Солнечная батарея принцип действия: Солнечные батареи: все про альтернативный источник энергии — solar-energ.ru. Принцип работы солнечной батареи для дома: устройство, схема, эффективность

Принцип работы солнечной батареи: как устроена панель

Эффективное преобразование бесплатных лучей солнца в энергию, которую можно использовать для электроснабжения жилья и иных объектов, – заветная мечта многих апологетов зеленой энергетики.

Но принцип работы солнечной батареи, и ее КПД таковы, что о высокой эффективности таких систем пока говорить не приходится. Было бы неплохо обзавестись собственным дополнительным источником электроэнергии. Не так ли? Тем более что уже сегодня и в России с помощью гелиопанелей “дармовой” электроэнергией успешно снабжается немалое количество частных домохозяйств. Вы все еще не знаете с чего начать?

Ниже мы расскажем вам об устройстве и принципах работы солнечной панели, вы узнаете, от чего зависит эффективность гелиосистемы. А размещенные в статье видеоролики помогут собственноручно собрать солнечную панель из фотоэлементов.

Содержание статьи:

Солнечные батареи: терминология

В тематике «солнечной энергетики» достаточно много нюансов и путаницы. Часто новичкам разобраться во всех незнакомых терминах поначалу бывает трудно. Но без этого заниматься гелиоэнергетикой, приобретая себе оборудование для генерации “солнечного” тока, неразумно.

По незнанию можно не только выбрать неподходящую панель, но и попросту сжечь ее при подключении либо извлечь из нее слишком незначительный объем энергии.

Галерея изображений

Фото из

Установка из солнечных панелей позволяет рационально использовать бесплатную, к тому же неисчерпаемую энергию солнечных лучей

Миниатюрные электростанции, собранные из солнечных батарей, обеспечат энергией неэлектрифицированные объекты и дома, расположенные в регионах с перебоями в поставке электричества

Установки, перерабатывающие УФ излучение в электроэнергию, занимают минимум места. их располагают на крышах домов, хозпостроек, гаражей, беседок, веранд. Реже их располагают на открытых, не занятых постройками и насаждениями площадках

Солнечные батареи — незаменимое оборудование для любителей путешествий. Оно обеспечит энергией вдали от источников электропитания

Использование солнечной энергии предоставит возможность существенно сократить затраты на содержание дач и загородных домов. собрать и установить экономически полезную систему без затруднений можно собственными руками

Расположенные на корме яхты, палубе корабля или носу катера солнечные батареи обеспечат электроэнергией, благодаря которой можно поддерживать стабильную связь с берегом

Портативная солнечная панель с аккумулятором исключит возникновение экстремальных ситуаций вдали от населенных пунктов, гарантирует зарядку мобильных устройств для общения с близкими

Выпускаемые специально для походов легкие компактные зарядные устройства на основе солнечных батарей обеспечат энергией телефоны, рации, планшеты и медиа-технику

Рациональное использование природных ресурсов

Обеспечение энергией неэлектрифицированных объектов

Монтаж солнечных панелей на крыше

Мобильная солнечная батарея в кемпинге

Самостоятельный монтаж на дачном участке

Генератор энергии в морских прогулках

Портативная солнечная панель с аккумулятором

Занимающий минимум места прибор

Вначале следует разобраться в существующих разновидностях оборудования для гелиоэнергетики. Солнечные батареи и солнечные коллекторы – это два принципиально разных устройства. Оба они преобразуют энергию лучей солнца.

Однако в первом случае на выходе потребитель получает энергию электрическую, а во втором тепловую в виде нагретого теплоносителя, т.е. солнечные панели используют для .

Максимум отдачи от солнечной панели можно будет получить, только зная, как она работает, из каких компонентов и узлов состоит и как все это правильно подключается

Второй нюанс – это понятие самого термина «солнечная батарея». Обычно под словом «батарея» понимается некое аккумулирующее электроэнергию устройство. Либо на ум приходит банальный отопительный радиатор. Однако в случае с гелиобатареями ситуация кардинально иная. Они ничего в себе не накапливают.

Солнечной панелью генерируется постоянный электроток. Чтобы преобразовать его в переменный (используемый в быту), в схеме должен присутствовать инвертор

Солнечные батареи предназначены исключительно для генерации электрического тока. Он, в свою очередь, накапливается для снабжения дома электричеством ночью, когда солнце опускается за горизонт, уже в присутствующих дополнительно в схеме энергообеспечения объекта аккумуляторах.

Батарея здесь подразумевается в контексте некой совокупности однотипных компонентов, собранных в нечто единое целое. Фактически это просто панель из нескольких одинаковых фотоэлементов.

Внутреннее устройство гелиобатареи

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

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

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

Виды кристаллов фотоэлементов

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

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

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

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

Кремниевые пластины фотоэлементов различаются по технологии изготовления на:

1. Монокристаллические.
2. Поликристаллические.

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

Галерея изображений

Фото из

Гелио-электростанция на загородном участке

Солнечные монокристаллические батареи

Внешний вид солнечных батарей на монокристаллах

Монокристаллическая единица солнечной батареи

Поставка готовой к монтажу солнечной батареи

Поликристаллический фотоэлемент для солнечной батареи

Гелио-батарея из поликристаллических фотоэлементов

Изготовление солнечной батареи своими руками

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

Поликристаллы получаются в результате постепенного охлаждения расплавленного кремния. Метод этот предельно прост, поэтому такие фотоэлементы и стоит недорого.

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

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

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

Обращенный к солнцу верхний слой пластинки-фотоэлемента делается из того же кремния, но уже с добавлением фосфора. Именно последний будет источником избыточных электронов в системе p-n-перехода.

Настоящим прорывов в области использования солнечной энергии стала разработка гибких панелей с аморфным фотоэлектрическим кремнием:

Галерея изображений

Фото из

Гибкий вариант солнечной батареи

Наклейка гибкого фотоэлемента на жалюзи

Зарядка для мобильников на гибкой батарее

Устойчивая к механическим воздействиям панель

Принцип работы солнечной панели

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Эффективность батарей гелиосистемы

Один фотоэлемент даже в полдень при ясной погоде выдает совсем немного электроэнергии, достаточной разве что для работы светодиодного фонарика.

Чтобы повысить выходную мощность, несколько ФЭП объединяют по параллельной схеме для увеличения постоянного напряжения и по последовательной для повышения силы тока.

Эффективность солнечных панелей зависит от:

• температуры воздуха и самой батареи;
• правильности подбора сопротивления нагрузки;
• угла падения солнечных лучей;
• наличия/отсутствия антибликового покрытия;
• мощности светового потока.

Чем ниже температура на улице, тем эффективней работают фотоэлементы и гелиобатарея в целом. Здесь все просто. А вот с расчетом нагрузки ситуация сложнее. Ее следует подбирать исходя из выдаваемого панелью тока. Но его величина меняется в зависимости от погодных факторов.

Гелиопанели выпускаются с расчетом на выходное напряжение, кратное 12 В – если на аккумулятор надо подать 24 В, то две панели к нему придется подсоединить параллельно

Постоянно отслеживать параметры солнечной батареи и вручную корректировать ее работу проблематично. Для этого лучше воспользоваться , который в автоматическом режиме сам подстраивает настройки гелиопанели, чтобы добиться от нее максимальной производительности и оптимальных режимов работы.

Идеальный угол падения лучей солнца на гелиобатарею – прямой. Однако при отклонении в пределах 30-ти градусов от перпендикуляра эффективность панели падает всего в районе 5%. Но при дальнейшем увеличении этого угла все большая доля солнечного излучения будет отражаться, уменьшая тем самым КПД ФЭП.

Если от батареи требуется, чтобы она максимум энергии выдавала летом, то ее следует сориентировать перпендикулярно к среднему положению Солнца, которое оно занимает в дни равноденствия по весне и осени.

Для московского региона – это приблизительно 40–45 градусов к горизонту. Если максимум нужен зимой, то панель надо ставить в более вертикальном положении.

И еще один момент – пыль и грязь сильно снижают производительность фотоэлементов. Фотоны сквозь такую “грязную” преграду просто не доходят до них, а значит и преобразовывать в электроэнергию нечего. Панели необходимо регулярно мыть либо ставить так, чтобы пыль смывалась дождем самостоятельно.

Некоторые солнечные батареи имеют встроенные линзы для концентрирования излучения на ФЭП. При ясной погоде это приводит к повышению КПД. Однако при сильной облачности эти линзы приносят только вред.

Если обычная панель в такой ситуации будет продолжать генерировать ток пусть и в меньших объемах, то линзовая модель работать прекратит практически полностью.

Солнце батарею из фотоэлементов в идеале должно освещать равномерно. Если один из ее участков оказывается затемненным, то неосвещенные ФЭП превращаются в паразитную нагрузку. Они не только в подобной ситуации не генерируют энергию, но еще и забирают ее у работающих элементов.

Панели устанавливать надо так, чтобы на пути солнечных лучей не оказалось деревьев, зданий и иных преград.

Схема электропитания дома от солнца

Система солнечного электроснабжения включает:

1. Гелиопанели.
2. Контроллер.
3. .
4. Инвертор (трансформатор).

Контроллер в этой схеме защищает как солнечные батареи, так и АКБ. С одной стороны он препятствует протеканию обратных токов по ночам и в пасмурную погоду, а с другой – защищает аккумуляторы от чрезмерного заряда/разряда.

Аккумуляторные батареи для гелиопанелей следует подбирать одинаковые по возрасту и емкости, иначе зарядка/разрядка будут происходить неравномерно, что приведет к резкому снижению срока их службы

Для трансформации постоянного тока на 12, 24 либо 48 Вольта в переменный 220-вольтовый нужен . Автомобильные аккумуляторы применять в такой схеме не рекомендуется из-за их неспособности выдерживать частые перезарядки. Лучше всего потратиться и приобрести специальные гелиевые AGM либо заливные OPzS АКБ.

Выводы и полезное видео по теме

Принципы работы и не слишком сложны для понимания. А с собранными нами ниже видеоматериалами разобраться во всех тонкостях функционирования и установки гелиопанелей будет еще проще.

Доступно и понятно, как работает фотоэлектрическая солнечная батарея, во всех подробностях:

Как устроены солнечные батареи смотрите в следующем видеоролике:

Сборка солнечной панели из фотоэлементов своими руками:

Каждый элемент в коттеджа должен быть подобран грамотно. Неизбежные потери мощности происходят на аккумуляторах, трансформаторах и контроллере. И их обязательно надо сократить до минимума, иначе и так достаточно низкая эффективность гелиопанелей окажется сведена вообще к нулю.

В ходе изучения материала появились вопросы? Или вы знаете ценную информацию по теме статьи и можете сообщить ее нашим читателям? Пожалуйста, оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке.

Солнечные батареи принцип действия

Приборы, служащие для преобразования электроэнергии из солнечных лучей, в народе называют солнечными батареями. По сути, такие электрогенераторы работают пока светит солнце, а значит такой источник энергии является практически неиссякаемым.

История открытия солнечных батарей

Александр Эдмон Беккерель

В XIX веке (1839 год) в возрасте 12 лет, французский естествовед Александр Эдмон Беккерель увидел фотогальванический эффект, трудясь в лаборатории своего отца Антуана Беккереля. Суть эффекта состоял в том, что при освещении платиновых пластин, находящихся в растворе электролита, гальванометр зарегистрировал появление ЭДС (электродвижущая сила). Взяв за основу этот эффект, Беккерель спроектировал актинограф — прибор для регистрации интенсивности света.

Уиллоуби Смит

Дальнейшим шагом на пути к солнечным батареям стало открытие фотопроводимости селена. Его осуществил Уиллоби Смит, английский инженер-электрик, занимавшийся разработкой изоляции подводных кабелей. В 1873 году он обнаружил, что электрическое сопротивление серого селена сильно «прыгает» от замера к замеру. Оказывается электропроводность стержней из селена стремительно возрастает при попадании на света. А в 1883 году американец Чарльз Фритс произвел первый фотоэлемент из тонкого слоя селена, находящийся между пластинами золота и меди.

Генрих Герц

Немецкий физик Генрих Герц в 1887 году выявил влияние солнечного излучения на электрический разряд. Смотря одновременно 2 разряда, Герц отметил, что яркая вспышка света от электрической искры 1-го разряда повышает длительность другого разряда.

Александр Григорьевич Столетов

В 1888 году наш земляк Александр Григорьевич Столетов изучил, как разряжается под воздействием освещения отрицательно заряженный цинковый электрод и как данный процесс зависит от интенсивности света.

Благодаря работам английского физика Джозефа Томсона в 1899 году и немецкого физика Филиппа Ленарда в 1900 году было подтверждено, что свет, попадая на металлическую поверхность, выбивает из неё электроны, вызывая возникновения фототока. Но целиком понять естество данного явления получилось в 1905 году, когда Альберт Эйнштейн предоставил его разъяснение с позиции квантовой теории.

Джозеф Томсон (слева) и Филипп Ленард (справа)

Обширное применение солнечных модулей началось с 1946 года, после того как работы по увеличению производительности приборов были запатентованы. А в 1957 году солнечные батареи уже были запущены в космическое пространство в составе искусственного спутника земли. Данный полет продемонстрировал, что работа солнечных батарей способна не только обеспечивать энергией спутники, а считается единственным возможным источником питания для бесперебойной работы таких автономных устройств в космосе.

Принцип работы и устройство солнечной батареи

Устройство и принцип действия солнечной батареи

На сегодняшний день солнечные преобразователи производятся в большинстве случаев из кремния. Отличают 2 вида передовых технологий, на базе которых функционируют батареи:

Поликристаллическая по стоимости ниже, благодаря чему не особо эффективная технология.

Монокристаллическая по стоимости выше, цена которой зависит от трудозатратной технологии изготовления, а точнее выращивания монокристаллов. Она предоставляет больше количества электроэнергии и срок службы ее существенно больше. Благодаря этому, монокристаллический солнечный модуль является наиболее лучшим для использования его в повседневной жизни.

Работа солнечного элемента сопряжена с его устройством. Состоит он из кремниевых наружных пластин, с различными свойствами проводимости, и внутреннего слоя чистого монокристаллического кремния. Внутренний слой имеет установленную дырочную проводимость. Один из наружных проводников тоньше противоположного слоя и покрыт особым слоем, образующим цельный металлический контакт.

При попадании на один из наружных слоев солнечного света создается фотогальванический эффект, что приводит к формированию в этом слое свободных электронов. Данные частицы получают вспомогательную энергию и способны преодолеть внутренний слой элемента, который в данном случае именуется барьером. Чем больше объем солнечного света, тем сильнее происходит процесс прохождения или перепрыгивания электронов от одной наружной пластины к другой, минуя внутреннюю перегородку. При замыкании наружных пластин возникает напряжение. Та пластина, которая усиленно отдает частицы, создает в себе так называемые дырки, обретает знак минус, а которая принимает, обретает знак плюс.

Типы солнечных батарей

На сегодняшний день на рынке присутствуют 5 видов солнечных батарей в которых используются разные материалы и фотоэлементы.

Максимальную известность приобрели солнечные батареи из поликристаллических фотоэлементов

Поликристаллическая солнечная батарея

Панели из монокристаллических фотоэлементов характеризуются наиболее большим коэффициентом полезного действия (14-16 %). Подобные панели немножко дороже, нежели панели из поликристаллического кремния. Так же фотоэлементы выполнены в виде многоугольника и из-за этого не целиком наполняют пространство солнечной батареи, что приводит к наиболее низкой производительности всей батареи по отношению к одной ячейки фотоэлемента.

Монокристаллическая солнечная батарея

Солнечные батареи из аморфного кремния располагают минимальной результативности (6-8 %), однако в то же время обладают низкой себестоимостью производимой энергии.

Солнечная батарея из аморфного кремния

Солнечные батареи на основе Теллурид Кадмия (CdTe) внешне изображают тонкопленочную технологию изготовления солнечных панелей. Полупроводниковые слои покрывают панель толщиной всего в несколько сотен микрон. Разработка считается наименее опасным для окружающей среды. Результативность солнечных батарей CdTe составляет примерно 11-12 %.

Солнечная батарея на основе Теллурид Кадмия (CdTe)

Солнечные батареи в составе которых присутствуют смеси Индия, Галлия, Меди, Селена (CIGS)

Солнечные батареи на основе смеси Индия, Галлия, Меди, Селена (CIGS)

Области применения солнечных панелей

• Портативная электроника. Для снабжения электричеством и(или) подзарядки аккумуляторных батареи разной бытовой электроники.
• Электромобили. Подзарядка автотранспорта.
• Авиация. Разработка самолета, использующего только энергию солнца.
• Энергообеспечение зданий. Электроснабжение дома, за счет размещения крупных солнечных батарей на крышах.
• Энергообеспечение населённых пунктов. Создание солнечных электростанций.
• Дорожное покрытие. Дороги, покрытые солнечными панелями, для освещения их же в ночное время.
• Использование в космосе. Электроснабжение космических аппаратов.
• Использование в медицине. Внедрение под кожу миниатюрную солнечную батарею для обеспечения работы приборов, имплантированных в тело.

Преимущества и недостатки солнечных источников энергии

Преимущества:

• Экологически чистая энергия;
• Неисчерпаемость и постоянство солнечной энергии;
• Минимум обслуживания;
• Длительный срок службы;
• Доступность;
• Экономичность;
• Большая область применения.

Недостатки:

• Высокая цена панелей;
• Нерегулярность из-за погодных условий;
• Высокая цена аккумуляторных батарей для аккумулирования энергии;
• Для большей мощности необходимо устанавливать большие площади солнечных панелей.

Таким образом, анализируя все вышеупомянутое, можно отметить, что в данный момент получить выгоду от солнечной энергии могут лишь достаточно богатые собственники загородных домов. Они могут без проблем дождаться того этапа, когда батареи окупят себя.

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

Здесь вы узнаете:

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

Принцип работы солнечных батарей

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

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

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

При нагревании фотоэлемента (верхней кремниевой пластины блока преобразователя) электроны из атомов кремния высвобождаются, после чего их захватывают атомы нижней пластины. Согласно законам физики, электроны стремятся вернуться в свое первоначальное положение. Соответственно, с нижней пластины электроны двигаются по проводникам (соединительным проводам), отдавая свою энергию на зарядку аккумуляторов и возвращаясь в верхнюю пластину.

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

Технические характеристики

Устройство солнечной батареи довольно простое, и состоит из нескольких компонентов:

• Непосредственно фотоэлементы / солнечная панель;
• Инвертор, преобразовывающий постоянный ток в переменный;
• Контроллер уровня заряда аккумулятора.

Аккумуляторы для солнечных батарей купить следует с учетом необходимых функций. Они накапливают и отдают электроэнергию. Запасание и расход происходит в течение всего дня, а ночью накопленный заряд только расходуется. Таким образом, происходит постоянное и непрерывное снабжение энергией.

Чрезмерная зарядка и разрядка батареи укорачивает ее эксплуатационный срок. Контроллер заряда солнечной батареи автоматически приостанавливают накопление энергии в аккумуляторе, когда он достиг максимальных параметров, и отключают нагрузку устройства при сильной разрядке.

(Tesla Powerwall — аккумулятор для солнечных панелей на 7 КВт — и домашняя зарядка для электромобилей)

Сетевой инвертор для солнечных батарей является самым важным элементом конструкции. Он преобразовывает полученную от солнечных лучей энергию в переменный ток различной мощности. Являясь синхронным преобразователем, он совмещает выходное напряжение электрического тока по частоте и фазе со стационарной сетью.

Фотоэлементы могут соединяться как последовательно, так и параллельно. Последний вариант увеличивает параметры мощности, напряжения и тока и позволяет устройству работать, даже если один элемент потеряет функциональность. Комбинированные модели изготовлены с использованием обеих схем. Эксплуатационный срок пластин около 25 лет.

Внутреннее устройство гелиобатареи

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

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

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

Виды кристаллов фотоэлементов

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

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

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

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

Кремниевые пластины фотоэлементов различаются по технологии изготовления на:

1. Монокристаллические.
2. Поликристаллические.

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

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

Поликристаллы получаются в результате постепенного охлаждения расплавленного кремния. Метод этот предельно прост, поэтому такие фотоэлементы и стоит недорого.

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

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

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

Обращенный к солнцу верхний слой пластинки-фотоэлемента делается из того же кремния, но уже с добавлением фосфора. Именно последний будет источником избыточных электронов в системе p-n-перехода.

Принцип работы солнечной панели

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Виды солнечных батарей

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

I. Классификация по типу их устройства:

1. 1. Гибкие;
2. 2. Жёсткие.

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

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

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

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

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

Сфера применения солнечной энергии

Есть три направления использования солнечной энергии:

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

Солнечные батареи удобно применять там, куда нельзя подвести электричество

Преимущества солнечных батарей

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

Положительные стороны применение данной разновидности аккумуляторных батарей:

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

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

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

Недостатки солнечных батарей

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

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

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

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

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 пластины соединены металлическими контактами.

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

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

Как работает солнечное отопление

Давайте подробно рассмотрим принцип работы солнечных батарей от ультрафиолетового света.

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

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

Итак, мы выяснили принцип работы солнечных батарей.

Солнечные батареи: принцип работы, как сделать своими руками в домашних условиях

Использование солнечной энергии для обеспечения жизненных потребностей в 21 веке является актуальным вопросом не только для корпораций, но и для населения. Теперь использование солнечных батарей для получения экологической электроэнергии привлекает много людей своей доступностью, автономностью, неиссякаемостью и минимальными вложениями. Теперь эти явления настолько привычны и обыденны, что уже давно прочно обосновались в нашу каждодневную жизнь.

Данный источник электроэнергии используется для освещения, функционирования бытовых электроприборов и отопления. Уличные фонари на солнечных батареях используются повсеместно в городской черте, на дачных участках и территориях загородных коттеджей.

Содержание

Принцип работы солнечной батареи

Как работает солнечная батарея, во многом зависит от ее устройства. Первоначально фотоэлементы изготавливались из кремния. Они и сейчас очень популярны, но поскольку процесс очистки кремния достаточно трудоемок и затратен, разрабатываются модели с альтернативными фотоэлементами из соединений кадмия, меди, галлия и индия, но они менее производительны.

КПД солнечных батарей с развитием технологий вырос. На сегодняшний день это показатель возрос от одного процента, который регистрировался в начале столетия, до более двадцати процентов. Это позволяет в наши дни использовать панели не только для обеспечения бытовых нужд, но и производственных.

Технические характеристики

Устройство солнечной батареи довольно простое, и состоит из нескольких компонентов:

• Непосредственно фотоэлементы / солнечная панель;

• Инвертор, преобразовывающий постоянный ток в переменный;

• Контроллер уровня заряда аккумулятора.

Аккумуляторы для солнечных батарей купить следует с учетом необходимых функций. Они накапливают и отдают электроэнергию. Запасание и расход происходит в течение всего дня, а ночью накопленный заряд только расходуется. Таким образом, происходит постоянное и непрерывное снабжение энергией.

Чрезмерная зарядка и разрядка батареи укорачивает ее эксплуатационный срок. Контроллер заряда солнечной батареи автоматически приостанавливают накопление энергии в аккумуляторе, когда он достиг максимальных параметров, и отключают нагрузку устройства при сильной разрядке.

(Tesla Powerwall — аккумулятор для солнечных панелей на 7 КВт — и домашняя зарядка для электромобилей)

Сетевой инвертор для солнечных батарей является самым важным элементом конструкции. Он преобразовывает полученную от солнечных лучей энергию в переменный ток различной мощности. Являясь синхронным преобразователем, он совмещает выходное напряжение электрического тока по частоте и фазе со стационарной сетью.

Фотоэлементы могут соединяться как последовательно, так и параллельно. Последний вариант увеличивает параметры мощности, напряжения и тока и позволяет устройству работать, даже если один элемент потеряет функциональность. Комбинированные модели изготовлены с использованием обеих схем. Эксплуатационный срок пластин около 25 лет.

Установка солнечных батарей

Если конструкции будут использоваться для электрообеспечения жилых пространств, то место установки следует выбирать тщательно. Если панели будут загорожены высотными зданиями или деревьями, то трудно будет получить необходимую энергию. Их необходимо разместить там, где поток солнечных лучей максимален, то есть на южную сторону. Конструкцию лучше установить под наклоном, угол которого равен географической широте месторасположения системы.

Солнечные панели должны размещаться таким образом, чтобы хозяин имел возможность периодически очищать поверхность от пыли и грязи или снега, поскольку это приводит к более низкой способности выработки энергии.

Солнечная батарея своими руками

Те, кто хочет сэкономить, задумываются, как сделать солнечную батарею в домашних условиях самостоятельно, чтобы она обладала необходимыми эксплуатационными параметрами и полностью обеспечивала энергетические потребност. Это особенно актуально для мест отдаленных от главных артерий цивилизации.

Солнечные батареи своими руками в домашних условиях изготавливаются из соответствующих элементов, которые можно купить в открытом доступе в специализированных компаниях или через интернет магазины. Если кремниевые пластины должны приобретаться у производителей, то остальные элементы, такие как лента, рамка, пленка, стекло, припой и прочее можно вполне обнаружить и дома в хозяйстве.

Солнечная батарея своими руками из подручных средств изготавливается некоторыми умельцами из медных листов, зажимов, мощных электроплит, соли и из других материалов. Такие кустарные устройства не смогут полностью обеспечить необходимой электроэнергией и могут использоваться лишь в небольших масштабах.

Лучше всего солнечные батареи купить у производителя, поскольку они обладают гарантией и необходимыми функциональными и эксплуатационными параметрами, и, значит, не подведут. Производство солнечных батарей базируется на применении новейших технологий, которые постоянно развиваются, предлагая более усовершенствованные модели. В зависимости от размеров устройств, они могут использовать для различных целей в местах, где нет снабжения электроэнергией. Они встречаются на калькуляторах, часах, различных мобильных устройствах.

Так, например, рюкзак с солнечной батареей будет незаменимым помощником тех, кто любит путешествовать с комфортом. Он накопит достаточно энергии, чтобы зарядить фонарик для освещения туристической палатки или чтобы во время похода заряжать необходимые гаджеты. Судя по отзывам, солнечные батареи используются часто и с удовольствием для удовлетворения разнообразных нужд не только на природе, но и в быту.

Современные устройства со встроенными солнечными модулями

• Power bank с солнечной батареей – внешний накопитель с фотоэлементами для преобразования солнечных лучей в заряд аккумулятора. Он обладает несколькими портами и предназначен для зарядки смартфонов или планшетов. Это незаменимое устройство для тех кто, много времени тратят в дороге и пользуются гаджетами. Устройство, зависимо от модели может дополняться различными функциями, как, к примеру, фонариком.

• Робот конструктор – наборы с различными элементами, из которых можно собрать несколько конструкций, которые двигаются автономно. Это лучшая игрушка для любознательных детей. Робот конструктор на солнечной батарее купить интересно будет не только малышам, но и вполне взрослым дяденькам, поскольку захватывающим является не только движение робота, но и сам процесс сборки.

• Уличные садовые светильники на солнечных батареях – идеальное решение для сада, огорода или приусадебного участка. Благодаря накопленному заряду они будут светиться всю ночь. Для этого не нужно прокладывать специальную проводку. Их можно брать с собой на рыбалку или семейный поход. Чрезвычайная мобильность, компактность и удобство делают фонари самыми востребованными изделиями на солнечных батареях.

Возможности эксплуатации настолько разнообразны, а технологии так быстро развивается, что скоро солнечные модули охватят все сферы жизни современного человека.

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.

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.

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.

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 пластины соединены металлическими контактами.

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

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

Как работает солнечное отопление?

Давайте подробно рассмотрим принцип работы солнечных батарей от ультрафиолетового света.

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

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

Итак, мы выяснили принцип работы солнечных батарей.

Доступными словами принципы работы солнечных батарей

Почти 100% всей энергии, которую мы используем в повседневной жизни – это энергия солнца, так или иначе преобразованная. Уголь – это умершие растения, которые жили благодаря фотосинтезу, нефть – растения и животные, которые вымерли миллионы лет назад и росли за счет энергии солнца. Даже когда вы сжигаете дрова – вы даете выход солнечной энергии, которую в себя впитала древесина. По сути, любая тепловая электростанция преобразовывает аккумулированную в виде угля, нефти, газа и др. ископаемых солнечную энергию в электричество.

Солнечная батарея просто делает это напрямую, без участия «посредников». Электричество – наиболее удобная форма применения солнечной энергии. Весь быт человечества сейчас построен вокруг электричества, и цивилизацию без него очень сложно представить. Несмотря на то, что первые фотоэлементы появились более полувека назад, солнечная энергетика пока не нашла должного распространения. Почему? Об этом в конце статьи, а пока разберемся, как это все работает.

Все дело в кремнии

Солнечные батареи состоят из ячеек меньшего размера – фотоэлементов, которые сделаны из кремния.

Солнечная панель состоит из нескольких фотоэлементов.

Важно. Кремний – наиболее распространенный полупроводник на Земле (около 30% всей земной коры)

Кремний располагается между двумя токопроводящими слоями.

«Сэндвич» из кремния и токопроводящих слоев

Каждый атом кремния соединен с соседними четырьмя сильными связями, которые удерживают электроны на месте, поэтому так ток течь не может.

Структура атомов кремния

Для того, чтобы получить ток используют два различных слоя кремния:

• Кремний N-типа имеет избыток электронов
• Кремний Р-типа – дополнительные места для электронов (дырки)

Кремний Р и N типа

Там, где соединяются два типа кремния, электроны могут перемещаться через Р-N переход, оставляя положительный заряд на одной стороне и отрицательный на другой.

Чтобы это было легче представить, лучше думать о свете, как о потоке частиц (фотонов), которые ударяются о нашу ячейку настолько сильно, что выбивает электрон из его связи, оставляя дырку. Отрицательно заряженный электрон и место положительно заряженной дырки теперь могут свободно перемещаться, но т.к. мы имеем электрическое поле на Р-N переходе, они движутся только в одном направлении. Электрон – в сторону N-проводника, дырка стремится на Р — сторону пластины.

После «освобождения» электрон стремится к проводнику

Все электроны собираются металлическими проводниками вверху ячейки и уходят во внешнюю сеть, питая токоприемники, аккумуляторы для солнечных батарей или электрический стул для хомяка 🙂 . После проведенной работы электроны возвращаются к обратной стороне пластины и занимают места в тех самых «дырках».

Работа фотоэлемента

Стандартная пластина, 150х150 мм номинально вырабатывает только 0,5 вольта, но если объединить их в одну большую панель, то можно получить бо́льшую мощность и вольтаж. Для зарядки мобильника нужно объединить 12 таких пластин. Для питания дома нужно затратить гораздо больше пластин и панелей.

Благодаря тому, что в фотоэлементах единственной подвижной частью являются электроны, солнечные панели не нуждаются в обслуживании и могут служить 20-25 лет не изнашиваясь и не ломаясь.

Почему человек не перешел на солнечную энергию полностью?

Можно много рассуждать о политике, бизнесе и прочей конспирологии, но в рамках этой статьи хотелось бы рассказать о других проблемах.

1. Неравномерное распределение солнечной энергии по поверхности планеты. Одни области более солнечные, чем другие и это тоже непостоянною. Солнечной энергии гораздо меньше в пасмурные дни и совсем нет ночью. И чтобы полностью рассчитывать на солнечную энергию, необходимы эффективные способы получения электричества для всех областей.
2. КПД. В лабораторных условиях удалось достичь результата в 46%. Но коммерческие системы не достигают даже 25% эффективности.
3. Хранение. Самым слабым звеном в солнечной энергетике является отсутствие эффективного и дешевого способа сохранять полученную электроэнергию. Существующие аккумуляторные батареи тяжелы и значительно снижают эффективность и без того слабые показатели солнечной системы. В целом, хранить 10 тонн угля проще и удобнее, чем 46 мегаватт, выработанных этим же углем или солнцем.
4. Инфраструктура. Для того, чтобы питать мегаполисы – площадей крыш этих городов будет недостаточно, чтобы удовлетворить все запросы, поэтому для внедрения солнечной энергетики нужно транспортировать энергию, а для этого необходимо строить новые энергетические объекты

Видео о том, как производят солнечные батареи.

В ролике подробно описывается процесс изготовления поликристаллических солнечных батарей, принцип их работы в системе солнечных электростанций, принцип работы контроллера заряда и инвертора.

Принцип работы и устройство солнечной батареи

Одним из источников энергии является солнечная батарея, генерирующая альтернативную энергию Солнца. Она появилась сравнительно недавно, но уже успела обрести популярность в странах Евросоюза, за счет высокой эффективности и приемлемой стоимости.

Солнечная батарея является почти неисчерпаемым источником энергии, способным накапливать и преобразовывать световые лучи в энергию и электричество. В странах СНГ новый источник энергии постепенно только набирает популярность. (Кстати, статью о том, как выбрать солнечную батарею, Вы можете прочитать здесь.)

Компоненты

Само устройство и принцип работы энергоисточника можно называть простым. Оно состоит всего из двух частей:

• основного корпуса;
• преобразовательных блоков.

В большинстве случаев корпус делают из пластика. Он похож на обыкновенную плитку, к которой прикреплены преобразовательные блоки.

Преобразовательным блоком является кремниевая пластинка. Она может изготавливаться двумя способами:

• поликристаллическим;
• монокристаллическим.

Поликристаллический способ является менее затратным, а монокристаллический считается наиболее эффективным.

Все остальные дополнительные части (например, контроллеры и инверторы), гаджеты и микросхемы присоединяют только для увеличения работоспособности и функционирования источника энергии. Без них солнечная батарея также сможет работать.

Имейте в виду: для того чтобы данный источник начал функционировать нужно правильно и аккуратно подключить все преобразовательные блоки.

С расчётом мощности солнечных батарей может помочь данная статья: https://teplo.guru/eko/solnechnyie-batarei-kpd.html

Существует два вида их подключения:

• последовательное;
• параллельное.

Разница лишь в том, что в параллельном соединении происходит увеличение силы тока, а при последовательном увеличивается напряжение.

Если есть необходимость в максимальной работе сразу двух параметров, то используется параллельно-последовательное.

Но стоит учитывать, что высокие нагрузки могут способствовать тому, что некоторые контакты могут перегореть. Для предотвращения этого используют диоды.

Один диод способен защитить одну четвертую часть фотоэлемента. Если их нет в устройстве, то есть большая вероятность, что весь источник энергии прекратит своё функционирование после первого же дождя или урагана.

Важный момент: ни накопление, ни сила тока совершенно не соответствуют возможным параметрам современной бытовой техники, поэтому приходится перераспределять и накапливать электроэнергию.

Для этого рекомендуется дополнительно подключать минимум два аккумулятора. Один будет являться накопительным, а второй запасным или резервным.

Приведем пример работы дополнительных аккумуляторов. Когда на улице хорошая и солнечная погода, то заряд идет быстро и через малое количество времени появляется уже лишняя энергия.

Поэтому весь этот процесс контролирует специальный реостат, который способен в определенный момент перевести всю ненужную электроэнергию в дополнительные резервы.

Познакомиться с отзывами владельцев солнечных батарей можно в данной статье: https://teplo.guru/eko/solnechnyie-batarei-dlya-doma-otzyivy.html

Принцип работы

В чем же заключается принцип работы альтернативного источника энергии?

Во-первых, фотоэлементы являются кремниевыми пластинами. В свою очередь, кремний по своему химическому составу имеет максимальную схожесть с чистым силицием. Именно этот нюанс дал возможность понизить стоимость солнечной батареи и запустить ее уже на конвейер.

Кремний в обязательном порядке кристаллизуют, так как сам по себе он является полупроводником. Монокристаллы изготавливаются намного проще, но при этом не имеют много граней, за счет чего электроны имеют возможность двигаться прямолинейно.

Важно знать, что добавлением фосфора или мышьяка повышается электропроводность. Также, одним из важных свойств силиция является невидимость для инфракрасного излучения.

Благодаря этому элементу, преобразовательные блоки поглощают только полезные части солнечного спектра.

Последовательность действий солнечной батареи:

1. Принцип работы солнечной батареи. (Для увеличения нажмите)

   Энергия солнца попадает на пластины.

2. Пластины нагреваются и освобождают электроны.
3. Электроны активно двигаются по проводникам.
4. Проводники дают заряд аккумуляторам.

Вот мы и выяснили, из чего состоят солнечные батареи и каков их принцип действия.

Подробнее узнать об основных видах солнечных панелей можно здесь: https://teplo.guru/eko/vidyi-solnechnyih-paneley.html

В заключение хотелось бы добавить, что такую альтернативу можно сделать дома самостоятельно, при наличии всех необходимых частей.

Смотрите видео, в котором в легкой и познавательной форме объясняется принцип работы солнечных батарей:

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Преимущества солнечных батарей для домашнего использования

Последнее обновление 15.07.2020

Технология накопления энергии существует уже несколько десятилетий, но солнечные батареи, используемые в домашних системах «солнечная энергия плюс накопитель», являются относительно новыми для рынка. Хотя солнечные батареи могут принести значительную экономическую выгоду домовладельцам в определенных ситуациях, их цена означает, что они не имеют финансового смысла для всех.Читайте наше краткое изложение того, что солнечные батареи могут и чего не могут сделать для вашего дома.

Лучшее применение солнечных батарей

Когда вы устанавливаете солнечную батарею как часть вашей домашней солнечной энергетической системы, вы фактически можете хранить дополнительную энергию, производимую вашими солнечными панелями дома, вместо того, чтобы подавать ее обратно в электрическую сеть. С солнечными батареями вы максимально увеличиваете свою способность использовать электричество, вырабатываемое вашими солнечными панелями, на ежедневной основе.В то время, когда вам нужно больше электричества, чем вырабатывают ваши солнечные батареи (днем или ночью), вы можете использовать накопленную солнечную энергию.

Сэкономите ли вы больше денег, установив солнечную систему с накоплением, зависит от того, как ваша электроэнергетическая компания взимает плату со своих клиентов. В штатах с нетто-счетчиком вы обычно получаете кредит на счет за коммунальные услуги за каждый киловатт-час (кВтч) солнечной энергии, который вы отправляете обратно в сеть.Вы можете использовать эти кредиты позже, когда вам потребуется больше электроэнергии, чем вырабатывают ваши солнечные батареи. Для домовладельцев в этой ситуации установка солнечной батареи не увеличит их сбережения: электрическая сеть дает такую ​​же финансовую выгоду, как и солнечная батарея.

Тем не менее, некоторые электроэнергетические компании меняют свои тарифы таким образом, что солнечные батареи становятся разумным вложением средств для домовладельцев. Если тарифная политика вашей компании включает в себя что-либо из следующего, накопление энергии может помочь вам сэкономить больше с помощью солнечных батарей.

Как тарифы на электроэнергию по времени использования (TOU) влияют на экономичность солнечных батарей

Если у вашего коммунального предприятия установлены тарифы на условные единицы, тариф за кВт / ч, который вы платите за электроэнергию, будет меняться в зависимости от времени суток. Электроэнергия будет стоить дороже в «часы пик», когда спрос на электроэнергию высок, обычно во второй половине дня и вечером. Тарифы на электроэнергию ниже в дневное время, когда потребление электроэнергии в доме ниже, а солнечные батареи наиболее эффективны.Если ваша коммунальная компания использует ставки TOU, вы можете получить выгоду от домашнего накопления энергии, используя электроэнергию от ваших солнечных батарей в часы пик, когда ставки на электроэнергию коммунальные предприятия самые высокие.

Ставки

TOU становятся все более распространенными в США, при этом Калифорния лидирует: все домовладельцы в Золотом штате постепенно переводятся на ставки TOU вместо единой ставки за кВт / ч.

Как плата за потребление влияет на экономику солнечных батарей

Если ваша коммунальная компания взимает плату за потребление для бытовых потребителей, с вас будет взиматься плата, размер которой зависит от того, сколько электроэнергии вы потребляете.Плата может зависеть от того, сколько электроэнергии вы покупаете в часы пик, когда спрос на электроэнергию самый высокий. Это также может быть определено общим количеством электроэнергии, которое вы потребляете за месяц. Если ваша коммунальная компания использует плату за электричество, вы получите выгоду от солнечных батарей, потому что вы сможете избежать более высокой платы, полагаясь вместо этого на свою систему хранения энергии.

В то время как плата за потребление более обычна для коммерческих потребителей с большими счетами за электроэнергию, некоторые штаты и коммунальные предприятия рассматривают возможность добавления платы за потребление к своим тарифам на электроэнергию, чтобы мотивировать людей сокращать потребление электроэнергии.Коммунальные предприятия в Аризоне и Иллинойсе, среди прочего, оценивают плату за спрос на жилье.

Как сокращение или отсутствие чистых счетчиков влияет на экономику солнечных батарей

В штатах с истинным нетто-счетчиком вы получите кредит за кВт-ч, равный стоимости электроэнергии, указанной в вашем счете, за энергию, производимую вашими солнечными панелями. Например: если вы платите 0,11 доллара за киловатт-час за электроэнергию от коммунального предприятия, вы получите кредит в размере 0,11 доллара за каждый киловатт-час солнечной энергии, который ваши панели производят и отправляют обратно в сеть.

Однако в некоторых штатах вы получите кредит на оптовую ставку или ставку «предотвращенных затрат», которая обычно равна ставке, которую ваше коммунальное предприятие заплатило бы за покупку электроэнергии в другом месте. В результате денежная стоимость одного кВтч солнечной энергии, которую вы используете дома, выше, чем стоимость, которую вы отправляете обратно в сеть. Например, если вы платите 0,11 доллара за кВт / ч за электроэнергию от вашего коммунального предприятия, но ваше коммунальное предприятие предлагает кредит только на 0,04 доллара за электроэнергию, отправленную обратно в сеть, ваша солнечная электроэнергия будет стоить 0 долларов.На 07 меньше, если вы не используете его дома. В этих штатах установка солнечных батарей имеет экономический смысл, потому что вы можете максимизировать ценность энергии, которую вы производите в своей собственности.

В конце 2015 года Комиссия по коммунальным предприятиям штата Невада (PUC) проголосовала за изменение своей политики чистых измерений на политику, основанную на норме предотвращенных затрат — один из первых штатов, сделавших такое изменение. На Гавайях, где более 10 процентов домов имеют солнечные панели на крышах, PUC также сократила чистые кредиты на счетчики таким образом, что хранение энергии стало выгодным вложением.

Резервное питание: еще одно преимущество солнечных батарей

Солнечные батареи по-прежнему стоят дороже, чем стандартный дизельный генератор, но они могут обеспечивать резервное питание без выбросов парниковых газов. Если у вас есть стандартная система солнечных батарей, вы все равно потеряете электроэнергию во время отключения электроэнергии из-за того, как ваши панели подключены к электросети. Однако, когда вы добавляете батарею в свою систему, ваш дом может расходовать солнечную энергию, которую вы сохранили, в случае, если сеть выйдет из строя.

Чего не могут (большинство) солнечной энергии плюс накопители: отключить вас от сети

По мере того как на рынке появляются технологии хранения энергии, все больше домовладельцев думают о том, чтобы выйти «из сети» — полностью прекратить подключение к электросети — с использованием солнечных батарей. Хотя в определенных ситуациях отключение от сети возможно (или даже необходимо), большинство солнечных батарей не предназначены для использования в качестве единственного источника энергии. Они обеспечивают большую ценность для среднего домовладельца, когда они подключены к электрической сети, и их следует рассматривать как продукт хранения солнечной сети.

Ваши солнечные панели будут производить больше электроэнергии в течение долгих летних дней, чем в зимние месяцы. Чтобы полностью отключиться от сети, вам понадобится система аккумуляторов, которая может хранить значительное количество дополнительной энергии в летние месяцы, чтобы вы могли удовлетворить свои потребности в электроэнергии зимой. Типичная домашняя солнечная батарея, такая как Tesla Powerwall, недостаточно велика для этого — большинство продуктов, доступных сегодня, предназначены для обеспечения всего нескольких часов энергии, так что вы можете максимально эффективно использовать солнечную электроэнергию в час.

Поскольку большинство бытовых солнечных батарей на рынке имеют емкость только для нескольких часов электричества, одна батарея не может работать в стандартном американском доме в течение нескольких дней. Однако они могут предоставить вам временное резервное питание. Их также можно откалибровать так, чтобы они питали только предметы первой необходимости в случае отключения электроэнергии, что может продлить срок их службы. Если вы действительно хотите полностью отключиться от сети, вы должны быть готовы потратить десятки тысяч долларов и выделить часть своего дома или гаража для большой системы хранения энергии с несколькими батареями.

Начните свое солнечное путешествие сегодня с EnergySage

EnergySage — это национальный онлайн-рынок солнечной энергии: когда вы регистрируете бесплатную учетную запись, мы соединяем вас с солнечными компаниями в вашем районе, которые конкурируют за ваш бизнес с индивидуальными ценами на солнечную энергию, адаптированными к вашим потребностям. Ежегодно в EnergySage приходят более 10 миллионов человек, чтобы узнать о солнечной энергии, сделать покупки и инвестировать в нее. Зарегистрируйтесь сегодня, чтобы узнать, сколько солнечной энергии можно сэкономить.

,

Глубина разряда и накопления солнечной энергии

Глубина разряда (DoD) — одна из ключевых цифр, которую следует учитывать при выборе батарей для солнечной энергетической системы. Какова глубина разряда и как она должна влиять на ваш выбор батарей?

Какая глубина разряда?

Термин «глубина разряда» не требует пояснений — он описывает степень разряда батареи по отношению к ее общей емкости. Если у вас есть аккумуляторный блок с номинальной емкостью 10 киловатт-часов (кВт-ч), например, при 70% -ном уровне заряда, у этого аккумуляторного блока осталось 3 кВт-ч заряда.

Глубина разряда и срок службы

Химический состав большинства аккумуляторов (включая свинцово-кислотные и литий-ионные) ухудшается по мере их зарядки и разрядки, постепенно снижая их способность накапливать энергию. Это влияет на продолжительность срока службы батареи, а также на общее количество киловатт-часов, которое она может сохранить в течение этого срока службы.

Двумя наиболее критическими факторами деградации аккумуляторов являются: а) количество циклов разряд-подзарядка и б) максимальная глубина, на которую они разряжаются .Если свинцово-кислотный аккумулятор разряжается на 100% каждый раз, например, при его использовании, его электролит быстро разлагается по сравнению с тем, если бы он был разряжен только до 50%.

Именно по этой причине термин «срок службы» (с квалификатором «при X DoD») используется в листах технических характеристик аккумуляторов. Эта спецификация может появляться один раз (если существует только один рекомендуемый уровень DoD) или несколько раз (если производитель хочет показать примеры различных вариантов использования). Например, аккумуляторная батарея может иметь 10 000 циклов при DoD 20%, но только 1000 циклов при DoD 80%.

Сравните цены на солнечные батареи и батареи

(И / или ознакомьтесь с нашей очень полезной библиотекой ресурсов для калькулятора солнечных батарей и аккумуляторов!) иметь паспортную мощность 10 кВт / ч, это не обязательно означает, что он может хранить полезные 10 кВт / ч энергии; Максимальные ограничения DoD означают, что реально возможно получить доступ только к 8, 5 или даже всего 2 кВт · ч , в зависимости от того, как спроектирована система (см. Ниже раздел о расчетном сроке службы).

Слишком глубокая разрядка батарей может значительно снизить ценность, которую они обеспечивают в течение срока службы. В примере сценария аккумуляторной батареи, описанном в таблице ниже (5000 долларов США для свинцово-кислотного массива 10 кВт · ч), например, регулярная разрядка до 80% DoD приведет к приблизительной приведенной стоимости хранения (LCOS) более 65c / кВтч. Это связано с тем, что аккумуляторная батарея будет надежно хранить энергию только в течение примерно 2 лет (~ 8000 кВт · ч хранения), прежде чем истечет свой срок службы.

Если бы DoD банка батарей было ограничено 50%, с другой стороны, LCOS было бы уменьшено вдвое — примерно на 28 центов / кВтч — и увеличило бы срок службы батареи более чем в три раза до примерно 7 лет (с примерно 17 500 кВтч емкостью хранения. ).

Пример: производительность свинцово-кислотного аккумулятора при 80%, 50% и 20% DoD

В приведенной ниже таблице используется теоретический набор свинцово-кислотных аккумуляторов мощностью 10 кВт · ч (при условии 500 циклов в год), чтобы проиллюстрировать, как DoD влияет на срок службы, срок службы и значение накопленной энергии, полученной с течением времени.Хотя цифры не для реальной батареи, они являются ориентировочными и дают некоторое представление о роли DoD в сроке службы батареи.

Как можно видеть, хотя более глубокая разрядка может обеспечить большее количество доступной сохраненной энергии в краткосрочном периоде (например, ~ 75 кВт / ч в неделю при 80% DoD), это происходит за счет долговечности аккумуляторной батареи. (который сокращается примерно до 2 лет при 80% DoD) и значение накопленной энергии .

Пример реквизитов аккумуляторной батареи
Заводская мощность (кВтч)	Стоимость	Циклов в год
10	$ 5000	500
Максимальная глубина разряда
80%	50%	20%
Срок службы
1000	3500	10 000
Приблизительная емкость накопителя в кВтч за весь срок службы
8000	17,500	20000
Стоимость за кВтч в течение срока службы
$ 0.625	0,286 долл. США	0,250 долл. США
Примерный срок эксплуатации (лет)
2	7	20
Полезные кВтч в неделю (примерно)
77	48	19

Расчетный срок службы батареи: учет DoD в реальных сценариях использования

По сути, все это означает, что DoD должно быть ключевым фактором при проектировании любой системы хранения батареи. «Расчетный срок службы» аккумуляторной батареи — это количество лет, в течение которых она должна работать в пределах параметров, для работы которых она предназначена. В процессе проектирования следует учитывать модели энергопотребления дома, в котором будет установлен аккумуляторный блок, и, по возможности, системная система управления аккумуляторными батареями (BMS) должна быть настроена так, чтобы ограничить DoD, чтобы срок службы аккумуляторного блока был максимальным.

Цифры в таблице выше также служат напоминанием о том, почему цена, указанная на паспортной табличке в долларах / кВтч, не является лучшим показателем стоимости банка аккумуляторов. Гораздо важнее величина накопленной энергии, которую батарея будет обеспечивать в течение всего срока службы спроектированной системы. В свете этого, , вероятно, более полезно определять емкость аккумуляторного блока с точки зрения количества полезной энергии — например, паспортную табличку аккумуляторного блока на 10 кВт / ч с расчетным максимальным значением DoD в 50% лучше рассматривать как аккумуляторный блок на 5 кВт / ч.

Помните: производительность зависит от типа батареи

В этой статье мы использовали пример банка свинцово-кислотных аккумуляторов, но на австралийском рынке уже есть много других типов аккумуляторов, которые более устойчивы к глубокой разрядка.

Батареи Flow (от Redflow и Imergy), например, могут быть разряжены до 100% без повреждения электролита, и теоретически их можно заряжать и разряжать бесконечно. Аналогичным образом, аккумуляторы Aquion AHI на основе соленой воды рекомендуется использовать при 100% -ной плотности разряда в течение 3000+ циклов.

Аккумулятор Aquion для морской воды может быть разряжен до 100%.

ZCell Redflow имеет полезную емкость 10 кВт · ч при 100% глубине разряда.

И хотя полная разрядка не рекомендуется, при рекомендуемом DoD 70-90% литий-ионные батареи по-прежнему значительно более устойчивы к глубокой разрядке, чем свинцово-кислотные, что делает их более конкурентоспособными по цене за кВтч (или LCOS) перспектива.

Сравните цены на солнечные батареи и аккумуляторы

В августе 2015 года компания Solar Choice запустила первую в Австралии службу сравнения аккумуляторов , которая позволит вам быстро сравнить предложения установщиков в формате «яблоки к яблокам».

Если вы — частный потребитель, заинтересованный в новой солнечной системе с накоплением, заполните свои данные в нашей форме запроса на сравнение цен на солнечную энергию, чтобы сравнить ваши варианты сейчас. Потенциальным коммерческим клиентам также предлагается зарегистрировать свою заинтересованность. (Если у вас уже есть солнечная система, выберите «Только батарея».)

Сравните цены на солнечные батареи и батареи

© 2016 Solar Choice Pty Ltd

Джеймс Мартин II

Участник в Solar Choice

Джеймс был Солнцем Главный писатель и исследователь Choice с 2010 по 2018 год.

Сейчас он является менеджером по коммуникациям в стартапе SwitchDin, занимающемся энергетическими технологиями, но время от времени продолжает вести блог Solar Choice.

Джеймс живет в Ньюкасле в доме со странной солнечной системой.

Последние сообщения Джеймса Мартина II (посмотреть все)

.

Принцип работы и разработка солнечных батарей

Теплые советы: Слово в этой статье составляет около 2600, а время чтения — около 15 минут.

Резюме

В связи с постоянной потребностью человечества в возобновляемых источниках энергии, люди стремятся к разработке новых источников. Энергия, которую солнце светит на поверхность Земли за 40 минут, может использоваться в течение одного года со скоростью, соответствующей текущему глобальному потреблению энергии.Разумное использование солнечной энергии будет долгосрочной стратегией развития человечества для решения энергетических проблем, а также одной из наиболее изученных горячих точек исследований. В этой статье будут представлены различные типы новых солнечных элементов, а также принцип и развитие солнечных элементов. Заодно сравним эффективность конверсии и перспективы их развития.

---

Каталоги

2 2

Каталоги	I.Фон солнечного элемента	4. Нанокристаллические солнечные элементы	3. SunCats
	II. Типы солнечных элементов	5. Органические солнечные элементы	4. Солнечные батареи
	1. Кремниевый солнечный элемент	III. Некоторые необычные конструкции солнечных элементов	IV. Принцип работы солнечных элементов
	Многокомпонентные тонкопленочные солнечные элементы	1. E-Saving Battery	В. Фотоэлектрический эффект
3. Полимерный многослойный модифицированный электродный солнечный элемент	2. Складной солнечный элемент

---

Введение

I.Solar Cell Backgroud

Энергетика — это не только основная отрасль национальной экономики, но и высокотехнологичная отрасль.« Безопасный, эффективный и низкоуглеродный » воплощает в себе характеристики современных энергетических технологий, а также является основным направлением, позволяющим захватить командную высоту будущих энергетических технологий.

В настоящее время разработка новых источников энергии в основном сосредоточена на возобновляемых источниках энергии, таких как солнечная энергия, водородная энергия, энергия ветра и геотермальная энергия, среди которых ресурсы солнечной энергии широко распространены и являются наиболее перспективными возобновляемыми источниками энергии.В связи с глобальным дефицитом энергии и проблемами загрязнения окружающей среды, такими как все более заметные проблемы, производство солнечной фотоэлектрической энергии привлекло внимание всего мира и сосредоточило внимание на развитии новых отраслей промышленности из-за ее чистых, безопасных, удобных, эффективных и других характеристик.

С момента открытия французским ученым Э. Беккерелем в 1839 году фотоэлектрического эффекта жидкости (так называемого фотовольтаического явления), солнечный элемент претерпел долгую историю развития, насчитывающую более 160 лет.С точки зрения общего развития, как фундаментальные исследования, так и технический прогресс сыграли положительную роль в их продвижении. Практическое применение солнечных элементов сыграло решающую роль с момента успешной разработки монокристаллических кремниевых солнечных элементов, сделанных тремя учеными из Bell Laboratories США, что является важной вехой в истории развития солнечных элементов. Пока что основная структура и механизм солнечных элементов не изменились.

В связи с постоянной потребностью человечества в возобновляемых источниках энергии, люди стремятся разрабатывать новые источники.Энергия, которую солнце светит на поверхность Земли за 40 минут, может использоваться в течение одного года со скоростью, соответствующей текущему глобальному потреблению энергии. Разумное использование солнечной энергии станет долгосрочной стратегией развития человечества для решения энергетических проблем, а также одной из наиболее изученных горячих точек исследований. В этой статье будут представлены различные типы новых солнечных элементов, а также принцип и развитие солнечных элементов. Заодно сравним эффективность конверсии и перспективы их развития.

II. Типы солнечных элементов

1. Кремниевые солнечные элементы

Кремниевые солнечные элементы делятся на солнечные элементы из монокристаллического кремния, тонкопленочные солнечные элементы из поликристаллического кремния и тонкопленочные солнечные элементы из аморфного кремния.

Солнечные элементы из монокристаллического кремния обладают эффективностью преобразования элементов, чья технология также является наиболее зрелой. Наивысшая эффективность преобразования в лаборатории составляет 24,7%, а производительность в масштабе производства составляет 15%.Он по-прежнему доминирует в крупномасштабных приложениях и промышленном производстве. Однако из-за дороговизны монокристаллического кремния резко удешевить его очень сложно. В целях экономии кремниевых материалов, поликристаллический кремний и аморфная кремниевая пленка появились в качестве заменителей монокристаллических кремниевых солнечных элементов.

По сравнению с монокристаллическим кремнием, тонкопленочный солнечный элемент из поликристаллического кремния имеет более низкую стоимость. В то же время он имеет более высокую эффективность, чем тонкопленочный элемент из аморфного кремния.Его самая высокая эффективность преобразования составляет 18% в лабораторных условиях и 10% в промышленных масштабах. В результате поликристаллические кремниевые тонкопленочные батареи скоро будут доминировать на рынке солнечной энергии.

Аморфные кремниевые тонкопленочные солнечные элементы обладают огромным потенциалом благодаря низкой стоимости, высокой эффективности преобразования и простоте массового производства. Однако из-за эффекта спада фотоэлектрической эффективности, вызванного материалом, стабильность невысока, что напрямую влияет на его практическое применение. Если мы сможем решить проблему стабильности и повысить коэффициент конверсии, то солнечные элементы из аморфного кремния, несомненно, станут одним из основных направлений развития солнечных элементов.

2. Многокомпонентные тонкопленочные солнечные элементы

Материалом многосоставных тонкопленочных солнечных элементов являются неорганические соли, в том числе соединения арсенида галлия III-V, сульфид кадмия, сульфид кадмия и окклюдированный медью тонкопленочный элемент из селена.

Поликристаллические тонкопленочные элементы из сульфида кадмия и теллурида кадмия обеспечивают более высокий КПД, чем тонкопленочные солнечные элементы из аморфного кремния, более низкую стоимость, чем элементы из монокристаллического кремния, а также просты в массовом производстве.Однако кадмий очень токсичен, что приведет к серьезному загрязнению окружающей среды; Следовательно, это не идеальная замена солнечным элементам из кристаллического кремния.

Эффективность преобразования составных элементов GaAs III-V может достигать 28%. Соединения GaAs имеют очень хорошую оптическую запрещенную зону и высокую эффективность поглощения. Они обладают сильной антирадиационной способностью и нечувствительны к нагреванию, что подходит для производства высокоэффективных однопереходных элементов.Однако цена материалов на основе GaAs высока, что в значительной степени ограничивает популярность ячеек на основе GaAs.

Тонкопленочные элементы из селенида меди и индия (называемые CIS) подходят для фотоэлектрического преобразования. Проблем фото деградации нет. У них такая же эффективность преобразования, как у поликремния. Благодаря низким ценам, хорошей производительности, простоте процесса и т. Д. СНГ станет важным направлением будущего развития солнечных элементов. Единственная проблема — это источник материала, поскольку индий и селен являются относительно редкими элементами, поэтому разработка таких батарей должна быть ограничена.

3. Полимерный многослойный модифицированный электродный солнечный элемент

Замена неорганических материалов на органические полимеры является одним из направлений исследований недавно начатого производства солнечных элементов. Обладая такими преимуществами, как хорошая гибкость, простота изготовления, широкий спектр источников материалов и низкая стоимость, органические материалы имеют большое значение для крупномасштабного использования солнечной энергии и обеспечения недорогой электроэнергии. Тем не менее, исследования по производству солнечных элементов из органических материалов только начались, их срок службы и эффективность батарей несравнимы с неорганическими материалами, особенно с кремниевыми элементами.Вопрос о том, можно ли из него превратить в практический продукт, еще предстоит изучить.

4. Нанокристаллические солнечные элементы

Нанокристаллический TiO 2 Химия Солнечный элемент — это недавно разработанный продукт. Его преимущества включают невысокую стоимость, простой процесс и стабильную работу. В то же время его фотоэлектрическая эффективность стабильна на уровне выше 10%, а стоимость производства составляет от 1/5 до 1/10 от кремниевого солнечного элемента, а срок его службы может достигать более 20 лет.

Однако, поскольку исследования и разработки таких элементов только начались, предполагается, что в ближайшем будущем на рынок постепенно выйдут нанокристаллические солнечные элементы.

5. Органические солнечные элементы

Органические солнечные элементы, как следует из названия, представляют собой солнечные элементы, которые образуют органические материалы. Мы не знакомы с органическими солнечными элементами, что вполне разумно. Более 95% современных солнечных элементов основаны на кремнии, в то время как менее 5% остальных солнечных элементов изготовлены из других неорганических материалов.

Вот таблица эффективности преобразования различных типов солнечных элементов:

Типы солнечных элементов	Солнечные элементы из кристаллического кремния		Тонкопленочные солнечные элементы
	монокристаллический кремний	поликристаллический кремний	CdTe	CIS	A-Si			Промышленное производство	19.6%	18,5%	11,1%	12%	7%	9%
Достижимая эффективность%	> 900	20%	18%	18%	10%	15%

---

Деталь

III.Некоторые причудливые конструкции солнечных элементов

1. E-Saving Battery

E-Saving Battery имеет идеальный баланс площади солнечных элементов (эффективность выработки энергии) и портативности. Этот продукт не сильно отличается от обычного портативного пауэрбанка. Он по-прежнему имеет форму колонны и выводится через USB-порт, но в нем есть встроенные гибкие солнечные элементы, при необходимости удерживающие заднюю часть стержня, и вы можете вытащить солнечный элемент, как катушку, чтобы получить максимальную световую площадь. таким образом повышается эффективность выработки электроэнергии.В мирное время тоже можно поставить панель, что и удобно, и не занято.

2. Складной солнечный элемент

В энергосберегающей батарее мы упомянули гибкий солнечный элемент, который можно свернуть. Тогда можно ли свернуть солнечную батарею? Еще в 2009 году американец по имени Фредерик Кребс создал солнечную пленку, которую можно скручивать или выпрямлять, к которой даже прикрепили ультратонкую литиевую батарею и светодиод. В течение дня вы можете выпрямить его и прикрепить к стене, и он сможет преобразовывать солнечную энергию в электричество и накапливать.вечером можно поставить в доме как комнатное освещение. При желании его также можно свернуть в трубку как фонарик. Согласно видению Кребса, стоимость каждого из них будет меньше 7 долларов США при окончательном массовом производстве такой солнечной светодиодной пленки.

3. SunCats

SunCats — это разработка Кнута Карлсена. На самом деле это больше похоже на солнечную наклейку, чем на солнечный элемент, который эквивалентен солнечным элементам, прикрепленным к поверхности обычной аккумуляторной батареи.Поэтому, когда он выключен, бросьте его на подоконник и дайте ему поймать немного солнечного света.

4. sunLight

Дизайн sunLight разработан немецким дизайнером Германом Эске. Основной корпус sunLight — это солнечная панель, которую можно свернуть вместе. Помимо прямой зарядки электроники, как у большинства солнечных устройств, у него есть и другие особые функции. Если вы посмотрите на него крупным планом, вы обнаружите, что он выглядит немного иначе. Сзади шесть полых маленьких цилиндров.Все загадки кроются в этих цилиндрах, любой из которых можно представить как небольшой светодиодный фонарик, питаемый от двух встроенных аккумуляторных батарей AAAA и свернутый как мощный фонарик с шестью светодиодами.

IV. Принцип работы солнечных элементов

Солнечные элементы, тип полупроводникового устройства, которое эффективно поглощает солнечное излучение и преобразует его в электрическую энергию, также известны как фотоэлектрические элементы из-за их фотографии -электрический эффект с использованием различных потенциальных барьеров.Ядром этих устройств является полупроводник с высвобождением электронов. Наиболее часто используемый полупроводниковый материал — кремний. Поскольку запасы кремния в земной коре богаты, можно сказать, что он неисчерпаем. Когда солнечный свет падает на поверхность полупроводника, валентные электроны атомов в N- и P-областях полупроводника возбуждаются солнечными фотонами, а энергия, превышающая ширину запрещенной зоны Eg, получается с помощью оптического излучения. Таким образом, в зоне проводимости образуется много электронно-дырочных пар, которые находятся в несбалансированном состоянии в полупроводниковом материале.Эти фотовозбужденные электроны и дырки свободно сталкиваются или рекомбинируют в полупроводнике до состояния равновесия. Композитный процесс не проявляет внешнего проводящего эффекта. Это часть автоматической потери энергии солнечных элементов. Небольшое количество носителей в фотовозбужденных носителях может перемещаться в область P-N-перехода и дрейфовать в противоположную область за счет эффекта притяжения неосновных носителей P-N-перехода, при этом формируется противоположное направление, противоположное электрическому полю фотоэлектрического поля барьера P-N-перехода.После подключения к внешней цепи вы можете получить выходную мощность. Когда большое количество таких небольших солнечных фотоэлектрических элементов объединяется последовательно и параллельно, чтобы сформировать модуль фотоэлектрических элементов, под действием солнечной энергии вырабатывается достаточно большая электрическая мощность. Важно, чтобы полупроводниковые материалы для солнечных элементов имели подходящую ширину запрещенной зоны. Полупроводник с разной шириной запрещенной зоны поглощает только часть энергии солнечного излучения для генерации электронно-дырочных пар. Чем меньше ширина запрещенной зоны, тем большая часть солнечного спектра будет поглощена, и в то же время количество потерянной энергии будет больше вблизи пиков солнечного спектра.Видно, что более эффективно использовать солнечный спектр можно только путем выбора полупроводниковых материалов с подходящей шириной запрещенной зоны. Поскольку полупроводник с прямым переносом имеет более высокую эффективность поглощения света, чем полупроводник с непрямым переносом, предпочтительно, чтобы он был полупроводником с прямым переносом.

---

Анализ

В. Фотоэлектрический эффект

Как упоминалось выше, здесь нам необходимо объяснить фотоэлектрический эффект.

Вот видео о фотоэлектрическом эффекте:

Доцент кафедры материаловедения и инженерии Джефф Гроссман объясняет фотоэлектрические элементы / солнечные элементы

Так называемый фотоэлектрический эффект возникает, когда объект освещен, заряд На распределение внутри объекта изменения состояния влияют электродвижущая сила и ток. Когда солнечный свет или другой свет попадает на PN-переход полупроводника, по обе стороны от PN-перехода появляется напряжение, которое называется фотоиндуцированным напряжением.

Когда свет падает на PN-переход, образуется электронно-дырочная пара. Носители, генерируемые вблизи PN-перехода в полупроводнике, не рекомбинируют для достижения области пространственного заряда. Из-за притяжения внутреннего электрического поля электрон течет в N-область, а дырка — в P-область. В результате избыточные электроны накапливаются в области N, а избыточные дырки присутствуют в области P. Они образуют фотогенерируемое электрическое поле напротив барьера вблизи p-n-перехода.В дополнение к частичному противодействию роли электрического поля потенциального барьера, фотогенерированное электрическое поле также делает P-область положительной, а N-область — отрицательной. Затем создает электродвижущую силу между тонким слоем в области N и P, что является фотоэлектрическим эффектом.

---

Рекомендация книги

Эта книга представляет собой всестороннее введение в физику фотоэлементов. Он подходит для студентов, аспирантов и исследователей, плохо знакомых с этой областью.Он охватывает: основы физики полупроводников в фотоэлектрических устройствах; физические модели работы солнечных элементов; характеристики и конструкция распространенных типов солнечных элементов; и подходы к повышению эффективности солнечных элементов. В тексте объясняются термины и концепции физики устройств на солнечных элементах и ​​показано, как формулировать и решать соответствующие физические проблемы. Включены упражнения и отработанные решения. Содержание: Фотоны входят, электроны выходят: основные принципы фотоэлектрической системы; Электроны и дырки в полупроводниках; Генерация и рекомбинация; Развязки; Анализ p n перехода; Монокристаллические солнечные элементы; Тонкопленочные солнечные элементы; Управляющий свет; Превышение предела: стратегии повышения эффективности.

— Дженни Нельсон (Автор)

В основном книги посвящены кремниевым устройствам с одним переходом, но также описаны некоторые полупроводники III-V. В основном рассматривается физика солнечных элементов, но есть информация по практическим вопросам установки.

— Мартин А. Грин (Автор)

---

Соответствующая информация о «Принципе работы и развитии солнечной батареи»

О статье «Принцип работы и развитие солнечной батареи», Если у вас есть лучшие идеи, не не стесняйтесь писать свои мысли в следующей области комментариев.Вы также можете найти больше статей об электронных полупроводниках через поисковую систему Google или обратиться к следующим связанным статьям.

,

Как купить лучший накопитель на солнечных батареях

Домашние аккумуляторы — горячая тема для энергосберегающих потребителей. Если у вас есть солнечные батареи на крыше, есть очевидное преимущество в хранении неиспользованной электроэнергии в батарее для использования ночью или в дни с низким уровнем солнечного света. Но как работают эти батареи и что нужно знать перед установкой?

На этой странице:

Солнечная батарея

Концепция домашних аккумуляторов не нова.Внесетевые солнечные фотоэлектрические (PV) и ветряные электростанции на удаленных объектах давно используют аккумуляторы для сбора неиспользованной электроэнергии для дальнейшего использования. Вполне возможно, что в течение следующих пяти-десяти лет в большинстве домов с солнечными батареями также будут установлены аккумуляторные батареи.

Батарея улавливает любую неиспользованную солнечную энергию, генерируемую в течение дня, для последующего использования ночью и в дни с низким уровнем солнечного света. Все более популярными становятся установки с батареями. Есть реальное влечение к максимальной независимости от сети; для большинства людей это решение не только экономическое, но и экологическое, а для некоторых — выражение их желания быть независимыми от энергетических компаний.

Если ваша солнечная панель и батарея достаточно велики, вы можете использовать в своем доме солнечную энергию. Использование электроэнергии от аккумулятора может быть дешевле на киловатт-час (см. Терминологию), чем использование электроэнергии из сети, в зависимости от времени суток и тарифов на электроэнергию в вашем районе.

См. Другие наши статьи о домашних аккумуляторах:

Подключено к сети и автономно

Существует четыре основных способа подключения вашего дома к электроснабжению.

Подключено к сети (без солнечной энергии)

Самая простая установка, при которой вся электроэнергия поступает из основной сети. В доме нет солнечных батарей и батарей.

Солнечная батарея, подключенная к сети (без батареи)

Наиболее типичная установка для домов с солнечными батареями. Солнечные панели обеспечивают питание в течение дня, и дом обычно сначала использует эту мощность, прибегая к электросети для получения дополнительной электроэнергии, необходимой в дни с низким уровнем солнечного света, ночью и во время высокого потребления энергии.

Солнечная батарея, подключенная к сети (также известная как «гибридные» системы)

У них есть солнечные панели, аккумулятор, гибридный инвертор (или, возможно, несколько инверторов), а также подключение к основной электросети. Солнечные панели обеспечивают питание в течение дня, и дом обычно сначала использует солнечную энергию, используя излишки для зарядки аккумулятора. Во время высокого потребления энергии или ночью и в дни с низким уровнем солнечного света дом потребляет энергию от батареи и, в крайнем случае, от сети.

Подробнее о различных типах инверторов, их работе, их плюсах и минусах читайте в нашем руководстве по покупке солнечного инвертора.

Автономный

Эта система не подключена к основной электросети. Вся энергия в доме поступает от солнечных батарей, а также, возможно, от некоторых других типов энергии, например от ветра. Аккумулятор является основным источником питания ночью и в дни с низким уровнем солнечного света. Последним резервным источником питания обычно является дизельный генератор, который также может сработать при внезапном повышении потребности в энергии (например, при запуске насоса).

Автономные системы обычно намного сложнее и дороже, чем системы, подключенные к сети.Им требуется большая емкость солнечных батарей и батарей, чем для типичной системы, подключенной к сети, а также могут потребоваться инверторы, способные выдерживать более высокие нагрузки, чтобы справиться с пиковыми потребностями. Дома, работающие вне сети, должны быть особенно энергоэффективными, а потребность в нагрузке должна хорошо контролироваться в течение дня.

Автономные системы обычно имеют смысл только для удаленных объектов, где подключение к сети недоступно или установка будет чрезмерно дорогой.

Что происходит при отключении электроэнергии?

Для большинства систем, подключенных к сети, наличие аккумулятора не обязательно защищает вас в случае отключения электроэнергии.Вы все равно можете потерять всю электроэнергию в своем доме, несмотря на то, что солнечные панели вырабатывают энергию, а заряженная батарея готова и ждет. Это связано с тем, что системы, подключенные к сети, имеют так называемую «защиту от островков». Во время отключения электроэнергии сеть и инженеры, работающие с линиями, должны быть защищены от «островков» выработки электроэнергии (таких как солнечные батареи), неожиданно перекачивающих энергию в линии. Для большинства солнечных фотоэлектрических систем самый простой способ обеспечить защиту от островков — это полностью отключить.Итак, когда он обнаруживает отключение электроэнергии, ваша солнечная фотоэлектрическая система отключается, и у вас вообще нет электричества в доме.

Более совершенные инверторы могут обеспечить защиту от изолирования во время отключения электроэнергии, но при этом поддерживать работу солнечных панелей и батареи, чтобы в доме было электричество. Но ожидайте, что за такую ​​систему придется заплатить немного больше, поскольку оборудование дороже, и вам может потребоваться больше емкости солнечной батареи и батареи, чем вы думаете, чтобы запустить дом в течение нескольких часов во время отключения электроэнергии. Вы можете разрешить работать только критически важным домашним цепям, например, холодильнику и освещению.Это может потребовать дополнительных электромонтажных работ.

Технические характеристики аккумулятора

Это основные технические характеристики домашнего аккумулятора.

Вместимость

Сколько энергии может хранить аккумулятор, обычно измеряется в киловатт-часах (кВтч). Номинальная емкость — это общее количество энергии, которое может удерживать аккумулятор; полезная емкость — это то, сколько из того, что может быть фактически использовано, после учета глубины разряда.

Глубина разряда (DoD)

Выраженное в процентах, это количество энергии, которое можно безопасно использовать без ускорения разряда батареи.Большинству типов батарей необходимо постоянно держать некоторый заряд, чтобы избежать повреждений. Литиевые батареи можно безопасно разряжать примерно до 80–90% от их номинальной емкости. Свинцово-кислотные батареи обычно разряжаются примерно на 50–60%, тогда как проточные батареи могут разряжаться на 100%.

Мощность

Какую мощность (в киловаттах) может выдать аккумулятор. Максимальная / пиковая мощность — это максимум, который батарея может выдать в любой момент, но этот всплеск мощности обычно может поддерживаться только в течение коротких периодов времени. Непрерывная мощность — это количество энергии, подаваемой при достаточном заряде аккумулятора.

КПД

На каждый вложенный киловатт-час заряда, сколько фактически батарея будет хранить и разряжать. Всегда есть какие-то потери, но литиевая батарея обычно должна быть более 90% эффективности.

Общее количество циклов заряда / разряда

Также называется сроком службы, это количество циклов зарядки и разрядки, которое может выполнить аккумулятор, прежде чем он будет считаться завершенным.Разные производители могут оценивать это по-разному. Литиевые батареи обычно могут работать несколько тысяч циклов.

Срок службы (годы или циклы)

Ожидаемый срок службы батареи (и ее гарантия) может измеряться циклами (см. Выше) или годами (что обычно является оценкой, основанной на ожидаемом типичном использовании батареи). Продолжительность жизни также должна указывать ожидаемый уровень емкости в конце срока службы; для литиевых батарей это обычно составляет около 60–80% от первоначальной емкости.

Диапазон температуры окружающей среды

Батареи чувствительны к температуре и должны работать в определенном диапазоне. Они могут выйти из строя или отключиться в очень жарких или холодных условиях.

Типы аккумуляторов

Литий-ионный

Наиболее распространенный тип батарей, устанавливаемых сегодня в домах, в этих батареях используется технология, аналогичная их меньшим аналогам в смартфонах и портативных компьютерах. Есть несколько типов литий-ионной химии. Обычно в бытовых батареях используются литий-никель-марганцево-кобальтовые (NMC) батареи Tesla и LG Chem .

Другой распространенный химический состав — это фосфат лития-железа (LiFePO или LFP), который считается более безопасным, чем NMC, из-за меньшего риска теплового разгона (повреждение батареи и потенциальный пожар из-за перегрева или перезарядки), но имеет более низкую плотность энергии. LFP используется в домашних батареях, в том числе BYD и Sonnen .

Плюсы

• Они могут дать несколько тысяч циклов заряда-разряда.
• Они могут сильно разряжаться (до 80–90% от их общей емкости).
• Они подходят для широкого диапазона температур окружающей среды.
• При нормальном использовании они должны прослужить более 10 лет.

Минусы

• Окончание срока службы может быть проблемой для больших литиевых батарей.
• Их необходимо переработать, чтобы извлечь ценные металлы и предотвратить захоронение токсичных отходов, но крупномасштабные программы все еще находятся в зачаточном состоянии. Поскольку домашние и автомобильные литиевые батареи становятся все более распространенными, ожидается, что процессы утилизации улучшатся.

Свинцово-кислотный улучшенный свинцово-кислотный (свинцово-углеродный)

Старая добрая технология свинцово-кислотных аккумуляторов, которая помогает завести автомобиль, также используется для хранения больших объемов. Это хорошо изученный и эффективный тип батарей. Ecoult — одна из производителей современных свинцово-кислотных аккумуляторов. Однако без значительных улучшений производительности или снижения цены трудно представить, что свинцово-кислотные продукты в долгосрочной перспективе будут конкурировать с литий-ионными или другими технологиями.

Плюсы

• Они относительно дешевые, с установленными процессами утилизации и переработки.

Минусы

• Они громоздкие.
• Они чувствительны к высоким температурам окружающей среды, что может сократить срок их службы.
• У них медленный цикл зарядки.

Проточная батарея

Одна из самых многообещающих альтернатив литий-ионной, этот тип использует перекачиваемый электролит (такой как бромид цинка или ионы ванадия) и химические реакции для накопления заряда и его высвобождения. Батарея Redflow ZCell — это основная проточная батарея, доступная в настоящее время в Австралии.

Плюсы

• Они могут быть разряжены до 100% своей емкости и не имеют остаточного разряда, поэтому они не теряют заряд со временем.
• Они не теряют емкость со временем.
• Они хорошо работают при высоких температурах окружающей среды.
• Их относительно легко переработать.
• Они должны прослужить более 10 лет.

Минусы

• Являясь новой технологией, они относительно дороги по сравнению с литий-ионными.
• Плохо переносят холода (ниже 15 ° C).
• Они требуют частого обслуживания, которое временно выводит их из строя.

Другие типы

Аккумуляторы и накопители находятся в состоянии быстрого развития. Другие доступные в настоящее время технологии включают гибридную ионную (соленую воду) батарею Aquion, батареи с расплавленной солью и недавно анонсированный суперконденсатор Arvio Sirius. Мы будем следить за рынком и в будущем снова сообщать о состоянии рынка домашних аккумуляторов.

Как долго служат солнечные батареи?

В принципе, большинство типов солнечных батарей должно прослужить 10 и более лет при нормальном использовании и без воздействия экстремальных температур. То есть они должны быть способны прослужить столько же, сколько их гарантийный срок, который для большинства моделей составляет 10 лет.

Однако недостаточно рыночных данных, чтобы показать, работают ли солнечные батареи так долго в реальных домашних установках; Последние поколения батарей существуют всего несколько лет, и не во многих домах есть солнечные батареи.

Лабораторные испытания на прочность и срок службы батарей не внушают оптимизма. Недавнее испытание солнечных батарей в Австралии показало высокий уровень отказов. Из 18 батарей в этом испытании только шесть работали без каких-либо серьезных проблем. Остальные 12 батарей либо имели рабочие проблемы, либо вышли из строя и требовали замены, либо вышли из строя и не могли быть заменены (например, потому что производитель прекратил работу или больше не будет поддерживать этот продукт).

Стоят ли солнечные батареи?

Мы считаем, что для большинства домов использование батареи не имеет полного экономического смысла.Батареи по-прежнему относительно дороги, и время окупаемости часто превышает гарантийный срок (обычно 10 лет) батареи. В настоящее время литий-ионная батарея и гибридный инвертор обычно стоят от 8000 до 15000 долларов (установленная), в зависимости от емкости и марки. Но цены падают, и через два-три года вполне может быть правильным решением включить аккумуляторную батарею в любую солнечную фотоэлектрическую систему.

Результаты трехлетнего испытания 18 аккумуляторных батарей в Австралии не обнадеживают, в некоторых случаях наблюдается высокая частота отказов и трудности с поддержкой производителя.

Тем не менее, многие люди сейчас вкладывают средства в домашние аккумуляторы или, по крайней мере, на то, чтобы их солнечные фотоэлектрические системы были готовы к работе от аккумуляторов. Мы рекомендуем вам проработать две или три цитаты авторитетных установщиков, прежде чем приступать к установке батареи. Результаты трехлетнего испытания, упомянутого выше, показывают, что вы должны убедиться в надежной гарантии и поддержке со стороны вашего поставщика и производителя батарей в случае каких-либо неисправностей.

Скидки, субсидии и виртуальные электростанции

Государственные схемы скидок и системы торговли энергией, такие как Reposit, определенно могут сделать батареи экономически выгодными для некоторых домохозяйств.Помимо обычных финансовых стимулов для получения сертификатов малых технологий (STC) для аккумуляторов, в настоящее время действуют скидки или специальные схемы ссуд в Виктории, Южной Австралии, Квинсленде и ACT. За этим могут последовать другие, поэтому стоит проверить, что доступно в вашем районе.

В большинстве штатов также существуют различные программы Virtual Power Plant (VPP), которые могут помочь снизить стоимость батареи. Присоединяясь к программе VPP, вы соглашаетесь предоставить энергию, накопленную в вашей домашней батарее, оператору VPP, который затем сможет использовать ее для снабжения сети в периоды высокого спроса.Взамен вам выплачивается субсидия, которая может быть в виде уменьшенных счетов за электроэнергию, скидки на покупку батареи или даже бесплатную установку солнечной батареи и батареи. SolarQuotes ведет список текущих программ VPP.

Не забудьте зеленый тариф

Когда вы подсчитываете, подходит ли батарея для вашего дома, не забудьте принять во внимание зеленый тариф (FiT). Это сумма, которую вам платят за любую избыточную мощность, вырабатываемую вашими солнечными панелями и подаваемую в сеть.За каждый киловатт-час, направленный на зарядку аккумулятора, вы отказываетесь от зеленого тарифа. Хотя FiT, как правило, довольно низок в большинстве районов Австралии, вы все же должны учитывать альтернативные издержки. В регионах с большим количеством FiT, таких как Северная территория, вероятно, будет более выгодным не устанавливать батарею, а просто получить FiT для выработки излишков электроэнергии.

Солнечная батарея стоит

Стоимость солнечных батарей существенно различается, но, как правило, чем выше емкость батареи, тем больше вы можете рассчитывать заплатить.

Вот некоторые типичные затраты на батареи для некоторых распространенных номинальных размеров емкости (обычно они покрывают только батарею; установка оплачивается дополнительно).

• 6 кВт · ч: от 4000 до 9600 долларов
• 10 кВт · ч: от 7600 до 13 500 долларов
• 13 кВт · ч: от 9600 до 15000 долларов

Вам часто потребуется добавить стоимость нового инвертора и дополнительных кабелей для подключения. Может быть более рентабельным купить батарею как часть полностью новой системы солнечных панелей, чем модернизировать ее в существующей системе.

Страхование жилья

Ваша солнечная панель (панели, инвертор и батарея, если она у вас есть) является частью вашего дома и, как таковая, покрывается страховкой вашего дома. Однако вы должны убедиться, что страховая сумма вашего дома увеличена, чтобы покрыть стоимость замены системы солнечных батарей. См. Наше руководство по солнечным батареям и страхованию жилья.

Терминология

Ватт (Вт) и киловатт (кВт)

Единица, используемая для количественной оценки скорости передачи энергии. Один киловатт = 1000 Вт.В случае солнечных панелей номинальная мощность в ваттах указывает на максимальную мощность, которую панель может выдать в любой момент времени. В случае батарей номинальная мощность указывает, сколько энергии может выдать батарея.

Ватт-часы (Втч) и киловатт-часы (кВтч)

Показатель производства или потребления энергии во времени. Киловатт-час (кВтч) — это единица измерения, которую вы увидите в своем счете за электроэнергию, потому что вам выставляют счет за использование электроэнергии в течение определенного периода времени. Солнечная панель, производящая 300 Вт в течение одного часа, будет обеспечивать 300 Вт-ч (или 0.3кВтч) энергии. Для батарей емкость в кВтч — это то, сколько энергии может хранить батарея.

BESS (аккумуляторная система накопления энергии)

Здесь описывается полный комплект батареи, встроенной электроники и программного обеспечения для управления зарядкой, разрядкой, уровнем DoD и т. Д.

Благодарность

Благодарим ITP Renewables за помощь в создании этого руководства. Мы снова будем работать с ними над будущим обзором аккумуляторных батарей.

,

No related posts.