Солнечные батареи: как это работает

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

История создания

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

Солнечная термальная электростанция в испанском городе Севилья

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

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

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

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

 

Принцип работы

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

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

Схема работы фотоэлемента

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

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

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

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

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

Мобильный телефон Samsung E1107 оснащен солнечной батареей

 

Существующие разновидности

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

Наручные часы Citizen Eco-Drive с солнечной батареей вместо циферблата

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

Монтаж солнечных панелей на крыше жилого дома

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

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

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

Портативная солнечная панель Solarland мощностью 130 Вт и стоимостью $860

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

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

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

Солнечную батарею Voltaic можно носить у себя за спиной

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

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

 

Крупнейшие производители

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

Гольфкар на солнечных батареях – бесшумное и экологически чистое средство передвижения

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

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

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

Национальный стадион в Пекине густо усеян солнечными батареями производства Suntech

 

Выводы

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

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

Как устроены и работают солнечные батареи

Солнечная энергетика становится все более популярной во всем мире. Вместе с коллегами из специализированного портала Elektrik мы разбирались, как устроена солнечная батарея, из чего она состоит и куда отправляется получаемая энергия.

В наше время практически каждый может собрать и получить в свое распоряжение свой независимый источник электроэнергии на солнечных батареях (в научной литературе они называются фотоэлектрическими панелями).

Дорогостоящее оборудование со временем компенсируется возможностью получать бесплатную электроэнергию. Важно, что солнечные батареи – это экологически чистый источник энергии. За последние годы цены на фотоэлектрические панели упали в десятки раз и они продолжают снижаться, что говорит о больших перспективах при их использовании.

В классическом виде такой источник электроэнергии будет состоять из следующих частей: непосредственно, солнечной батареи (генератора постоянного тока), аккумулятора с устройством контроля заряда и инвертора, который преобразует постоянный ток в переменный.

Солнечные батареи состоят из набора солнечных элементов (фотоэлектрических преобразователей), которые непосредственно преобразуют солнечную энергию в электрическую.

Большинство солнечных элементов производят из кремния, который имеет довольно высокую стоимость. Этот факт определят высокую стоимость электрической энергии, которая получается при использовании солнечных батарей.

Распространены два вида фотоэлектрических преобразователей: сделанные из монокристаллического и поликристаллического кремния. Они отличаются технологией производства. Первые имеют кпд до 17,5%, а вторые – 15%.

Наиболее важным техническим параметром солнечной батареи, которая оказывает основное влияние на экономичность всей установки, является ее полезная мощность. Она определяется напряжением и выходным током. Эти параметры зависят от интенсивности солнечного света, попадающего на батарею.

Электродвижущая сила отдельных солнечных элементов не зависит от их площади и снижается при нагревании батареи солнцем, примерно на 0,4% на 1 гр. С. Выходной ток зависит от интенсивности солнечного излучения и размера солнечных элементов. Чем ярче солнечный свет, тем больший ток генерируется солнечными элементами. Зарядный ток и отдаваемая мощность в пасмурную погоду резко снижается. Это происходит за счет уменьшения отдаваемой батареей тока.

Если освещенная солнцем батарея замкнута на какую либо нагрузку с сопротивлением Rн, то в цепи появляется электрический ток I, величина которого определяется качеством фотоэлектрического преобразователя, интенсивностью освещения и сопротивлением нагрузки. Мощность Pн, которая выделяется в нагрузке определяется произведением Pн = IнUн, где Uн напряжение на зажимах батареи.

Наибольшая мощность выделяется в нагрузке при некотором оптимальном ее сопротивлении Rопт, которое соответствует наибольшему коэффициенту полезного действия (кпд) преобразования световой энергии в электрическую. Для каждого преобразователя имеется свое значение Rопт, которая зависит от качества, размера рабочей поверхности и степени освещенности.

Солнечная батарея состоит из отдельных солнечных элементов, которые соединяются последовательно и параллельно для того, чтобы увеличить выходные параметры (ток, напряжение и мощность). При последовательном соединении элементов увеличивается выходное напряжение, при параллельном – выходной ток.

Для того, чтобы увеличить и ток и напряжение комбинируют два этих способа соединения. Кроме того, при таком способе соединения выход из строя одного из солнечных элементов не приводит в выходу из строя всей цепочки, т.е. повышает надежность работы всей батареи.

Таким образом, солнечная батарея состоит из параллельно-последовательно соединенных солнечных элементов. Величина максимально возможного тока отдаваемого батареей прямо пропорциональна числу параллельно включенных, а электродвижущая сила — последовательно включенных солнечных элементов. Так, комбинируя типы соединения, собирают батарею с требуемыми параметрами.

Солнечные элементы батареи шунтируются диодами. Обычно их 4 – по одному, на каждую ¼ часть батареи. Диоды предохраняют от выхода из строя части батареи, которые по какой-то причине оказались затемненными, т. е. если в какой-то момент времени свет на них не попадает.

Батарея при этом временно генерирует на 25% меньшую выходную мощность, чем при нормальном освещении солнцем всей поверхности батареи.

При отсутствии диодов эти солнечные элементы будут перегреваться и выходить из строя, так как они на время затемнения превращаются в потребителей тока (аккумуляторы разряжаются через солнечные элементы), а при использовании диодов они шунтируются и ток через них не идет.

Получаемая электрическая энергия накапливается в аккумуляторах, а затем отдается в нагрузку. Аккумуляторы – химические источники тока. Заряд аккумулятора происходит тогда, когда к нему приложен потенциал, который больше напряжения аккумулятора.

Число последовательно и параллельно соединенных солнечных элементов должно быть таким, чтобы рабочее напряжение подводимое к аккумуляторам с учетом падения напряжения в зарядной цепи немного превышало напряжение аккумуляторов, а нагрузочный ток батареи обеспечивал требуемую величину зарядного тока.

Например, для зарядки свинцовой аккумуляторной батареи 12 В необходимо иметь солнечную батарею состоящую из 36 элементов.

При слабом солнечном свете заряд аккумуляторной батареи уменьшается и батарея отдает электрическую энергию электроприемнику, т.е. аккумуляторные батареи постоянно работают в режиме разряда и подзаряда.

Это процесс контролируется специальным контроллером. При циклическом заряде требуется постоянное напряжение или постоянный ток заряда.

При хорошей освещенности аккумуляторная батарея быстро заряжается до 90% своей номинальной емкости, а затем с меньшей скоростью заряда до полной емкости. Переключение на меньшую скорость заряда производится контроллером зарядного устройства.

Наиболее эффективно использование специальных аккумуляторов – гелевых (в батарее в качестве электролита применяется серная кислота) и свинцовыех батарей, которые сделанны по AGM-технологии. Этим батареям не нужны специальные условия для установки и не требуется обслуживание. Паспортный срок службы таких батарей – 10 — 12 лет при глубине разряда не более 20%. Аккумуляторные батареи никогда не должны разряжаться ниже этого значения, иначе их срок службы резко сокращается!

Аккумулятор подсоединяется к солнечной батарее через контроллер, который контролирует ее заряд. При заряде батареи на полную мощность к солнечной батареи подключается резистор, который поглощает избыточную мощность.

Для того чтобы преобразовать постоянное напряжение от аккумуляторной батареи в переменное напряжение, которой можно использовать для питания большинства электроприемников совместно с солнечной батарей можно использовать специальные устройства – инверторы.

Без использования инвертора от солнечной батареи можно питать электроприемники, работающие на постоянном напряжении, в т.ч. различную портативную технику, энергосберегающие источники света, например, те же светодиодные лампы.

Автор текста: Андрей Повный. Текст впервые опубликован на сайте Electrik.info. Перепечатано с согласия редакции.

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

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

Как правильно выбрать автономную систему

Перед покупкой солнечной электростанции учитывайте следующие параметры:

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

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

Краткий обзор производителей

Лидирующие мировые производители солнечных панелей:

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

Установка солнечных панелей

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

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

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

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

Выгодно ли использовать солнечные батареи на даче

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

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

Отопление от солнечных батарей в России

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

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

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

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

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

Солнечные батареи: ставить или нет

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

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

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

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

Принцип работы солнечной батареи — как работает солнечная панель?

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

Устройство и история появления солнечных батарей

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

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

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

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

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

Какие виды солнечных батарей существуют?

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

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

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

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

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

Сфера применения солнечных батарей

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

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

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

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

Как работает солнечная панель: принцип работы устройства простым языком

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

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

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

Подключение солнечной панели

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

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

Преимущества, недостатки панелей

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

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

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

Как достичь максимальной эффективности работы батарей?

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

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

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

Солнечные батареи, их характеристика

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

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

Собственно одна панель может рассматриваться как источник тока. Несколько солнечных панелей образуют автономную солнечную электростанцию, которая может быть малой (если речь идет например о частном доме) или большой (если речь идет о промышленной солнечной электростанции) мощности. Размер солнечной станции зависит от ее назначения и от нужд ее потребителя.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

По материалам: electrik.info.

СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ — это… Что такое СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ?

СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ

СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ (батарея солнечных элементов), устройство, преобразующее энергию солнечного света непосредственно в ЭЛЕКТРИЧЕСТВО. Обычно состоит из кристалла кремния р-типа, покрытого кристаллом п-типа (см. ПОЛУПРОВОДНИК). Световое излучение вызывает высвобождение электронов и создает РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ, так что ток может течь между электродами, присоединенными к этим двум кристаллам. Все волны, длиной короче одного микрометра, могут вырабатывать электрическую энергию. Солнечные батареи преобразуют в полезную энергию около 10% солнечного света. Они часто используются в качестве элементов питания в небольших электронных устройствах типа карманного калькулятора. Панели из нескольких тысяч батарей могут вырабатывать энергию мощностью несколько сотен ватт. см. также СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ.

Солнечный (фотогальванический) элемент (А) состоит из двух кремниевых полупроводников, расположенных между металлическими контактами, защищенными решеткой. Один из кремниевых полупроводников накапливает положительные заряды (1), а другой — отрицательные (2), создавая разность электрических потенциалов. Когда фотоны света попадают на р-л переход между полупроводниками (4), они смещают электроны, присоединенные к положительному полупроводнику. Металлические контакты (5) соединяют две заряженные области, используя разность потенциалов и создавая электрический ток.

Научно-технический энциклопедический словарь.

• СОЛК
• СОЛНЕЧНАЯ ПОСТОЯННАЯ

Смотреть что такое «СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ» в других словарях:

• Солнечная батарея — Солнечная батарея. Гелиоустановка с полупроводниковыми солнечными батареями в системе электроснабжения жилого дома. СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ, источник тока на основе полупроводниковых фотоэлементов; непосредственно преобразует энергию солнечной радиации …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

• СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ — (батарея солнечных элементов) устройство …   Физическая энциклопедия

• СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ — см. в ст. Солнечные элементы …   Большой Энциклопедический словарь

• солнечная батарея — Устройство для выработки электроэнергии в результате поглощения и преобразования солнечной радиации. Syn.: солнечный коллектор …   Словарь по географии

• Солнечная батарея — Дерево из солнечных панелей в Глайсдорфе Солнечная батарея бытовой термин, используемый в разговорной речи или ненаучной прессе. Обычно под термином «солнечная батарея» или «солнечная …   Википедия

• солнечная батарея — (батарея солнечных элементов), устройство, в котором происходит непосредственное преобразование солнечного излучения в электрическую энергию с помощью фотоэлементов. Солнечная батарея состоит из многих (до нескольких десятков и сотен тысяч)… …   Энциклопедия техники

• солнечная батарея — см. Солнечные элементы. * * * СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ, см. в ст. Солнечные элементы (см. СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ) …   Энциклопедический словарь

• солнечная батарея — saulės baterija statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. solar array; solar battery vok. Solarbatterie, f; Solarzellenbatterie, f; Sonnenbatterie, f rus. солнечная батарея, f pranc. batterie solaire, f; pile solaire, f …   Automatikos terminų žodynas

• солнечная батарея — saulės baterija statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Įtaisas, paverčiantis Saulės spinduliuotės energiją elektros energija. atitikmenys: angl. solar battery vok. Sonnenbatterie, f rus. солнечная батарея, f pranc.… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

• солнечная батарея — saulės baterija statusas T sritis chemija apibrėžtis Įrenginys, paverčiantis Saulės spinduliuotės energiją elektros energija. atitikmenys: angl. solar battery rus. солнечная батарея …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Что такое солнечная батарея? | SolarSoul.net ☀️

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

Структура фотоэлектрической установки

Солнечная батарея и фотоэффект

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

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

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

Основа для большинства солнечных батарей – кремний

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

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

Типы солнечных батарей

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

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

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

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

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

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

Немного видеоматериала о том как именно происходит процесс производства солнечной батареи

Что такое солнечная панель? Как работает солнечная панель?

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

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

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

Краткая история солнечных панелей

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

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

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

Как работают солнечные панели?

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

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

Преимущества солнечных панелей

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

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

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

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

Сколько стоят солнечные панели?

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

Где я могу купить солнечные батареи?

Ну, прямо здесь, на этом сайте, конечно!

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

Сохранить

Сохранить

Что такое солнечная энергия и как работают солнечные панели?

Перейти к разделу «Как работают солнечные панели»

Что такое солнечная энергия?

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

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

Как работает солнечная энергия?

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

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

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

Как погода влияет на солнечную энергию?

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

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

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

Получают ли одни государства больше солнечной энергии, чем другие?

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

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

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

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

Как работают солнечные панели?

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

Из чего сделаны солнечные панели?

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

Как солнечные панели вырабатывают электричество?

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

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

Электричество переменного тока

было выбрано для электросети США, в первую очередь потому, что его дешевле передавать на большие расстояния.Однако солнечные панели создают электричество постоянного тока. Как получить электроэнергию постоянного тока в сеть переменного тока? Используем инвертор.

Для чего нужен солнечный инвертор?

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

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

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

Как работает система солнечных батарей?

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

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

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

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

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

Похожие сообщения

Как работают солнечные панели? Объяснение науки о Солнце.

Все мы знаем, что солнечные фотоэлектрические (PV) панели преобразуют солнечный свет в полезное электричество, но мало кто знает настоящую науку, лежащую в основе этого процесса. На этой неделе в блоге мы поговорим о мельчайших подробностях науки о солнечной энергии. Это может показаться сложным, но все сводится к фотоэлектрическому эффекту; способность материи испускать электроны, когда купается в свете.

Прежде чем мы перейдем к молекулярному уровню, давайте кратко рассмотрим базовый процесс производства электроэнергии:

Основные этапы производства и передачи солнечной энергии

1. Солнечный свет попадает на солнечные панели и создает электрическое поле.
2. Произведенное электричество течет к краю панели и попадает в проводящий провод.
3. Проводящий провод подводит электричество к инвертору, где оно преобразуется из электричества постоянного тока в переменный ток, который используется для питания зданий.
4. Другой провод передает электроэнергию переменного тока от инвертора к электрической панели на участке (также называемой коробкой выключателя), которая распределяет электричество по всему зданию по мере необходимости.
5. Любая электроэнергия, которая не требуется при генерации, проходит через счетчик в коммунальную электрическую сеть.Поскольку электричество проходит через счетчик, он заставляет счетчик работать в обратном направлении, кредитуя вашу собственность за избыточную выработку.

Теперь, когда у нас есть базовое представление о генерации и потоке солнечной электроэнергии, давайте глубже погрузимся в науку, лежащую в основе солнечных фотоэлектрических панелей.

Наука о солнечных фотоэлементах

Солнечные фотоэлектрические панели состоят из множества небольших фотоэлектрических элементов — это означает, что они могут преобразовывать солнечный свет в электричество. Эти элементы сделаны из полупроводниковых материалов, чаще всего из кремния, материала, который может проводить электричество, сохраняя при этом электрический дисбаланс, необходимый для создания электрического поля.

Когда солнечный свет попадает на полупроводник в фотоэлементе (шаг 1 в нашем высокоуровневом обзоре), энергия света в форме фотонов поглощается, выбивая ряд электронов, которые затем свободно дрейфуют в элементе. Солнечный элемент специально разработан с положительно и отрицательно заряженными полупроводниками, зажатыми вместе, чтобы создать электрическое поле (см. Изображение слева для визуализации). Это электрическое поле заставляет дрейфующие электроны течь в определенном направлении — к проводящим металлическим пластинам, выстилающим ячейку.Этот поток известен как энергетический ток, и сила тока определяет, сколько электричества может произвести каждая ячейка. Как только незакрепленные электроны попадают в металлические пластины, ток направляется в провода, позволяя электронам течь, как в любом другом источнике генерации электричества (шаг 2 в нашем процессе).

Поскольку солнечная панель генерирует электрический ток, энергия течет по проводам к инвертору (см. Шаг 3 выше). В то время как солнечные панели вырабатывают электричество постоянного тока (DC), большинству потребителей электроэнергии требуется электричество переменного тока (AC) для питания своих зданий.Функция инвертора состоит в том, чтобы переключать электричество с постоянного тока на переменный, делая его доступным для повседневного использования.

После преобразования электричества в состояние, пригодное для использования (мощность переменного тока), оно отправляется от инвертора на электрическую панель (также называемую коробкой выключателя) [шаг 4] и распределяется по всему зданию по мере необходимости. Электричество теперь доступно для питания фонарей, бытовых приборов и других электрических устройств с помощью солнечной энергии.

Любая электроэнергия, которая не потребляется через блок выключателя, направляется в коммунальную сеть через счетчик коммунальных услуг (наш последний шаг, как описано выше).Счетчик коммунальных услуг измеряет поток электроэнергии из сети в вашу собственность и наоборот. Когда ваша солнечная энергетическая система производит больше электроэнергии, чем вы используете на месте, этот счетчик фактически работает в обратном направлении, и вам засчитывается излишек электроэнергии, произведенный в процессе чистого измерения. Когда вы используете больше электроэнергии, чем вырабатывает ваша солнечная батарея, вы получаете дополнительную электроэнергию из сети через этот счетчик, заставляя ее работать нормально. Если вы не полностью отключились от сети через решение для хранения, вам нужно будет вытащить часть энергии из сети, особенно ночью, когда ваша солнечная батарея не производит.Однако большая часть этой сетевой энергии будет компенсирована избыточной солнечной энергией, которую вы производите в течение дня и в периоды меньшего использования.

Хотя детали, лежащие в основе солнечной энергии, носят в высшей степени научный характер, не требуется ученого, чтобы рассказать о преимуществах, которые солнечная установка может принести бизнесу или владельцу недвижимости. Опытный разработчик солнечной энергии расскажет вам об этих преимуществах и поможет понять, подходит ли солнечное решение для вашего бизнеса.

Солнечная панель — Energy Education

Рисунок 1.Солнечная панель, состоящая из множества фотоэлектрических элементов. ^[1]

Солнечная панель или солнечный модуль является одним из компонентов фотоэлектрической системы. Они построены из серии фотоэлектрических элементов, собранных в панель. Они бывают различных прямоугольных форм и устанавливаются в комбинации для выработки электроэнергии. ^[2] Солнечные панели, иногда также называемые фотоэлектрическими батареями собирают энергию Солнца в виде солнечного света и преобразуют ее в электричество, которое можно использовать для питания домов или предприятий.Эти панели можно использовать для дополнения электричества здания или для обеспечения электроэнергией в удаленных местах.

Помимо жилого и коммерческого использования, солнечная энергия используется в крупных промышленных или коммунальных целях. В этом случае тысячи или даже миллионы солнечных панелей объединяются в обширную солнечную батарею или солнечную ферму, которая обеспечивает электричеством большие городские жители.

Из чего сделаны солнечные панели?

Главный компонент любой солнечной панели — это фотоэлемент.В частности, несколько солнечных элементов используются для создания одной солнечной панели. Эти клетки являются частью устройства, преобразующего солнечный свет в электричество. Большинство солнечных панелей изготовлено из солнечных элементов кристаллического кремниевого типа. ^[2] Эти элементы состоят из слоев кремния, фосфора и бора (хотя существует несколько различных типов фотоэлектрических элементов). ^[3] После изготовления эти ячейки выкладываются в виде сетки. Количество используемых ячеек во многом зависит от размера создаваемой панели, так как существует множество различных вариантов размеров. ^[2]

После размещения ячеек панель герметизируется для защиты ячеек внутри и покрывается неотражающим стеклом. Это стекло защищает солнечные элементы от повреждений и не является отражающим, чтобы солнечный свет все еще мог достигать элементов. ^[2] После герметизации эта панель помещается в жесткий металлический каркас. Эта рама предназначена для предотвращения деформации и включает дренажное отверстие для предотвращения скопления воды на панели, поскольку скопление воды может снизить эффективность панели.Кроме того, задняя часть панели также герметична, чтобы предотвратить повреждение. ^[2]

Как работают солнечные батареи

основная статья

Солнечные панели служат способом установки ряда солнечных элементов, чтобы их уникальные свойства можно было использовать для выработки электроэнергии. Отдельные клетки поглощают фотоны от Солнца, что приводит к выработке электрического тока в клетке за счет явления, известного как фотоэлектрический эффект. ^[3] Инвертор используется для преобразования постоянного тока, генерируемого солнечной панелью, в переменный ток. Вместе эти две технологии создают фотоэлектрическую систему. ^[3] При установке солнечной панели выбирается правильная ориентация, чтобы солнечная панель была обращена в направлении, наиболее подходящем для конкретного применения. Чаще всего это необходимо для получения максимальной годовой энергии, но не всегда.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

Что такое солнечные панели? Мы объясняем, как работает солнечная энергия.

Blog> Going Solar> Что такое солнечные панели?

23 июля 2018 г.

Солнечные панели используют солнечные лучи для выработки электричества, которое может обеспечить нашу жизнь.Узнайте больше об истории технологии солнечных батарей, о том, как солнечные панели преобразуют солнечный свет в электричество и как солнечная энергетическая система питает дом или бизнес.

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ТЕХНОЛОГИИ СОЛНЕЧНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Энергия солнца имеет решающее значение для всей жизни на Земле, и люди всегда находили способы использовать солнечную энергию. Солнечные фотоэлектрические (PV) технологии в том виде, в каком мы их знаем сегодня, используются с тех пор, как Bell Labs создала первый кремниевый элемент в 1953 году. К концу десятилетия эффективность солнечных элементов повысилась с 4% до 14% (источник: DOE) .

В последующие десятилетия отрасль солнечной энергетики расширилась. Солнечные технологии улучшились благодаря инвестициям в исследования и разработки. Федеральное правительство и правительства штатов создали нормативную базу для подключения солнечных батарей. Эта политика включала такие политики, как налоговые льготы, скидки и стандарты использования возобновляемых источников энергии.

К 1999 году совокупная установленная мощность солнечных батарей достигла 1 000 мегаватт (МВт). В 2000 году, когда астронавты устанавливали солнечные панели на Международной космической станции, Sandia Laboratories изобрели современный инвертор, который повысил безопасность системы во время перебоев в подаче электроэнергии.За почти два десятилетия с тех пор расходы на солнечные панели резко упали из-за инноваций в дизайне солнечных панелей и усовершенствований стеллажных систем, которые упростили и ускорили установку. По мере падения цен на солнечные панели количество установленных солнечных батарей во всем мире резко выросло. с чуть более одного МВт в 2000 году до более четырех гигаватт (ГВт) в 2017 году (источник: Википедия) .

Будущее инноваций в солнечной технологии, вероятно, будет сосредоточено на новых материалах помимо кремния или в дополнение к нему.Например, недавние открытия в области перовскитов могут привести к созданию панелей с более высокой эффективностью и способности покрывать различные поверхности солнечными батареями так же легко, как окраска или распыление.

Учитывая, что количество солнечного света, попадающего на Землю каждый час, достаточно, чтобы обеспечить электроэнергию всего земного шара в течение года, мы знаем, что потенциал солнечной энергии безграничен.

ЧТО ТАКОЕ СОЛНЕЧНАЯ ПАНЕЛЬ?

Солнечная панель — это набор фотоэлементов, которые поглощают солнечный свет и преобразуют его в электричество.Для большинства установок несколько солнечных панелей подключаются для создания солнечной батареи. Компоненты солнечной панели включают солнечные элементы, стеклянный корпус, задний лист, металлический каркас и кабели для передачи электроэнергии.

Солнечные элементы сделаны из кремния и состоят из положительного и отрицательного слоев для создания электрического поля, подобного батарее. Вот несколько забавных фактов о кремнии:

• Кремний (Si в периодической таблице) является металлоидным химическим элементом, что означает, что он обладает свойствами как металлов, так и неметаллов.
• Кремний — это полупроводник, проводимость которого находится между проводимостью изолятора и большинства металлов, что делает его полезным для большинства электронных схем.
• Более четверти земной коры состоит из кремния (по массе).
• Кремний — второй по распространенности элемент после кислорода.

Большинство солнечных панелей изготовлено из монокристаллического или поликристаллического кремния:

Монокристаллический кремний

• Пластины вырезаются из блока монокристалла кремния, а элементы образуют отличительную форму — маленькие черные квадраты с зазубринами на углах.
• Монокристаллические солнечные панели имеют более однородный внешний вид
• Эти панели лучше работают при высоких температурах и затененных условиях, что повышает их эффективность.

Поликристаллический (или мультикристаллический) кремний

• Фрагменты кремния плавятся вместе, образуя большую ячейку, которая обычно имеет многогранный синий цвет.
• Поликристаллические солнечные панели менее эффективны, но менее дороги.
• В процессе производства поликристаллических ячеек меньше отходов.

Солнечные элементы покрыты стеклянным кожухом, обычно сделанным из стекла с антибликовым покрытием для увеличения поглощения солнечного света и повышения эффективности солнечных панелей, и они защищены задним листом.

КАК РАБОТАЮТ СОЛНЕЧНЫЕ ПАНЕЛИ

Солнце испускает крошечные пакеты энергии, называемые фотонами, которые перемещаются на Землю. Когда фотоны попадают в солнечную батарею, они выбивают электроны из своих атомов. Если проводники присоединены к положительной и отрицательной сторонам ячейки, она образует электрическую цепь.Когда электроны проходят по цепи, они вырабатывают электричество.

Солнечные панели создают электричество постоянного тока (DC), цепь, в которой электроны текут в одном направлении (аналогично батарее, питающей лампочку).

Электроэнергия, которую мы используем сегодня из сети, включая наши светильники, бытовые приборы и устройства (все, что подключается к розетке), использует электричество переменного тока. С электричеством переменного тока электрический заряд может течь в разных направлениях.

Томас Эдисон разработал электричество постоянного тока, которое было стандартом в Соединенных Штатах до 1880-х годов.Никола Тесла считал, что переменный ток — лучшее решение, потому что его можно легко преобразовать в другое напряжение, что упрощает транспортировку на большие расстояния. Ситуация начала меняться, когда технология Tesla была выбрана для Всемирной выставки в Чикаго в 1893 году, и электричество переменного тока стало стандартом для электросетей в США. (источник: DOE) .

Таким образом, требуется инвертор для преобразования электроэнергии, вырабатываемой солнечными панелями, из постоянного в переменный ток. Затем переменный ток направляется на электрическую панель, где он может использоваться непосредственно в доме или на предприятии, подключаться к местной батарее и / или подключаться к электросети.

ТИПЫ ИНВЕРТОРОВ

Другой ключевой частью солнечной электроэнергетической системы является инверторная технология. Существует три основных типа инверторов:

• Струнный инвертор: Электроэнергия постоянного тока от всех панелей массива проходит через единственный инвертор, который затем подключается к вашей электрической панели. Струнные инверторы — это наименее дорогостоящее инверторное решение, но они могут затруднить оценку проблем с производительностью отдельных панелей.
• Микроинвертор: Микроинверторы прикреплены к задней части каждой отдельной панели. Они, как правило, дороже, но позволяют осуществлять мониторинг на уровне панели.
• Гибрид: Это промежуточное решение, сочетающее централизованный инвертор с оптимизаторами мощности на каждой панели. Оптимизаторы мощности — это технология преобразователя постоянного тока в постоянный, повышающая производительность за счет настройки выхода каждой панели в соответствии с инвертором. Эта технология призвана предложить некоторые из преимуществ микроинверторов в производительности системы, но при более низкой стоимости.

Инверторы предоставляют дополнительные функции помимо преобразования электрического тока для наших целей. Инверторы также обеспечивают защиту от замыканий на землю и предоставляют информацию о производстве энергии и отслеживании точки максимальной мощности.

КАК РАБОТАЮТ СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ

Вот пример того, как работает солнечная энергетическая система.

• Солнечный свет освещает солнечные батареи, установленные в вашем доме или офисе.
• Ваши солнечные панели преобразуют солнечную энергию в электричество.
• Электроэнергия течет по трубопроводу к инвертору.
• Инвертор преобразует электричество из постоянного в переменный ток.
• Это электричество затем поступает на ваш счетчик электроэнергии и используется для питания вашего дома или возвращается в электрическую сеть.

Когда солнце не светит, ваш дом продолжает получать электроэнергию от электросети. Если ваша система солнечных батарей вырабатывает больше электричества, чем вы потребляете в любой момент, это электричество потечет из вашего дома обратно в сеть.Многие коммунальные предприятия придерживаются политики чистых измерений, в соответствии с которой вы производите избыточную солнечную энергию.

Как работают солнечные панели?

Солнечные панели преобразуют солнечный свет, падающий на вашу крышу, непосредственно в электричество. Но как они на самом деле работают с вашей домашней электросистемой?

Давайте проследим путь солнечного луча к розетке.

Основным элементом солнечной панели является солнечный элемент, который состоит из двух слоев полупроводниковых пластин на основе кремния.Под воздействием фотонов на солнечном свете электроны в кремниевых пластинах активируются и выбиваются наружу. Это называется «фотоэлектрическим эффектом», поскольку он создает напряжение от фотонов — и, хотите верьте, хотите нет, этот эффект был открыт еще в 1839 году, а первый солнечный элемент был создан в 1884 году.

Конечно, со свободными электронами, которые летают сами по себе, ничего не поделаешь — им нужна организация. Солнечные элементы имеют положительно и отрицательно заряженные стороны (называемые катодом и анодом соответственно), что заставляет эти энергичные электроны течь в постоянном электрическом токе между ними по цепи.

Каждый солнечный элемент производит лишь крошечную долю энергии — несколько ватт — но сила есть в цифрах. Таким образом, десятки солнечных элементов объединяются в солнечные модули , которые, в свою очередь, упаковываются в солнечные панели с защитным стеклянным кожухом и изоляцией для обеспечения надежной работы.

Средняя солнечная панель для жилой системы может иметь пиковую мощность от 200 до 300 Вт — неплохо, но все же не очень много, если учесть, что одна лампа накаливания может потреблять 100 Вт сама по себе.

Таким образом, чтобы обеспечить значительную часть энергии, потребляемой вашим домом, типичная солнечная энергетическая система на крыше может включать около дюжины панелей и вырабатывать в общей сложности от 3 до 5 киловатт (от 3000 до 5000 ватт) электроэнергии. Солнечные панели устанавливаются на вашей крыше и расположены таким образом, чтобы максимально увеличить попадание прямых солнечных лучей, что обычно означает избегание тени (от деревьев или зданий) и ориентацию на юг.

Существует широкий выбор брендов солнечных панелей, в том числе множество хороших вариантов по разным ценам.Не существует единственной «лучшей» солнечной панели — вместо этого вы должны учитывать вашу конкретную ситуацию, включая ваш бюджет, доступное пространство на крыше и типичные погодные условия в месте вашего проживания.

Одной из наиболее важных характеристик солнечной панели является ее эффективность или то, насколько хорошо она преобразует солнечный свет в электричество. Как правило, эффективность современных домашних солнечных панелей составляет от 15 до 22 процентов — это может показаться не таким уж большим, но представляет собой значительное улучшение по сравнению с солнечными панелями десятилетней давности и может быть достаточным, чтобы сэкономить деньги на счетах за электроэнергию.

Как и большинство других вещей, вы получаете то, за что платите с точки зрения эффективности солнечных батарей — другими словами, вы можете рассчитывать на то, что заплатите больше за самые эффективные бренды. Но когда вы решаете, какая солнечная панель вам подходит, вы должны учитывать не только свой бюджет, но и доступное пространство на крыше. Если у вас много места, вы потенциально можете установить более менее эффективные солнечные панели и получить лучшее соотношение цены и качества; с другой стороны, если у вас ограниченное пространство на крыше, вы можете рассмотреть вариант установки меньшего размера с более эффективными панелями.

Еще одним важным фактором являются погодные условия в том месте, где вы живете. Если вы живете на северо-востоке, вам нужно выбрать солнечную панель с высоким рейтингом для снеговых нагрузок; Если вы живете в ветреной местности, вам понадобится солнечная панель с хорошим коэффициентом ветровой нагрузки. Эти рейтинги и другие проблемы, связанные с долговечностью, могут быстро стать техническими, но хороший установщик солнечных батарей сможет помочь вам сделать правильный выбор.

Mosaic предоставляет вам дополнительный уровень уверенности, работая с потрясающей сетью надежных подрядчиков, а также предоставляя ссуды только на комплекты высококачественного оборудования.

Итак, мы знаем, как солнечные панели вырабатывают электричество на вашей крыше — но как это электричество попадает в ваш дом? И как это все подключить к электросети?

Короткий ответ: инвертор. Для (немного) более длинного ответа требуется понимание разницы между мощностью постоянного и переменного тока.

Мощность постоянного тока (постоянного тока) течет только в одном направлении. Это имеет то преимущество, что является более стабильным и эффективным для передачи энергии, и Томас Эдисон отстаивал его как стандарт для общественных электрических сетей.Напротив, мощность переменного тока фактически меняет направление много раз в секунду; Никола Тесла и Джордж Вестингауз выступали за переменный ток, потому что он позволяет легко изменять уровень напряжения тока для различных целей — вверх для передачи на большие расстояния и высоковольтных линий электропередачи или вниз для безопасного использования в домашних условиях.

Борьба между Эдисоном, Теслой и Вестингаузом была настолько интенсивной, что она стала известна как Текущие войны, но сегодня мы достигли счастливого перемирия: наши электросети и домашние электросистемы работают на универсальном, безопасном источнике переменного тока и чувствительных электронных устройствах. например, компьютеры и светодиодные фонари используют трансформаторы для преобразования тока из розетки в более стабильный постоянный ток.

Электрический ток, который производят солнечные элементы, — это постоянный ток (просто представьте, как эти упорядоченные электроны движутся по линии через солнечный элемент), поэтому его необходимо преобразовать в мощность переменного тока, чтобы работать с вашей домашней электросистемой и более широкой сетью. Вот что делают инверторы: как трансформатор в обратном направлении, он «инвертирует» мощность постоянного тока в мощность переменного тока, которую вы можете использовать или отправить обратно в сеть.

Эта совместимость с сетью важна, потому что (по ряду причин) в большинстве домов, использующих солнечную энергию, солнечная энергия используется только для удовлетворения части своих потребностей в электроэнергии, полагаясь на местные коммунальные службы для резервного копирования, когда солнце не светит или если дополнительная мощность нужно.Благодаря магии инверторов электричество, производимое солнечными панелями, легко интегрируется в вашу существующую систему электроснабжения, поэтому вы можете использовать солнечную энергию, не беспокоясь о том, что ваш свет гаснет каждый раз, когда облако проходит над вами.

Существует два типа инверторов, обычно используемых в домашних солнечных энергетических системах: струнные инверторы и микроинверторы. Струнные инверторы более распространены, и они берут совокупную электроэнергию постоянного тока со всех ваших солнечных панелей и преобразуют ее в переменный ток в одной точке.Напротив, микроинверторы назначаются каждой отдельной солнечной панели и преобразуются в переменный ток на уровне панели.

В целом, инверторы цепочки менее дороги, но микроинверторы могут иметь преимущество в эффективности системы — особенно для установок, которые частично затенены или могут иным образом иметь различный выход от разных панелей. Если ваши панели подключены к однорядному инвертору, и одна или несколько панелей затенены или загорожены, ваш общий выход может пострадать больше, чем если бы у вас были микроинверторы для каждой панели.Ваш установщик должен помочь вам решить, что лучше всего подходит для вашей конкретной крыши.

Еще одна вещь об инверторах: если вы хотите использовать аккумуляторную батарею с вашей солнечной энергетической системой или думаете, что можете добавить ее в линию, вам понадобится «умный» или «гибридный» инвертор, способный разумно управлять потоком мощность от солнечных панелей к батарее в ваш дом. Это может добавить дополнительных затрат, но есть реальные преимущества — узнайте больше о хранении батарей (и финансировании батарей Mosaic) здесь.

Хотя солнечная энергия может показаться сложной технологией космической эры, солнечные энергетические системы на самом деле очень просты в обслуживании. В конце концов, здесь нет движущихся частей, поэтому вам не нужно беспокоиться об износе, а компоненты системы солнечной энергии рассчитаны на десятилетия.

Ваша главная задача — просто содержать солнечные панели в чистоте и очищать их от грязи, сажи и птичьего помета, которые могут снизить выработку энергии в вашей системе. Регулярный дождь может неплохо очистить панели, но вам, возможно, придется время от времени промывать их из шланга, если вы живете в засушливой части страны.

Если вы не можете очистить солнечные панели, не поднявшись на крышу самостоятельно, вам просто нужно регулярно проверять свою систему, чтобы убедиться, что она работает с максимальной эффективностью на протяжении всего срока службы. Вот почему некоторые установщики включают техническое обслуживание в свои пакеты домашних солнечных батарей.

Вот как вкратце работает домашняя солнечная энергия:

• Солнечный свет генерирует электричество внутри солнечных элементов за счет фотоэлектрического эффекта

• Десятки солнечных элементов объединены в солнечные панели, которые устанавливаются на вашей крыше

• Инверторы преобразуют мощность постоянного тока от солнечных панелей в мощность переменного тока, используемую в вашем доме

• Батарейки — если они у вас есть — накапливают электричество для использования при заходе солнца

• Обычно требуется небольшое техническое обслуживание или его полное отсутствие, но регулярный мониторинг и осмотры могут гарантировать, что ваши панели будут продолжать работать с максимальной эффективностью.

Мы надеемся, что эта информация придаст вам больше уверенности, когда вы думаете о самостоятельном использовании солнечной энергии.Солнечные фотоэлектрические системы могут без проблем работать с существующим домашним электроснабжением и снизить ежемесячные счета за коммунальные услуги. И Mosaic может помочь вам установить эти высокотехнологичные и экономящие деньги солнечные панели на вашу крышу без лишних затрат — нажмите здесь, чтобы узнать больше о финансировании вашей домашней солнечной системы.

Как работает домашняя солнечная система?

Хотя корни солнечной энергии восходят к 1700-м годам, фотоэлектрическая технология, которую мы все еще используем сегодня, пришла от Bell Labs в 1954 году. За относительно короткое время солнечные панели быстро эволюционировали и теперь предлагают повышенную эффективность при меньших затратах. ¹ Солнечная энергия теперь питает коммерческие здания, дома и даже Международную космическую станцию! ²

Хотя солнечные панели могут быть наиболее заметной частью домашней солнечной системы, между солнечными панелями и лампочкой или электроприбором в вашем доме есть несколько важных компонентов.

Из чего состоит домашняя солнечная система?

Типичная домашняя солнечная система состоит из следующих компонентов:

• Солнечные панели и стеллажи
• Инвертор
• Коммунальные и солнечные счетчики

Кроме того, домашние системы хранения на солнечных батареях и батареях могут включать в себя панель критических нагрузок, которая отделена от основного блока выключателя.

Панели солнечных батарей

Солнечные панели, также известные как фотоэлектрические (PV) панели или модули, поглощают солнечные лучи для питания вашего дома.

Солнечные панели состоят из кремниевых элементов, покрытых стеклом. Существует два основных типа, и разница между ними сводится к тому, как производится силикон для формирования ячеек внутри каждой панели.

• В случае монокристаллических панелей солнечные элементы изготавливаются из кремния, который формуют в длинные цилиндры, а затем разрезают на пластины.Название «монокристаллический» происходит от того, что в конструкции панелей этого типа используется монокристаллический кремний. В Sunnova мы используем монокристаллические панели.
• В случае поликристаллических панелей, вместо использования монокристалла кремния, несколько фрагментов кремния плавятся вместе, а затем распиливаются на куски, чтобы сформировать пластины панели. Отсюда и приставка «поли» — хотя поликристаллические панели также иногда называют «мультикристаллическими».

Монокристаллические и поликристаллические солнечные панели служат одной цели: преобразованию солнечной энергии в энергию.Однако монокристаллические панели имеют тенденцию быть более эффективными, чем поликристаллические панели, потому что электроны не сталкиваются с таким количеством границ.

Стеллаж для солнечных панелей

Хотя солнечные панели, возможно, являются наиболее ценным элементом любой домашней солнечной системы, монтажная система (также известная как стеллаж) — это то, что прикрепляет панели к крыше. В основном есть две конфигурации, и та, которую использует ваш установщик, будет зависеть от типа вашей крыши.

Если вы являетесь клиентом Sunnova, ваша домашняя солнечная система включает 10-летнюю гарантию на проникновение в крышу, связанную с установкой вашей домашней солнечной системы, для дополнительной уверенности.См. Гарантийное соглашение в вашем соглашении, чтобы ознакомиться с полными условиями и ограничениями гарантии.

Солнечные стеллажи, проникающие через крышу, используются с момента появления солнечной энергии. Этот тип монтажа требует, чтобы установщики просверлили отверстия в вашей крыше, чтобы закрепить стеллажную систему на месте.

• Солнечные стеллажи, проникающие в крышу, лучше подходят для традиционных или композитных кровель из асфальта.
• Установщики с хорошей репутацией позаботятся о герметизации пространства вокруг стеллажа для предотвращения утечек; они также должны предоставить вам гарантию на утечку.
• Некоторые установщики могут предложить варианты монтажа, которые крепятся непосредственно к вашей крыше, которые обычно быстрее устанавливаются и более эстетичны.

Инверторы

Инвертор преобразует электричество постоянного тока (DC) от ваших панелей в электричество переменного тока (AC), которое может использовать ваша бытовая техника. Доступны три основных типа инверторов, и лучший из них для вашего дома зависит от конфигурации вашей солнечной батареи:

• Струнные инверторы существуют дольше всех и обычно являются самым недорогим вариантом.Этот тип инвертора устанавливается на уровне земли. В цепном инверторе солнечные панели подключаются последовательно, то есть все солнечные панели подключены к инвертору и друг к другу. Если одна солнечная панель выйдет из строя, это, вероятно, приведет к снижению производительности других подключенных солнечных панелей.
Микроинверторы
• предлагают новейшие технологии и идеально подходят для сложных солнечных установок, таких как солнечные панели, которые обращены в разные стороны. Микроинверторы устанавливаются за каждой солнечной панелью или интегрируются непосредственно в солнечную панель.С микроинвертерами каждая солнечная панель будет работать независимо.
• Струнные инверторы с оптимизаторами постоянного тока представляют собой гибрид микроинверторов и струнных инверторов. Каждая панель подключена к оптимизатору постоянного тока, который работает с инвертором струны на уровне земли, что позволяет каждой панели работать независимо.

Ваш установщик поможет вам выбрать правильный тип инвертора и правильно установить его в соответствии с местными строительными и электрическими нормами.

Коммунальные и солнечные счетчики

Вы, вероятно, знакомы с традиционным счетчиком электроэнергии, который ваша коммунальная компания использует для измерения потребления энергии каждый месяц.Но когда вы переходите на солнечную энергию, вам нужно будет либо заменить свой традиционный счетчик, либо добавить второй, чтобы измерить, сколько солнечной энергии вы производите и отправить обратно в коммунальное предприятие.

У клиентов домашней солнечной системы Sunnova будет два счетчика:

• Ваш измеритель Sunnova будет измерять производство солнечной энергии в вашем доме.
• Ваш счетчик коммунальных услуг будет измерять, сколько электроэнергии вы используете и сколько солнечной энергии отправляете обратно в коммунальное предприятие. Если у вас есть более старый измеритель, вам нужно будет получить в коммунальном хозяйстве измеритель двойного направления.

Аккумулятор

Для большей энергетической независимости за счет хранения солнечной энергии и дополнительной безопасности резервного источника питания для основных приборов во время отключений сети ³ , подумайте о добавлении батареи в вашу домашнюю солнечную систему. Способ подключения вашей батареи к солнечной системе будет зависеть от типа батареи, которую вы используете.

• Соединение по постоянному току: инвертор, работающий от батарей, также известен как гибридный инвертор. Гибридом его делает то, что он используется как солнечными батареями, так и аккумулятором.Поскольку оба компонента работают от источника постоянного тока (его производят панели, а аккумулятор хранит как таковой), нет необходимости во втором инверторе специально для аккумулятора.
• Соединение по переменному току: Системы с соединением по переменному току имеют два инвертора: один для солнечных панелей и один для батареи. Это просто означает, что и ваши солнечные панели, и ваша батарея подключены к собственным инверторам для выработки полезной мощности переменного тока.

Панель критических нагрузок

Если вы являетесь клиентом Sunnova, у которого есть домашняя система хранения солнечных батарей + солнечная батарея, мы можем установить панель критических нагрузок как часть вашей домашней солнечной системы.Панель критических нагрузок содержит цепи от вашего главного выключателя, которые необходимы для питания во время отключения электроэнергии, например, определенные розетки и ваш холодильник.

Для большинства домовладельцев в Соединенных Штатах электричество от одной батареи не обеспечит питанием весь дом. Ваша батарея подключена к вашим критическим нагрузкам, поэтому большие или второстепенные нагрузки не разряжают вашу батарею.

Аккумулятор подключен к панели критической нагрузки.

• Пока светит солнце, ваша домашняя солнечная система обеспечивает энергией ваш дом, а избыточное производство солнечной энергии может заряжать вашу батарею или экспортировать ее в ваше коммунальное предприятие для чистых измерений. ⁴
• В зависимости от конфигурации батареи, ночью в вашем доме может быть питание от аккумулятора.
• Если ваша батарея находится в режиме только резервного питания, вы сможете использовать ее только во время отключения электроэнергии.
• Во время отключения электроэнергии ваша батарея будет питать только ваши критические нагрузки.3 Если есть солнце, ваши солнечные панели будут продолжать заряжать вашу батарею во время отключения электроэнергии.

Узнайте больше о наших предложениях для домашних солнечных батарей и солнечных батарей + накопители.Переход на солнечную энергию никогда не был таким простым!

1. Energy.gov
2. NASA.gov
3. Количество энергии, доступной от батареи во время отключения электроэнергии, ограничено, в зависимости от подключенных нагрузок, использования клиента и конфигурации батареи (т. Е. Батареи в определенных областях могут быть установлены чтобы обеспечить вам максимальную экономическую выгоду, которая может повлиять на объем доступной резервной мощности). Солнечные системы и / или батареи могут потребовать ремонта после погодных явлений, и такой ремонт может быть отложен из-за не зависящих от нас сил.Нет никаких гарантий, что солнечная система или аккумулятор всегда будут работать. Вы никогда не должны полагаться ни на один из них для обеспечения жизнеобеспечения или других медицинских устройств.
4. Sunnova не дает никаких гарантий в отношении кредита за чистую энергию, экспортируемую в электрическую сеть, и любой предоставленный кредит (в настоящее время или в будущем) может быть изменен или прекращен исполнительными, законодательными или нормативными актами.