродов из алюминия и подложки с высокой гибкостью. Благодаря объединению всех фотоэлементов между собой получается устройство рулонного типа.

Такие солнечные батареи достаточно гибкие и имеют незначительный вес. При этом их стоимость намного ниже чем у аналогов из кремния, который является дорогостоящим материалом. Помимо этого, такие системы обладают высокой экологичностью что очень актуально на сегодняшний день.

Хочется отметить, что полимерные солнечные батареи имеют невысокий КПД. Для широкого потребителя первые такие устройства начали производить в Дании. При этом сама процедура производства происходит за счёт многослойной печати фотоэлементов на специальной гибкой плёнке, которую можно разрезать по любым размерам что очень удобно. Стоимость плёночного элемента намного меньше чем у аналогов из кремния. Но повстречать такую солнечную батарею на прилавках магазинов практически невозможно. Процесс производства только входит в начальную стадию развития.

Работа солнечной батареи в плохую погоду

Солнечная батарея – замечательный источник электричества, придуманный человеком. Но из-за того, что основной работы таких устройств является солнечный свет, то если на улице дождь или тучи, эффективность их работы падает в разы. Особенно это актуально в осенне-зимний период года, когда погода не балует большим количеством солнечных дней.

Исходя из опыта использования солнечных источников электричества, зимой коэффициент производимой энергии падает практически в 5 раз. А если взять во внимание, что производительность таких устройств изначально ниже стандартного электроснабжения, то использование солнечных батарей зимой или в пасмурную погоду практически бессмысленно.

Помимо этого, при выпадении снега нужно выполнять очистку панелей, причём делать это нужно с максимальной осторожностью, так как любой дефект или повреждение фотоэлементов значительно снизит работу батареи в целом. А если говорить об осадках в виде града, то они просто губительны для солнечных батарей, так как все модули от механических ударов льдинок приходят в полную негодность.

Естественно, на сегодняшний день можно увеличить производительность солнечного источника электроэнергии в пасмурную погоду или зимой. Для этого были разработаны специальные приборы, отслеживающие положение солнца. Это позволяет моноблоку располагаться под правильным углом к источнику света. В первую очередь — это важно по той простой причине, что даже незначительное отклонение батареи от солнца сильно снижает её производительность. И чем сильнее угол отклонения, тем меньше электричества вырабатывается устройством.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

elektro.guru