Что такое солнечная батарея
Солнечная батарея
Пост опубликован: 21 июля, 2017
Солнце — это источник неисчерпаемой энергии, благодаря которой образовалась и существует жизнь на нашей планете.
Человек всегда пытался максимально использовать получаемое тепло, излучаемое солнцем, а с развитием науки и специальных технологий, научился с максимальной пользой, использовать и солнечные лучи. Одним из таких способов, стало получение электрической энергии, путем преобразования солнечного света.
Что такое солнечная батарея?
Солнечная батарея (панель) – это устройство, в котором под воздействием солнечных лучей, вырабатывается электрический ток. Техническим языком – солнечная панель является объединением определенного количества фотоэлементов, являющимися полупроводниковыми устройствами.
Виды солнечных батарей
В настоящее время, благодаря развитию технологий и постоянно растущему интересу к возобновляемым источникам энергии, промышленностью выпускается большое количество разнообразных видов солнечных панелей, которые различаются по конструкции, используемым материалам, техническим характеристикам и цене.
Основные виды солнечных батарей:
Данный вид подразделяется на:
Данный вид подразделяется на:
Основу солнечных батарей, изготовленных на основе кремния, составляет, как видно из названия – кремний, который является распространенным материалом, не требующий значительных затрат при добыче и обладает хорошими физическими свойствами.
Монокристаллические батареи.
Для изготовления батарей данного вида используется очищенный кремний, без присутствия примесей. Визуально, монокристаллические панели выглядят как соты, которые объединены между собой в единую конструкцию. При изготовлении отдельных сот, используют монокристаллы, после затвердения которых, их делят на тонкие пластины (до 300 мкм), которые в дальнейшем соединяются электродной сеткой. Данный вид является дорогим вариантом солнечных батарей, но благодаря высокому КПД (до 20%), тем не менее пользуется спросом у потребителей.
Поликристаллические батареи.
При изготовлении батарей данного вида, для получения поликристаллов, кремниевый состав, после его подготовки, охлаждается. Процесс охлаждения происходит продолжительное время. При производстве данного вида панелей, затрачивается меньшее, чем при изготовлении монокристаллических устройств, количество энергии, что отражается на стоимости данного вида. Поликристаллические панели стоят дешевле, но обладают меньшим КПД – до 18%.
Аморфные батареи.
Данный вид панелей можно отнести как к кремниевому типу, так и к пленочному, потому как оба способа изготовления, присутствуют у данного вида устройств.
Основу данных батарей изготавливают из кремневодорода (силана), который наносится на подложку батареи. Данный вид имеет КПД значительно ниже, чем у рассмотренных выше устройств (до 5,0 %), но в связи с тем, что панели данного вида, обладают лучшей способностью поглощения и способны вырабатывать электрический ток даже при отсутствии прямых солнечных лучей (пасмурная погода), то также являются востребованы на рынке подобных устройств.
Плёночные батареи на основе теллурида кадмия.
В основе данных устройств заложена способность кадмия к высокой световой поглощаемости. КПД устройств данного вида составляет 10 %, стоимость – ниже чем у аналогов. Из недостатков использования – ядовитость кадмия.
Плёночные батареи на основе селенида меди-индия.
При изготовлении данного вида устройств используют медь, индий и селен. КПД установок выше, чем у батарей из теллурида кадмия и составляет до 20%.
Полимерные солнечные батареи.
Основу устройств (пленку), изготавливают из полифенилена, фурелленов, фталоцианина меди. Толщина плёнки составляет около 100 нм. Недостаток данного вида — низкий КПД (около 5%). К достоинствам можно отнести – низкая стоимость, отсутствие вреднхй выбросов в атмосферу и доступность комплектующих, к тому же данный вид обладает эластичностью.
Принцип работы
Прежде чем описать принцип работы солнечной батареи, необходимо обратить внимание на несколько основополагающих моментов, это:
Работа солнечной панели осуществляется следующим образом:
Для дома
Солнечные батареи, являясь основной составляющей солнечных электростанций, получают все более широкое распространение среди владельцев частных домовладений.
Солнечные электростанции, в зависимости от их мощности и географического месторасположения, используют как основной или резервный источник электрической энергии.
В этом случае, при выборе мощности станции, и в каком качестве она будет работать, не маловажную роль играют именно солнечные батареи.
Критериями выбора солнечных батарей, при использовании для электроснабжения дома, являются:
Как видно из приведенных критериев выбора, в каждом конкретном случае, выбор того, или иного устройства осуществляется индивидуально.
В настоящее время, для комплектации солнечных электростанций, служащих для электроснабжения индивидуальных домов, используют различные солнечные батареи. В связи с тем, что большую часть рынка солнечных батарей, обеспечивают производители из Китая, то именно на них следует ориентироваться, при комплектации солнечных станций.
Популярностью у пользователей пользуется продукция компании «TOPRAY Solar» (Китай), это:
Также популярностью пользуются солнечные батареи компаний:
Выбор, на рынке подобных товаров, достаточно обширен, поэтому всегда есть возможность выбрать требуемое устройство, в соответствии с критериями выбора и индивидуальными предпочтениями.
Использование на даче
Дача, это по своей сути, тот же дом, с той лишь разницей, что на ней, возможно, человек проводит меньше времени, и количество установленных приборов, потребляющих электрическую энергию, может быть несколько меньше, чем в жилом доме.
Использование солнечных электростанций для электроснабжения дачи, является очень удобным способом решения задачи обеспечения электричеством на вновь строящихся и удаленных от стационарных электрический сетей, участках.
Критерии выбора солнечных батарей, в случае электроснабжения дачи, аналогичны критериям при выборе устройств для дома. Разница может быть лишь в требуемой мощности и способу монтажа устройств.
Средние цены
Стоимость солнечных батарей – это один из критериев их выбора.
Розничная цена, для рассмотренных выше моделей, выпускаемых китайской компанией «TOPRAY Solar», и реализуемых через специализированные организации, составляет:
Стоимость аналогичных по техническим параметрам устройств, других производителей, лежит в этом же ценовом диапазоне, поэтому всегда есть возможность сделать свой, выбор, в соответствии с индивидуальными пожеланиями.
Где купить
Солнечная батарея (панель), это довольно дорогостоящее устройство, к тому же, как правило необходимо приобретать несколько панелей, поэтому лучшим местом для приобретения, являются специализированные организации, занимающиеся продажей солнечных электростанций и комплектующих к ним.
В связи с тем, как уже писалось выше, на рынке подобных устройств, большое количество китайских изделий, то можно воспользоваться покупкой через интернет. В этом случае необходимо используя тот же интернет, изучить отзывы о приобретаемом устройстве, а также отзывы о компании, которая его поставляет.
У российских и европейских компаний, есть представительства в разных городах нашей страны, можно воспользоваться их услугами, предварительно, так же, как и при приобретении через интернет, ознакомившись с отзывами о выбранном устройстве.
Солнечная батарея для отопления дома
Солнечные батареи бывают нескольких видов, конструкций и принципу действия. Если рассматривать вопрос об использовании солнечных батарей для отопления дома, то вариант использования панелей, работающих на фотоэлементах, не решит в полной мере, поставленную задачу. Это определяется количеством вырабатываемой электрической мощности. Если к фотоэлектрическим панелям подключить электрические ТЭНы, служащие для нагрева теплоносителя в системе отопления жилого дома, то мощности для прочих потребителей, будет явно не хватать.
Если, в качестве солнечной батареи, работающей для отопления дома, применить солнечный коллектор, то такая задача будет полностью решена. В этом случае солнечные лучи нагревают теплоноситель, циркулирующий в системе отопления, за счет чего и происходит нагревание помещений дома.
Как сделать своими руками из подручных средств
При желании, наличии свободного времени и минимальных познаний в электротехнике, можно изготовить солнечную батарею из подручных средств.
Вариантов может быть множество, все зависит от имеющихся материалов, «багажа» знаний и навыков.
Подобные устройства можно изготовить:
Недостатки и достоинства
Недостатков использования солнечных батарей меньше, чем их достоинств, поэтому необходимо начать с них.
К отрицательным свойствам солнечных батарей относятся:
Положительных свойств больше, это:
Солнечная батарея (панель)
Солнечная батарея или солнечная панель — это самый доступный способ получать энергию от солнца.
Типы солнечных ячеек
В основном в солнечной промышленной энергетике выделяют два типа ячеек — это поликристаллические ячейки, а также монокристаллические ячейки.
Про плюсы и минусы моно- и поликристаллических панелей можете прочитать. Одно скажу точно, солнечная батарея из монокристалла лучше по всем характеристикам, хотя и дороже по цене.
Что такое солнечная батарея
Солнечная батарея представляет из себя множество солнечных ячеек, которые соединены в определенной последовательности. Они могут быть соединены последовательно, параллельно, или даже последовательно-параллельно.
Вот так выглядит солнечная панель на 100 Вт
солнечная батарея
Вид панели с обратной стороны
Сзади на этикетке параметры этой панели:
Основные параметры солнечной батареи
Максимальная мощность (Maximum power)
Этот параметр солнечной панели показывает, какую максимальную мощность может выдать такая панель в солнечный день, при условии, что солнце будет в зените и панель будет полностью освещаться солнечными лучами.
Максимальное напряжение при нагрузке (Maximum power voltage)
Максимальное значение напряжение при условии, что панель выдает в нагрузку максимальную мощность. То есть этот параметр также учитывает, что панель должна быть под солнцем в зените в яркий солнечный день.
Максимальный ток, который может выдать солнечная панель в нагрузку (Maximum Power Current)
Этот параметр показывает, какой максимальную силу тока может выдать панель в нагрузку.
Напряжение в холостом режиме (Open Circuit Voltage)
Это напряжение на клеммах солнечной панели в яркий солнечный день, при условии, что к клеммах не подсоединяется никакая нагрузка.
Ток короткого замыкания ( Short Circuit Current)
Это сила тока, которая будет течь в цепи солнечной панели, если ее клеммы соединить между собой, при условии, что панель находится под солнцем.
Солнечная батарея в ясный день
Итак, в нашей статье мы будем ставить опыты с солнечной панелью на 100 Вт и посмотрим, целесообразно ли ее было покупать. Так как я живу в Удмуртии, это получается 57 градусов северной широты. Лето теплое солнечное, зима умеренно-холодная.
Приятный солнечный денек 10 июня. На небе ни тучки, солнце в зените.
Направляю панель на солнышко и смотрю напряжение на клеммах в холостом режиме.
А теперь смотрим ток короткого замыкания. Для этого ставим мультиметр в режим измерения силы тока и соединяем выводы солнечной панели.
Все прям почти как по описанию).
Берем галогенную автомобильную лампу и цепляем к панели
Горит так, что даже глаза слепит.
Давайте замеряем напряжение на клеммах панели с нагрузкой-лампочкой.
Смотрим силу тока, которую кушает наша автомобильная лампочка:
Давайте посчитаем, какую мощность кушает лампочка от панельки. Вспоминаем, что мощность — это произведение силы тока на напряжение. То есть получаем P=IU=5,45 x 16,2 = 88,3 Ватта. Как видите, панелька в легкую питает нагрузку, которая кушает 88,3 Ватта при напряжении в 16,2 Вольта. Честно говоря, более чем 14,4 Вольт подавать на лампочку не стоило бы, так как она автомобильная. Но вроде осталась жива.
Солнечная батарея в пасмурный день
Все бы хорошо, но сказка рано или поздно заканчивается. На следующий день солнышко зашло и на небе стали появляться грозовые тучки:
Замеряем напряжение на клеммах без нагрузки:
Напряжение вроде бы есть.
Замеряем силу тока короткого замыкания:
Даже меньше Ампера…. На то она и солнечная батарея).
Что внутри солнечной батареи
Распределительная коробка имеет уровень защиты IP67, что говорит о том, что она пыленепроницаемая и водонепроницаемая:
Внутри стоят два мощных диода, скорее всего диоды Шоттки
Они нужны для того, чтобы электрический ток шел только от солнечной панели к нагрузке.
Как сделать мини-электростанцию на солнечных батареях
Сейчас с Али мне идет солнечный контроллер
Будем делать миниэлектростанцию для своей лаборатории по классической схеме:
Синяя коробочка — это и есть контроллер. Черная коробочка под ним — это инвертор, который преобразует 12 Вольт постоянного тока от аккумулятора в 220 Вольт переменного тока (в напряжение в вашей домашней розетке). Остальные части схемы вам уже известны. Эта схема полностью автономная и требует минимального обслуживания.
Стоит ли брать солнечные батареи?
Давайте посчитаем вместе. Сама 100 Ваттная панель стоит 5000 руб. Хотя, на Алибабе (отец Алиэкпресса) оптом можно затариться дешевле, хотя и по доставке еще надо будет решать вопрос:
Моя панель выдает 0,1 Киловатт. Допустим у нас солнце светит в среднем в год по 8 часов в день. Получается, за день панель может производить энергию в количестве 0,1 х 8 = 0,8 Киловатт х часов.
Сорри читатель, типа рекламный блок: ne555 — читай.
У нас в селе Киловатт в час стоит 2,5 рублей. Стоит ли игра свеч? Я думаю, что нет. По крайней мере у меня в Удмуртии. В южных странах, где солнце «поливает» по 12 часов в день — это будет лучшим решением.
Но теперь давайте рассмотрим другой случай.
Ваш маленький домик находится в глуши. Хватит ли одной такой панели, чтобы поддерживать маломальский комфорт, типа освещения, питания ноутбука, телефона и ловли интернета? Вполне. Думаю, будет даже выгоднее, чем дизель-генератор. Поэтому, в данном случае солнечные батареи будут наилучшим решением.
Как соединять солнечные батареи?
Солнечная панель — это простой источник питания, как аккумулятор или батарейка. Поэтому, для них действуют все те же законы, что и для источников питания. Солнечные панели можно соединять с друг другом последовательно, параллельно или даже последовательно-параллельно. Более подробно про виды соединений источников питания читайте в этой статье.
Последовательное соединение
Вот так выглядит параллельное соединение солнечный панелей. В этом случае суммируется выдаваемая сила тока, а напряжение остается таким же
параллельное соединение солнечных панелей
Параллельное соединение
Если же вы хотите увеличить напряжение, то следует соединять панели последовательно. В этом случае у вас напряжения, получаемые с каждой солнечной панели будут суммироваться.
Последовательно-параллельное соединение
Если вы хотите увеличить и напряжение и выдаваемую силу тока, то в этом случае соединяют панели последовательно-параллельно
последовательно-параллельное соединение солнечных панелей
Заключение
Использование альтернативной энергии бывает иногда очень полезно в некоторых случаях, особенно для питания автономных устройств, типа уличного освещения, радиопередатчиков, питания различных GSM-сигнализаций в садоогороде и тд.
Ну а если кто-то сомневается в будущем солнечной энергетики, просто взгляните на эти солнечные батареи, которые вырабатывают Мегаватты энергии за день!
солнечные батареи
Как работают солнечные батареи
Cолнце есть и будет всегда! Возможно, это слишком смелое заявление, но это действительно так. По крайней мере, с точки зрения человечества. Пусть оно и взорвется через сколько-то там миллионов лет, но к тому времени мы уже покинем эту планету или сами, или в виде кучки пепла, которую развеет в космосе очередной огромный камень, налетевший на наш голубой шарик. Именно из-за такой стабильности Солнца его можно и нужно использовать для получения энергии. Люди уже давно научились это делать и сейчас продолжают совершенствовать технологии солнечной энергетики. Но как же работают солнечные панели, батареи и вообще, как можно превратить свет в электричество внутри розетки?
Солнечные панели позволяют сделать электричество чуть ли не бесплатным.
Когда появились солнечные батареи
Солнечные батареи были изобретены достаточно давно. Впервые эффект преобразования света в электричество был обнаружен Александром Эдмоном Беккерелем в 1842 году. Для создания первых прототипов потребовалось почти сто лет.
В 1948 году, а именно 25 марта, итальянский фотохимик Джакомо Луиджи Чемичан смог сделать то, что мы теперь используем и развиваем. Спустя 10 лет в 1958 году технология впервые была опробована в космосе в качестве элемента питания американского спутника, названного ”Авангард-1”. Спутник был запущен 17 марта, а уже 15 мая того же года это достижение повторили в СССР (аппарат ”Спутник-3”). То есть технологи начала массово применяться в разных странах почти одновременно.
Использование солнечных панелей в космосе — обычная практика.
Подобные конструкции применяются в космосе до сих пор, как важный источник энергии. А еще их используют на Земле для обеспечения энергией домов и даже целых городов. А еще их начали встраивать в гражданские электромобили для обеспечения большей автономности.
Вообще, важность подобных элементов невозможно переоценить. Только так можно добиться получения энергии в любой точке планеты. Гидроэнергетика, атомные станции, ветряки и тому подобные системы могут быть размещены только в определенных местах, стоят очень дорого или требуют соответствующей инфраструктуры. И только солнечные панели позволяют построить дом в пустыне и электрифицировать его. За относительно небольшие деньги. На «ветряк» их точно не хватит.
Как работают солнечные панели
Стоит немного уточнить, что понятие ”солнечная батарея” не очень правильное. Точнее правильное, но не имеющее отношение к тем системам питания, о которых мы говорим. Батарея там обычная, но получает энергию от солнечных панелей, которые преобразуют в электричество свет солнца.
В основе солнечной панели лежат фотоэлектрические ячейки, которые помещены внутрь общей рамы. Для создания таких ячеек чаще всего используется кремний, но возможно использование и других полупроводников.
Энергия вырабатывается в тот момент, когда на полупроводник попадают солнечные лучи и нагревают его. В результате этого внутри полупроводника высвобождаются электроны. Под действием электрического поля электроны начинают двигаться более упорядоченно, что и приводит к появлению электрического тока.
Примерно так выглядит солнечная панель.
Для того, чтобы получить электричество, надо подключить контакты к обеим сторонам фотоэлемента. В результате этого он начнет питать электричеством подключенный потребитель или просто заряжать батарею, которая потом будет отдавать электричество в сеть, когда это понадобится.
Основной упор на кремний делается из-за его кристаллических особенностей. Впрочем, в чистом виде кремний сам по себе является плохим проводником и для изменения свойств к нему делается крайне малое количество примесей, которые улучшают его проводимость. В основном в число примесей входит фосфор.
Как полупроводники вырабатывают электричество?
Полупроводник является материалом, в атомах которого либо есть лишние электроны (n-тип), либо их не хватает (p-тип). То есть полупроводник состоит из двух слоев с разной проводимостью.
В качестве катода в такой схеме используется n-слой. Анодом является p-слой. То есть электроны из первого слоя могут переходить во второй. Переход происходит за счет выбивания электронов фотонами света. Один фотон выбивает один электрон. После этого они, проходя через аккумулятор, попадают обратно в n-слой и все идет по кругу.
Когда энергия выработана, все начинается по кругу, а свет всегда горит.
В современных солнечных панелях в качестве полупроводника используется кремний, а начиналось все с селена. Селен показал крайне низкий КПД — не более одного процента — и ему сразу стали искать замену. Сейчас кремний в целом удовлетворяет требования промышленности, но есть у него и один существенный минус.
Обработка и очистка кремния для приведения его к тому виду, в котором его можно будет использовать, является достаточно затратной процедурой. Чтобы снизить стоимость производства, проводят эксперименты с его альтернативами — медью, индием, галием и кадмием.
Эффективность солнечных панелей
Есть у кремния еще один минус, который не так существенен, как стоимость, но с которым тоже надо бороться. Дело в том, что кремний очень сильно отражает свет и из-за этого элемент вырабатывает меньше электричества.
Даже повесив столько панелей, все равно надо обеспечивать их нормальную работу. В том числе бороться с отражением света.
Для того, чтобы уменьшить такие потери, фотоэлементы покрывают специальным антибликовым покрытием. Кроме такого слоя, надо использовать и защитный слой, который позволит элементу быть более долговечным и противостоять не только дождю и пыли, но даже падающим веткам небольшого размера. При установке на крыше дома это очень актуально.
Несмотря на общую удовлетворенность технологией и постоянную борьбу за улучшение показателей, современным солнечным панелям все равно есть куда стремиться. На данный момент массово производятся панели, которые перерабатывают до 20 процентов попадающего на них света. Но есть и более современные панели, которые пока ”доводятся до ума” — они могут перерабатывать до 40 процентов света.
А вообще, солнечная энергетика это круто! И помните, даже при таком «пАлящем» солнце система будет работать.