Виды солнечных панелей: размеры и мощность батареи

Принцип действия солнечного элемента основан на фотоэлектрическом эффекте. Солнечный свет, попадающий на кремниевый полупроводник, преобразуется в электрический ток. Затем он накапливается в батареях и используется для бытовых нужд.

Принцип работы солнечных батарей

Солнечные батареи считаются очень эффективным и экологически чистым источником электроэнергии. За последние несколько десятилетий эта технология приобрела популярность во всем мире, побудив многих людей перейти на недорогие возобновляемые источники энергии. Целью этого устройства является преобразование энергии световых лучей в электрический ток, который можно использовать для питания различных бытовых и промышленных устройств.

Правительства многих стран выделяют колоссальные суммы бюджетных средств, спонсируя проекты по развитию солнечных электростанций. Некоторые города полностью полагаются на электричество от солнца. В России эти устройства часто используются для электроснабжения загородных и частных домов в качестве отличной альтернативы централизованному электроснабжению. Стоит отметить, что принцип работы солнечных батарей для дома довольно сложен. Далее давайте подробнее рассмотрим, как работают домашние солнечные панели.

Как уже было сказано выше, принцип действия основан на эффекте полупроводника. Кремний — один из самых эффективных полупроводников, известных в настоящее время человечеству.

Когда фотоэлемент (верхняя кремниевая пластина преобразовательного блока) нагревается, электроны высвобождаются из атомов кремния, после чего они захватываются атомами нижней пластины. По законам физики электроны стремятся вернуться в исходное положение. В результате электроны с нижней пластины движутся по проводникам (соединительным проводам), отдавая свою энергию для зарядки аккумуляторов и возвращаясь к верхней пластине.

Эффективность фотоэлементов, созданных методом осаждения монокристаллического кремния, значительно выше, поскольку в такой ситуации кристаллы кремния имеют меньше граней, что позволяет электронам двигаться по прямой.

Технические характеристики

Устройство солнечной батареи достаточно простое и состоит из нескольких компонентов:

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

Аккумуляторы для солнечных батарей следует приобретать с учетом необходимых функций. Они накапливают и выделяют электричество. Хранение и потребление происходит в течение дня, а ночью расходуется только накопленный заряд. Следовательно, существует постоянная и непрерывная подача энергии.

Чрезмерная зарядка и разрядка аккумулятора сокращают срок его службы. Контроллеры заряда солнечных батарей автоматически приостанавливают накопление энергии в батарее, когда она достигла своих максимальных параметров, и отключают нагрузку устройства, когда она сильно разряжена.

(Tesla Powerwall — солнечная батарея мощностью 7 кВт — и домашнее зарядное устройство для электромобилей)

Инвертор для солнечных батарей — важнейший элемент дизайна. Он преобразует энергию, полученную от солнечных лучей, в переменный ток различной мощности. Как синхронный преобразователь, он объединяет выходное напряжение электрического тока по частоте и фазе с фиксированной сетью.

Фотоэлементы можно подключать последовательно или параллельно. Последний вариант увеличивает параметры мощности, напряжения и тока и позволяет устройству работать даже в случае потери работоспособности элемента. Комбинированные модели изготавливаются по обеим схемам. Срок годности тарелок составляет примерно 25 лет.

Виды аккумуляторов, используемых в батареях

Батареи — важная часть солнечной системы дома, работающей круглосуточно и без выходных.

В этих устройствах используются батареи следующих типов:

• стартер;
• гель;
• Аккумуляторы AGM;
• затопленные (OPZS) и опломбированные (OPZV.

Батареи других типов, например щелочные или литиевые, дороги и используются редко.

Все эти типы устройств должны работать при температуре от +15 до +30 градусов.

Стартерные аккумуляторы

Самый распространенный тип аккумулятора. Они недорогие, но имеют высокий ток саморазряда. Поэтому через несколько пасмурных дней батареи разрядятся даже при отсутствии нагрузки.

Недостатком таких устройств является то, что выделение газа происходит во время работы. Поэтому их необходимо устанавливать в нежилом и хорошо вентилируемом помещении.

К тому же срок службы таких аккумуляторов составляет до 1,5 лет, особенно при многократных циклах заряда-разряда. Поэтому в долгосрочной перспективе эти устройства будут самыми дорогими.

Гелевые аккумуляторы

Гелевые батареи не требуют обслуживания. При эксплуатации нет выделения газов, поэтому их можно устанавливать как в жилом помещении, так и в помещении без вентиляции.

Такие устройства обеспечивают высокий выходной ток, большую емкость и низкий ток саморазряда.

Недостатком таких устройств является их высокая цена и небольшой срок службы.

AGM батареи

Эти батареи имеют короткий срок службы, однако у них есть много преимуществ:

• отсутствие газовыделения при работе;
• маленький размер;
• большое количество (около 600) циклов заряда-разряда;
• быстрая зарядка (до 8 часов;
• хорошая производительность при неполной зарядке.

Заливные (OPZS) и герметичные (OPZV) аккумуляторы

Такие устройства самые надежные и имеют самый продолжительный срок службы. У них низкий ток саморазряда и высокое энергопотребление.

Эти качества делают такие устройства наиболее популярными для установки в фотоэлектрических системах.

Внутреннее устройство гелиобатареи

Солнечные батареи постепенно становятся дешевле и эффективнее. Сейчас они используются для подзарядки батарей уличных фонарей, смартфонов, электромобилей, частных домов и спутников в космосе. Даже начали строить полноценные солнечные электростанции (СЭС) с большими объемами генерации.

Солнечная батарея состоит из множества фотоэлектрических элементов (фотоэлектрических преобразователей FEP), которые преобразуют энергию солнечных фотонов в электричество

Каждая солнечная батарея представляет собой блок из нескольких модулей, которые объединяют последовательно соединенные полупроводниковые фотоэлементы. Чтобы понять принципы работы такой батареи, необходимо понять работу этого конечного звена в устройстве на основе полупроводниковой солнечной панели.

Виды кристаллов фотоэлементов

Существует огромное количество вариантов FEP из разных химических элементов. Однако по большей части это разработки на ранней стадии. Пока что в промышленных масштабах производятся только солнечные панели на основе кремния.

Кремниевые полупроводники используются в производстве солнечных элементов из-за их невысокой стоимости, особо высоким КПД они похвастать не могут

Обычный солнечный элемент в солнечной панели представляет собой тонкий лист из двух слоев кремния, каждый из которых имеет свои физические свойства. Это классический полупроводниковый pn переход с электронно-дырочными парами.

Когда фотоны попадают в ПВХ между этими полупроводниковыми слоями, из-за неоднородности кристалла образуется затворная фотоэдс, что приводит к разности потенциалов и электронному току.

Силиконовые пластины фотоэлементов различаются по технологии изготовления на:

1. Монокристаллический.
2. Поликристаллический.

Первые обладают большей эффективностью, но стоимость их производства также выше, чем у вторых. Внешне один вариант на солнечной батарее можно отличить по форме.

Монокристаллические ПВХ имеют однородную структуру, выполнены в виде квадратов со срезанными углами. Напротив, поликристаллические элементы имеют строго квадратную форму.

Поликристаллы получают путем постепенного охлаждения расплавленного кремния. Этот метод предельно прост, поэтому такие фотоэлементы стоят недорого.

Но их производительность по выработке электроэнергии из солнечного света редко превышает 15%. Это связано с «примесью» полученных кремниевых пластин и их внутренней структуры. Здесь чем чище слой кремния, тем выше эффективность ПВХ из него.

Чистота монокристаллов в этом смысле намного выше, чем у поликристаллических аналогов. Они сделаны не из расплава, а из искусственно выращенного твердого кристалла кремния. Коэффициент фотоэлектрического преобразования такого ПВХ уже достигает 20-22%.

В общем модуле отдельные фотоэлементы собраны на алюминиевой раме и для защиты сверху закрыты прочным стеклом, не мешающим солнечным лучам

Верхний слой пластины фотоэлемента, обращенный к солнцу, изготовлен из того же кремния, но с добавлением люминофора. Именно последний будет источником избыточных электронов в системе p-n-перехода.

Принцип работы солнечной панели

Когда солнечные лучи попадают на фотоэлемент, в нем образуются неравновесные электронно-дырочные пары. Лишние электроны и «дырки» частично переносятся через pn переход от одного полупроводникового слоя к другому.

В результате во внешней цепи появляется напряжение. В этом случае положительный полюс источника тока формируется в контакте со слоем p, а отрицательный полюс — со слоем n.

Разность потенциалов (напряжение) между контактами фотоэлемента возникает из-за изменения количества «дырок» и электронов с разных сторон pn перехода в результате облучения n-слоя солнечным светом

Фотоэлементы, подключенные к внешней нагрузке в виде батареи, образуют с ней замкнутый круг. Следовательно, солнечная панель функционирует как своеобразное колесо, по которому вместе «бегают» электроны. А аккумулятор постепенно заряжается.

Стандартные кремниевые фотоэлектрические преобразователи представляют собой элементы с одним переходом. Приток электронов в них происходит только через pn переход с ограниченной энергетической зоной фотона этого перехода.

То есть каждый из этих фотоэлементов способен вырабатывать электричество только из узкого спектра солнечного излучения. Вся остальная энергия тратится впустую. Вот почему эффективность FEP так низка.

Для повышения эффективности солнечных элементов кремниевые полупроводниковые элементы для них в последнее время начали делать многопереходными (каскадными). В новых EFF уже есть несколько переходов. Более того, каждый из них в этом водопаде рассчитан на свой собственный спектр солнечного света.

Общая эффективность преобразования фотонов в электрический ток в таких фотоэлементах со временем увеличивается. Но цена у них намного выше. В этом случае либо простота изготовления при невысокой стоимости и невысоком КПД, либо более высокая доходность в сочетании с высокой стоимостью.

Солнечная батарея может работать как летом, так и зимой (ей нужен свет, а не тепло) — чем меньше облачность и ярче солнце, тем больше солнечная панель будет вырабатывать электричество

Во время работы фотоэлемент и вся батарея постепенно нагреваются. Вся энергия, которая не использовалась для выработки электрического тока, превращается в тепло. Температура на поверхности солнечной панели часто поднимается до 50–55 ° С. Но чем он выше, тем менее эффективно работает фотоэлемент.

В результате та же самая модель солнечной батареи генерирует меньше тока в жару, чем в холодную погоду. Фотоэлементы показывают максимальную эффективность в ясный зимний день. Здесь есть два фактора: много солнца и естественное охлаждение.

Кроме того, если на панель выпадет снег, она все равно будет вырабатывать электричество. К тому же снежинки даже не успеют на них полежать, тая от тепла нагретых фотоэлементов.

Читайте также: Учебник STM32 — описание, программирование, отличие от Arduino

Как полупроводники вырабатывают электричество?

Полупроводник — это материал, в котором атомы имеют лишние (n-тип) или недостаточное количество (p-тип) электронов. То есть полупроводник состоит из двух слоев с разной проводимостью.

В этой схеме в качестве катода используется n-слойный слой. P-слой — это анод. То есть электроны из первого слоя могут переходить на второй. Переход происходит за счет устранения электронов фотонами света. Фотон уничтожает электрон. После этого, пройдя аккумулятор, они снова падают в пласт и все идет по кругу.

Когда энергия исчерпана, все начинается по кругу и всегда горит свет.

Современные солнечные батареи используют кремний в качестве полупроводника, и все началось с селена. Селен показал крайне низкую эффективность — не более одного процента — и сразу стали искать замену. Сегодня кремний в целом отвечает требованиям промышленности, но у него также есть существенный недостаток.

Как связаны коронавирусы, солнечные батареи и загрязнение воздуха?

Обработка и рафинирование кремния для приведения его в форму, в которой он может использоваться, — довольно дорогостоящая процедура. Чтобы удешевить производство, проводятся эксперименты с его альтернативами: медью, индийом, галлием и кадмием.

Элементы для улучшения работы

SAT на солнечном трекере Для организации более эффективной работы солнечных элементов в конструкции солнечной батареи использован диод Шоттки.

это диод полупроводникового типа, который при прямом включении имеет меньшее падение напряжения, чем другие конструкции.

Он работает с использованием pn перехода в среде с металлическими проводниками. Сравнение с кремниевыми диодами показывает, что прямое напряжение снижается в среднем с 0,65 В до 0,35 В, что помогает повысить эффективность системы.

Для более эффективного попадания солнечных лучей на поверхность батареи было разработано и применено специальное устройство — солнечный трекер. Это устройство предназначено для отслеживания движения Солнца и вращения солнечной панели (батареи) так, чтобы на ее поверхность попадало как можно больше солнечного света (оптимизация угла падения лучей).

Для более рационального соединения двух и более солнечных панелей и получения необходимого сопротивления в этой системе используются специальные сертифицированные разъемы, например MC4 T (папа + мама).

Виды солнечных батарей

В настоящее время солнечные панели представлены в разных вариантах, в зависимости от типа устройства и материала, из которого сделан фотоэлектрический слой.

I. Классификация по типу устройства:

1. Гибкость;
2. Сложно.

II. В зависимости от материала, из которого выполнен фотоэлектрический слой, различают:

1. Солнечные элементы, фотоэлемент которых изготовлен из кремния. Они, в свою очередь, бывают монокристаллическими, поликристаллическими и аморфными. Монокристаллические панели — вариант довольно дорогой, но при этом очень мощный. Поликристаллические панели дешевле монокристаллических. Такие панели медленнее теряют свою эффективность с увеличением срока службы, а также при нагревании. Аморфные в основном представлены тонкопленочными панелями. Такое устройство на солнечных батареях может генерировать солнечный свет даже в неблагоприятных погодных условиях;
2. Солнечные элементы, фотоэлементы которых выполнены из теллурида кадмия;
3. Солнечные элементы, фотоэлемент которых находится в селене;
4. Солнечные батареи, фотоэлементы которых изготовлены из полимерных материалов;
5. Из органических соединений;
6. Из арсенида галлия
7. Из нескольких материалов одновременно.

Основные типы, ставшие популярными, — это многопереходные кремниевые солнечные элементы.

Кремниевые фотоэлементы отличаются высокой чувствительностью к нагреву, компактностью, надежностью и высоким КПД (КПД).

Другие материалы не получили широкого распространения из-за их дороговизны.

Схема подключения батареи к контроллерам и аккумуляторам

Как устроены солнечные батареи и из чего они состоят, мы выяснили. Поговорим теперь о практическом использовании. Сама по себе солнечная панель малопригодна. Он не производит особо высокого напряжения, которое, к тому же, постоянно увеличивается. Облачно — одно напряжение, солнечно — другое. Поднялось облако — мы прыгнули.

Кроме того, солнечная панель обеспечивает постоянный ток, в то время как большая часть бытовой техники работает на переменном токе. И, конечно, ночью солнечные батареи совершенно бесполезны. Чтобы получить от такого источника какую-либо пользу, необходимо накапливать энергию и преобразовывать ее до требуемых значений. То есть нужно построить солнечную электростанцию.

в качестве накопителя энергии очень удобно использовать обычные автомобильные аккумуляторы. Они идеально подходят для натяжения и легко адаптируются к емкости. Аккумулятор не только накапливает энергию, но и стабилизирует напряжение. Если он упадет на панель, потребитель получит питание от аккумулятора. Он увеличен — панель будет питать потребителей и одновременно заряжать аккумулятор.

Преобразование постоянного напряжения аккумуляторной батареи в переменное напряжение 220 В легко осуществить с помощью так называемого инвертора (преобразователя). Сегодня на полках полно таких устройств самой разной мощности и стоимости.

Важно! Выбирая преобразователь, следует учитывать, что некоторым бытовым приборам, например холодильникам, нужна чистая синусоида. Более дешевые устройства выдают не истинную синусоидальную волну, а так называемую приближенную, состоящую из набора противоположно поляризованных прямоугольников.

Но просто взять и подключить панель к АКБ нельзя. В конце концов, необходимо заряжать аккумулятор определенным током, и нельзя допускать перезарядки. Следовательно, нам понадобится еще один узел — контроллер заряда аккумулятора. Он будет самостоятельно выдерживать ток заряда и отключать аккумулятор от панели, если он полностью заряжен или если панель не может подавать необходимое напряжение.

Купить такой прибор тоже не проблема, и есть очень дешевые модели, хотя при желании можно взять прибор с целым набором дополнительных функций: вольтметр, таймер, собственный преобразователь и так далее цена, конечно, будет соответствующая. Что касается схемы подключения всех узлов, то она довольно проста.

Особых пояснений не требует. Напряжение панели поступает на контроллер, который заряжает аккумулятор и питает нагрузку низким напряжением (не все модели). Аккумулятор, в свою очередь, питает преобразователь, если энергии солнечной панели недостаточно для этих целей.

Конечно, такая схема не универсальна — все будет зависеть от используемого контроллера. В любом случае он будет таким же простым и обязательно войдет в комплект с устройством.

Система солнечной электростанции

На изображении ниже показана типичная солнечная установка. Он состоит из следующих элементов:

• солнечная панель (одна или несколько объединенных в одну систему) — собирает энергию и преобразует ее в электричество;
• контроллер — необходим для оптимизации работы солнечных панелей и снижения потерь при транспортировке энергии через электрическую систему станции;
• инвертор — преобразование постоянного тока в переменный;
• аккумулятор — собирает и хранит накопленную электроэнергию.

Солнечная электростанция

Аккумулятор позволяет использовать накопленную в течение дня электроэнергию. Контроллер также защищает аккумулятор от перезарядки. Следовательно, когда достигается максимальный уровень заряда батареи, контроллер автоматически понижает напряжение до уровня, необходимого для сохранения заряда, без перезарядки батареи чрезмерным напряжением. А инвертор необходим, чтобы приборы и осветительная сеть могли использовать электроэнергию, получаемую от батарей.

Важно: некоторые жильцы или владелец частного дома устанавливают сверху дополнительное стекло для защиты аккумуляторов, но даже слой такого стекла может снизить эффективность панелей на 30%

Сила тока

Факторы, влияющие на силу тока в солнечном элементе:

• количество света, попадающего на поверхность элемента;
• интенсивность источника света;
• площадь элемента, принимающего фотоны;
• угол падения света на приемный элемент;
• продолжительность элемента;
• КПД системы (на данный момент у самых продвинутых аналогов не более 24%. О КПД солнечных панелей вы можете прочитать в этой статье.);
• температура окружающего воздуха (чем она выше, тем больше сопротивление элемента).

Сфера применения солнечной энергии

Есть три применения солнечной энергии:

• Сохранение энергии. Солнечные батареи позволяют отказаться от централизованного питания или снизить его потребление, а также продать лишнюю электроэнергию электроснабжающей компании.
• Электроснабжение объектов, подключение к которым ЛЭП невозможно или экономически невыгодно. Это может быть дача или охотничий домик, расположенный вдали от ЛЭП. Также такие устройства используются для питания светильников на удаленных участках сада или на автобусных остановках.
• Блоки питания для мобильных и портативных устройств. Во время походов, рыбалки и других подобных мероприятий нужно заряжать телефоны, фотоаппараты и другие гаджеты. Для этого также используются солнечные батареи.

Солнечные панели удобно использовать там, где нет электричества

Из чего состоят солнечные батареи на красителях

Конструктивно они содержат тонкую стеклянную подложку и напыляемую токопроводящую «краску». Он основан на нанокристаллических «катоде» и «аноде», а также на неагрессивном электролите, таком как диоксид титана. Простота использования заключается в возможности получения любого оттенка цвета и нанесения на любую поверхность ультратонким слоем.

Преимущества солнечных батарей

Солнечная энергетика — перспективный сектор, который постоянно развивается. У них есть несколько основных преимуществ. Простота использования, долгий срок службы, безопасность и доступность.

Положительные стороны использования аккумуляторных батарей этого типа:

• Возобновляемость: этот источник энергии практически не имеет ограничений, к тому же он бесплатный. По крайней мере, на ближайшие 6,5 миллиардов лет. Необходимо подобрать технику, установить и использовать по назначению (в частном доме или коттедже).
• Изобилие — поверхность земли получает в среднем около 120 000 тераватт энергии, что в 20 раз превышает текущее потребление энергии. Солнечные батареи для дачи или частного дома имеют большой потенциал использования.
• Постоянство: Солнечная энергия постоянна, поэтому человечеству не грозит перерасход в процессе ее использования.
• Удобство: солнечная энергия может генерироваться везде, где есть естественное освещение. К тому же его чаще всего используют для отопления дома.
• Бережное отношение к окружающей среде: солнечная энергия — перспективный сектор, который в будущем заменит электростанции, работающие на невозобновляемых ресурсах: газе, торфе, угле и нефти. Безопасен для здоровья людей и домашних животных.

Важно: отдельно хотелось бы выделить термоядерную энергетику. Несмотря на то, что «мирный атом» позиционируется как безопасный, в случае аварий на АЭС этот фактор полностью нивелируется (Три Лонг-Айленда, Чернобыль, Фукусима).

• При производстве панелей и установке солнечных электростанций не происходит значительных выбросов вредных или токсичных веществ в атмосферу.
• Тихо: выработка электроэнергии практически бесшумна, поэтому этот тип электростанции лучше, чем ветряные электростанции. Их работа сопровождается постоянным шумом, в результате чего оборудование быстро выходит из строя, и сотрудникам приходится делать частые перерывы для отдыха.
• Экономичность: при использовании солнечных панелей домовладельцы значительно сокращают расходы на электроэнергию. Панели имеют длительный срок службы: производитель дает гарантию на панели от 20 до 25 лет. При этом обслуживание всего центрального блока сводится к периодической очистке (раз в 5-6 месяцев) поверхностей панелей от грязи и пыли

Недостатки солнечных батарей

К сожалению, этот практически неисчерпаемый источник энергии имеет ряд ограничений и недостатков:

• Высокая стоимость оборудования: автономная солнечная установка даже уменьшенной мощности доступна далеко не каждому. Обустройство частного дома такими батареями стоит недешево, но позволяет снизить затраты на коммунальные услуги (электричество).
• Оснащение дома солнечными батареями потребует финансовых затрат.
• Частота генерации: солнечная установка не может обеспечить полную и бесперебойную электрификацию частного дома.

Важно: проблему можно решить, установив батареи большой емкости, но это увеличит стоимость производства энергии, что сделает ее нерентабельной по сравнению с традиционными источниками энергии.

• Хранение энергии. В солнечной установке аккумулятор является самым дорогим элементом (даже небольшие батареи и гелевые панели).
• Низкий уровень загрязнения окружающей среды: солнечная энергия считается экологически чистой, однако процесс производства аккумуляторов сопровождается выбросами трифторида азота, оксидов серы. Все это создает «парниковый эффект».
• Использование в производстве редкоземельных элементов: тонкопленочные солнечные панели состоят из теллурида кадмия (CdTe).
• Плотность мощности — это количество энергии, которое можно получить из 1 м2 энергоносителя. В среднем этот показатель составляет 150-170 Вт / м2. Это намного больше, чем у других альтернативных источников энергии. Однако он несравнимо уступает традиционным (это касается атомной энергетики).

Второе поколение

Классические солнечные элементы представляют собой относительно тонкие пластины, обычно толщиной в доли миллиметра (около 200 микрон, около 200 микрон). Но они являются абсолютными пластинами по сравнению с элементами второго поколения, широко известными как тонкопленочные солнечные элементы (TPSC) или тонкопленочные фотоэлектрические элементы (TFPV), которые все еще примерно в 100 раз тоньше (несколько микрометров или миллионных долей метра).

Хотя большинство из них по-прежнему состоит из кремния (другая форма, известная как аморфный кремний, a-Si, в котором атомы расположены случайным образом, а не точно упорядочены в правильную кристаллическую структуру), некоторые из них сделаны из других материалов, в частности теллурида кадмия (Cd-Te) и диселенид меди-индия-галлия (CIGS). Поскольку они очень тонкие, легкие и гибкие, солнечные элементы второго поколения могут быть прикреплены к окнам, световым люкам, плитке и всем видам «подложек» (поддерживающих материалов), включая металлы, стекло и полимеры (пластмассы).

Что касается гибкости элементов второго поколения, они приносят в жертву эффективность: классические солнечные элементы первого поколения по-прежнему превосходят их. Таким образом, в то время как первоклассные элементы первого поколения могут достигать эффективности 15-20 процентов, аморфный кремний изо всех сил пытается достичь более 7%, а лучшие тонкопленочные элементы Cd-Te могут выдерживать только 11%, а ячейки CIGS не лучше 7. –12 процентов. Это одна из причин, почему, несмотря на их практические преимущества, элементы второго поколения до сих пор оказали относительно небольшое влияние на рынок солнечной энергии.

Обзор модулей, не использующих кремний

Солнечные батареи более дорогих аналогов достигают коэффициента 30%; они могут быть во много раз дороже аналогичных кремниевых систем. Некоторые из них по-прежнему имеют более низкую эффективность, несмотря на возможность работы в агрессивной среде. Для производства таких панелей часто используют теллурид кадмия. Применяются и другие элементы, но реже.

Перечислим основные преимущества:

1. Высокий КПД от 25 до 35% с возможностью достижения в относительно идеальных условиях даже 40%.
2. Фотоэлементы стабильны даже при температуре до 150 ° C.
3. Концентрируя свет лампы на небольшой панели, приводится в действие водяной теплообменник, который производит пар, который вращает турбину и вырабатывает электричество.

Как мы уже говорили ранее, недостатком является высокая цена, но в некоторых случаях они являются лучшим решением. Например, в экваториальных странах, где поверхность модулей может достигать 80 ° C.

Редкоземельные материалы

Существует несколько типов солнечных панелей из редких металлов, и не все из них более эффективны, чем модули из монокристаллического кремния. Однако способность работать в экстремальных условиях позволяет производителям таких солнечных панелей производить конкурентоспособную продукцию и проводить дальнейшие исследования.
Панели из теллурида кадмия активно используются для облицовки зданий в экваториальных и арабских странах, где их поверхность днем ​​нагревается до 70-80 градусов. Основными сплавами, используемыми для изготовления фотоэлектрических элементов, являются теллурид кадмия (CdTe), селенид меди-индия-галлия (CIGS) и селенид меди-индия (CIS).

Кадмий — токсичный металл, а индий, галлий и теллур довольно редки и дороги, поэтому массовое производство солнечных панелей на их основе невозможно даже теоретически. КПД таких панелей находится на уровне 25-35%, хотя в исключительных случаях может достигать 40%.
Раньше они в основном использовались в космической отрасли, но теперь появилось новое перспективное направление. Благодаря стабильной работе солнечных элементов из редких металлов при температуре 130-150 ° C, они используются в солнечных тепловых электростанциях. В этом случае солнечные лучи от десятков или сотен зеркал концентрируются на небольшой панели, которая одновременно вырабатывает электричество и передает тепловую энергию водяному теплообменнику.
В результате нагрева воды образуется пар, который раскручивает турбину и вырабатывает электричество. Таким образом, солнечная энергия преобразуется в электричество одновременно двумя способами с максимальной эффективностью.

Полимерные и органические аналоги.
Фотоэлектрические модули на основе органических и полимерных соединений начали разрабатываться только в последнее десятилетие, но исследователи уже добились значительного прогресса.

Наибольший прогресс демонстрирует европейская компания Heliatek, которая уже оборудовала несколько небоскребов органическими солнечными батареями. Толщина рулонной пленочной структуры HeliaFilm составляет всего 1 мм. При производстве полимерных панелей используются такие вещества, как углеродные фуллерены, фталоцианин меди, полифенилен и другие. КПД таких солнечных элементов уже достигает 14-15%, а стоимость производства в несколько раз ниже, чем у кристаллических солнечных панелей.

Остро стоит проблема времени разрушения органического рабочего слоя. Пока невозможно достоверно подтвердить уровень его эффективности после нескольких лет эксплуатации. Преимуществами органических солнечных батарей являются: возможность экологической утилизации; невысокая стоимость изготовления; гибкий дизайн.
К недостаткам таких фотоэлементов можно отнести относительно невысокий КПД и отсутствие достоверной информации о стабильных периодах работы панелей. Не исключено, что через 5-10 лет все недостатки органических солнечных элементов исчезнут и станут серьезным конкурентом кремниевых пластин.

Отопление солнечной энергией домов

Принцип работы солнечных батарей для отопления дома принципиально отличает их от всех описанных выше устройств. Это совсем другое устройство. Описание следует ниже.

Основная часть солнечной системы отопления — это коллектор, который принимает свет и преобразует его в кинетическую энергию. Площадь этого элемента может варьироваться от 30 до 70 квадратных метров.

Для крепления коллектора используется особая техника. Пластины соединены между собой металлическими контактами.

Следующий компонент системы — накопительный котел. Превратите кинетическую энергию в тепло. Участвует в нагреве воды, водоизмещение которой может достигать 300 литров. Иногда такие системы поддерживаются дополнительными котлами на сухом топливе.

Солнечная тепловая система завершается элементами стен и пола, в которых нагретая жидкость циркулирует по тонким медным трубам, распределенным по всей их поверхности. Благодаря низкой температуре запуска панелей и равномерности теплоотдачи помещение довольно быстро нагревается.

Как работает солнечное отопление

Давайте подробнее рассмотрим, как солнечные панели работают от ультрафиолета.

Возникает разница между температурой коллектора и накопительного элемента. В системе начинает циркулировать теплоноситель, которым часто является вода, в которую добавлен антифриз. Работа, совершаемая жидкостью, и есть кинетическая энергия.

Когда жидкость проходит через слои системы, кинетическая энергия преобразуется в тепло, которое используется для обогрева дома. Этот векторный процесс циркуляции обеспечивает теплом помещение и позволяет хранить его в любое время дня и года.

Итак, мы разобрались, как работают солнечные батареи.

Портативная солнечная батарея – специально для туристов

В наши дни у всех есть электронные устройства. Дело не в том, что у кого-то меньше, а у кого-то больше. Все они нуждаются в подзарядке и для этого нужны зарядные устройства. Но особенно остро эта проблема стоит для тех, кто находится в местах, где нет питания. Единственный аргумент в пользу продажи — солнечные батареи. Но цены на них остаются высокими и выбор невелик. Лучшим вариантом, как принято считать, является продукция компании Goal Zero (хотя есть и российская, и китайская продукция, как всегда под сомнением).

Но оказалось, что не все плохо производят в Китае или Корее. Особенно порадовала чикагская компания YOLK, производящая солнечные батареи, которая начала производство самой тонкой и легкой компактной солнечной бумаги Solar Paper. Его вес всего 120 грамм. Но есть и другие преимущества: модульная конструкция позволяет увеличить мощность.

Солнечная панель похожа на пластиковую коробку, размером с iPad, только вдвое тоньше. Спереди есть солнечная панель. На корпусе есть разъем для ноутбука и USB-порты и для подключения других солнечных батарей, а также фонарика. Внутри этой чудесной коробки находятся батарейки и плата управления. Заряжать устройство можно от одной розетки, и одновременно это может быть телефон и два ноутбука. Конечно, аппарат тоже заряжается от солнца. Как только на него попадает свет, загорается индикатор. В полевых условиях солнечная панель просто незаменима — она ​​успешно заряжает все необходимые устройства — более быстрые телефоны, ноутбуки.

Портативные солнечные батареи компактны — они даже бывают в виде брелков, которые можно прикрепить к чему угодно. Они разработаны так, чтобы их можно было брать с собой на рыбалку, экскурсию и т.д. У них должен быть фонарик, чтобы ночью можно было освещать дорогу, палатку и так далее, опоры, позволяющие легко разместить их на рюкзаках, байдарках, палатках. Очень важно, чтобы в таком устройстве был встроенный аккумулятор, позволяющий заряжать устройства в ночное время.