Устройство солнечной батареи: Принцип работы и устройство солнечной батареи

Содержание

Принцип работы и устройство солнечной батареи

В профессиональных кругах панели, преобразующие солнечный свет в электроэнергию, называют фотоэлектрическими преобразователями, которые в разговорной речи или при написании понятных для широких масс статей принято называть солнечными батареями. Принцип работы этих устройств, первые рабочие экземпляры которых появились достаточно давно, на самом деле достаточно простой для понимания человеком, имеющим только знания со школьной скамьи.

Не секрет, что p-n переход может преобразовывать свет в электроэнергию. В школьных опытах нередко проводят эксперимент с транзистором со спиленной верхней крышкой, позволяющей свету падать на p-n переход. Подключив к нему вольтметр, можно зафиксировать, как при облучении светом такой транзистор выделяет мизерный электрический ток. А если увеличить площадь p-n перехода, что в таком случае произойдет? В ходе научных экспериментов прошлых лет, специалисты изготовили p-n переход с пластинами большой площади, вызвав тем самым появление на свет фотоэлектрических преобразователей, называемых солнечными батареями.

Принцип действия современных солнечных батарей сохранился, несмотря на многолетнюю историю их существования. Усовершенствованию подверглась лишь конструкция и материалы, используемые в производстве, благодаря которым производители постепенно увеличивают такой важный параметр, как коэффициент фотоэлектрического преобразования или КПД устройства. Стоит также сказать, что величина выходного тока и напряжения солнечной батареи напрямую зависит от уровня внешней освещенности, который воздействует на неё.

В структуре солнечной батареи используется p-n переход и пара электродов для снятия выходного напряжения

На картинке выше можно видеть, что верхний слой p-n перехода, который обладает избытком электронов, соединен с металлическими пластинами, выполняющими роль положительного электрода, пропускающими свет и придающими элементу дополнительную жесткость. Нижний слой в конструкции солнечной батареи имеет недостаток электронов и к нему приклеена сплошная металлическая пластина, выполняющая функцию отрицательного электрода.

Технология, по которой изготовлена солнечная батарея, влияет на её КПД

Считается, что в идеале солнечная батарея имеет близкий к 20 % КПД. Однако на практике и по данным специалистов сайта www.sun-battery.biz он примерно равен всего 10 %, при том, что для каких солнечных батарей больше, для каких то меньше. В основном это зависит от технологии, по которой выполнен p-n переход. Самыми ходовыми и имеющими наибольший процент КПД продолжают являться солнечные батареи, изготовленные на основе монокристалла или поликристалла кремния. Причем вторые из-за относительной дешевизны становятся все распространеннее. К какому типу конструкции солнечная батарея относится можно определить невооруженным глазом. Монокристаллические светопреобразователи имеют исключительно чёрно-серый цвет, а модели на основе поликристалла кремния выделяет синяя поверхность. Поликристаллические солнечные батареи, изготавливаемые методом литья, оказались более дешевыми в производстве. Однако и у поли- и монокристаллических пластин есть один недостаток — конструкции солнечных батарей на их основе не обладают гибкостью, которая в некоторых случаях не помешает.

Ситуация меняется с появлением в 1975 году солнечной батареи на основе аморфного кремния, активный элемент которых имеет толщину от 0,5 до 1 мкм, обеспечивая им гибкость. Толщина обычных кремниевых элементов достигает 300 мкм. Однако, несмотря на светопоглощаемость аморфного кремния, которая примерно в 20 раз выше, чем у обычного, эффективность солнечных батарей такого типа, а именно КПД не превышает 12 %. Для моно- и поликристаллических вариантов при всем этом он может достигать 17 % и 15 % соответственно.

Материал, из которого изготовлены пластины, влияет на характеристики солнечных батарей

Чистый кремний в производстве пластин для солнечных батарей практически не используется. Чаще всего в качестве примесей для изготовления пластины, вырабатывающей положительный заряд, используется бор, а для отрицательно заряженных пластин мышьяк. Кроме них при производстве солнечных батарей все чаще используются такие компоненты, как арсенид, галлий, медь, кадмий, теллурид, селен и другие. Благодаря ним солнечные батареи становятся менее чувствительными к перепадам окружающих температур.

Большинство солнечных батарей могут накапливать энергию, представляя собой системы

В современном мире отдельно от других устройств солнечные батареи используются все реже, чаще представляя собой так называемые системы. Учитывая, что фотоэлектрические элементы вырабатывают электрический ток только при прямом воздействии солнечных лучей или света, ночью или в пасмурный день они становятся практически бесполезными. С системами на солнечных батареях всё иначе. Они оборудованы аккумулятором, способным накапливать электрический ток днем, когда солнечная батарея его вырабатывает, а ночью, накопленный заряд может отдавать потребителям.

Солнечная система представляет собой совокупность солнечной батареи и аккумулятора

Для увеличения мощности, выходного напряжения и тока на основе солнечных батарей создаются панели, где отдельные элементы соединяются последовательно или параллельно.

Устройство солнечной батареи. Теория

Состав и устройство солнечной батареи, ее элементов определяют эффективность выработки энергии готовым изделием. В настоящее время, для генерации электрической энергии используются солнечные панели на основе кремния (с-Si, mc-Si & кремниевые тонкопленочные батареи), теллурида кадмия CdTe, соединения медь-индий (галлий)-селен Cu(InGa)Se2, а также концентраторные батареи на основе арсенида галлия (GaAs). Ниже будут даны краткие описания каждой из них.

Солнечные батареи основе кремния

Солнечные батареи (СБ) на основе кремния составляют на сегодняшний день порядка 85% всех выпускаемых солнечных панелей. Исторически это обусловлено тем, что при производстве СБ на основе кремния использовался обширный технологический задел и инфраструктура микроэлектронной промышленности, основной «рабочей лошадкой» которой также является кремний. В результате, многие ключевые технологии микроэлектронной промышленности такие как выращивания кремния, нанесения покрытий, легирования, удалось адаптировать для производства кремниевых батарей с минимальными изменениями и инвестициями.

Кроме того, кремний – один из самых распространенных элементов земной коры и составляет по разным данным 27-29% по массе. Таким образом, нет никаких физических ограничений для производства значительной доли электроэнергии Земли с имеющимися запасами Si.

Различают два основных типа кремниевых СБ – на основе монокристаллического кремния (crystalline-Si, c-Si) и на основе мультикристаллического (multicrystalline-Si, mc-Si) или поликристаллического. В первом случае используется высококачественный (и, соответственно, более дорогой) кремний выращенный по методу Чохральского, который является стандартным методом для получения кремниевых пластин-заготовок для производства микропроцессоров и микросхем. Эффективность СБ изготовленных из монокристаллического кремния составляет обычно 19-22%. Не так давно, фирма Panasonic заявила о начале промышленного выпуска СБ с эффективностью 24,5% (что вплотную приближается к максимально возможному теоретически значению ~30%).

Во втором случае для производства СБ используется более дешевый кремний произведенный по методу направленной кристаллизации в тигле (block-cast), специально разработанного для производства СБ. Получаемые в результате кремниевые пластины состоят из множества мелких разнонаправленных кристаллитов (типичные размеры 1-10мм) разделенных границами зерен. Подобные неидеальности кристаллической структуры (дефекты) приводят к снижению эффективности – типичные значения эффективности СБ из mc-Si составляют 14-18%. Снижение эффективности данных СБ компенсируется их меньшей ценой, так что цена за один ватт произведенной электроэнергии оказывается примерно одинаковой для солнечных панелей как на основе c-Siтак и mc-Si.

Тонкопленочные солнечные панели

Возникает вопрос – зачем разрабатывать другие типы модулей, если солнечные панели на основе моно- и мультикристаллического кремния уже созданы и показывают неплохие результаты? Очевидный ответ — чтобы добиться еще большего снижения стоимости и улучшения технологичности и эффективности, по сравнению с обычными c-Si и mc-Siсолнечными батареями.

Дело в том, что обычные кремниевые фотоэлектрические модули наряду с преимуществами, перечисленными выше, обладают и рядом недостатков. Кемний из-за своих особых электрофизических свойств (непрямозонный полупроводник) обладает довольно низким коэффициентом поглощения, особенно в области инфракрасных длин волн. Таким образом, толщина кремниевой пластины для эффективного поглощения солнечного излучения должна составлять довольно внушительные 100-300 мкм. Более толстые пластины означают больший расход материала, что ведет к удорожанию СБ.

В то же время, прямозонные полупроводники на вроде GaAs, CdTe, Cu(InGa)Se2, и даже некоторые модифицированные формы Si, способны поглощать требуемое количество солнечной энергии при толщине всего в несколько микрон. Открывается заманчивая перспектива сэкономить на расходных материалах, а также на электроэнергии, которой требуется значительно меньше для изготовления более тонкого слоя полупроводника. Еще одной положительной чертой СБ на основе вышеназванных полупроводников – в отличие от СБ на основе c-Si и mc-Si– является их способность не снижать эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую даже в условиях рассеянного излучения (облачный день или в тени).

Исследования СБ на основе теллурида кадмия (CdTe) начались еще в 1970х годах ввиду их потенциального использования в качестве перспективных для космических аппаратов. А первое широкое применение «на земле» подобные СБ нашли в качестве элементов питания карманных микрокалькуляторов.

Данные элементы представляют собой гетероструктуру из тонких слоев p-CdTe / n-CdS (суммарная толщина 2-8 мкм) напыленных на стеклянную подложку (основу). Эффективность современных фотоэлектрических элементов данного типа равняется 15-17%. Основным (и фактически единственным) производителем СБ на основе теллурида кадмия является американская фирма FirstSolar, которая занимает 4-5% всего рынка.

К сожалению, есть проблемы с обоими элементами входящими в состав соединения CdTe. Кадмий – это экологически вредный тяжелый метал, который требует особых методов обращения и ставит сложный вопросутилизации старых изделий. В виду этого, законодательство многих стран ограничивает свободную продажу гражданам СБ этого типа (строятся только масштабных солнечных электростанций под гарантии утилизации от фирмы производителя). Второй элемент – теллур, довольно редко встречается в земной коре. Уже в настоящее время более половины всего добываемого теллура идет на изготовление солнечных панелей, а перспективы нарастить добычу – довольно призрачны.

Солнечные батареи на основе соединения медь-индий (галлий)-селен Cu(InGa)Se2 (иногда обозначаются как CIGS) являются новичками на рынке солнечной энергетики. Несмотря на то, что начало исследований элементов этого типа было положено еще в середине 70х, в настоящее время коммерческий выпуск в боле-менее солидных масштабах ведет всего лишь фирма SolarFrontierKKиз Японии. Отчасти это связано с технически сложным и дорогим процессом изготовления, хотя в некоторых (удачных!) случаях их эффективность может достигать 20%.

Несмотря на отсутствие экологически вредных элементов в составе этого соединения, значительному расширению производства данных солнечных модулей в будущем угрожает дефицит индия. Ведутся исследования с целью заменить дорогой In на более дешевые элементы и может быть скоро появятся новые изделия на основе соединения Cu2ZnSn(S,Se)4.

Фотоэлектрические модули на основе аморфного кремния a-Si:H. Тонкопленочные солнечные батареи могут быть построены также и на основе хорошо известного кремния, если удастся каким-либо образом улучшить его способности к поглощению солнечного света. Применяются две основные методики:

— увеличить путь прохождения фотонов посредством многократного внутреннего переотражения;

— использовать аморфный кремний (a-Si), обладающий гораздо большим коэффициентом поглощения чем обычный кристаллический кремний (с-Si).

По первому пути пошла австралийская фирма CSGSolarLtd, разработавшая СБ с эффективностью 10-13% при толщине слоя кремния всего 1,5 мкм. По второму – швейцарская OerlikonSolar (которую сейчас перекупили японцы), создавшая комбинированные солнечные панели на основе слоев аморфного и кристаллического кремния a-Si / с-Si эффективность которых также составляет 11-13%. Своеобразной особенностью СБ из аморфного кремния является снижение эффективности их работы при понижении температуры окружающего воздуха (у всех остальных — наоборот). Так, фирма производитель рекомендует устанавливать данные модули в странах с жарким климатом.

Концентраторные солнечные модули

Наиболее совершенные и самые дорогие на сегодняшний день солнечные модули обладают эффективностью фотоэлектрического преобразования до 44%. Они представляют собой многослойные структуры из разных полупроводников последовательно выращенных друг на друге слой за слоем. Наиболее успешной является структура состоящая из трех слоев: Ge (нижний полупроводник и подложка), GaAsи GaInP. Благодаря тому, что в подобной комбинации каждый отдельный полупроводниковый слой поглощает наиболее эффективно свой определенный диапазон солнечного спектра (определяемый шириной запрещенной зоны полупроводника), достигается наиболее полное поглощение солнечного света во всем диапазоне длин волн, недостижимое для СБ состоящих из одного типа полупроводника. К сожалению, процесс изготовления подобных многослойных полупроводниковых слоев очень сложен технически и, как следствие, весьма дорог.

Если солнечные батареи стоят очень дорого, фокусировка солнечного излучения на меньшей площади СБ может применяться как эффективный способ снижения финансовых затрат. Например, собрав при помощи линзы солнечный свет с 10 см2 и сфокусировав его на 1 см2 солнечной батареи, можно получить тоже количество электроэнергии, что и от элемента площадью 10 см2 без концентратора, но экономя при этом целых 90% площади! Но при этом, набор подобных ячеек (солнечная батарея + линза) должен быть смонтирован на подвижной механической системе, которая будет ориентировать оптику в направлении солнца в то время как оно движется по небу в течении дня, что увеличивает стоимость системы.

В настоящее время экономически оправдано использовать подобные дорогие концентраторные солнечные модули только в тех странах и регионах земного шара, где круглый год имеется в достатке прямое солнечное излучение (рассеянное излучение не может быть сфокусировано линзой). Так, французская фирма-производитель концентраторных СБ SOITEC устанавливает свои СБ в Калифорнии, ЮАР, на юге Франции (Прованс), в Испании.

Органические солнечные батареи и модули фотосенсибилизованные красителем

Но есть и новый тип тонкопленочных солнечных батарей, такой как сенсибилизированные красителем солнечные элементы, которые работают на совершенно ином принципе, чем все модули рассмотренные выше, на принципе больше напоминающем фотосинтез у растений. Но их пока нет в коммерческой продаже.

Трушин М.В. Ph.D

Устройство и принцип работы солнечных батарей

Приветствую вас на сайте е-ветерок.ру — я не буду грузить вас ненужной информацией о структуре солнечных элементов и полупроводников, о том что они состоят из выращенных кристаллов кремния, которые являются кварцевым песком, прочей химией и физикой. Об этом вы можете почитать здесь О солнечных панелях Давайте сразу перейдём к конечному продукту и его характерристикам.

Солнечная батарея представляет из себя «пирог», который спекается при высокой температуре.

1. выкладывается рама из анодированного алюминия

2. вначале ложится специальная антибликовая плёнка

3. на неё ложится стекло (закалённое 4мм)

4. на стекло выкладывается специальная прозрачная плёнка (EVA)

5. сверху на плёнку укладываются предварительно распаянная цепочка из солнечных элементов

6. далее укладывается второй слой плёнки EVA

7. последний слой это непрозрачная белая плёнка

Этот пирог отправляют в печь, где всё это спекается — склеивается. Плёнка намертво расплавляется и прилипает к стеклу, элементы полностью герметизируются внутри, прикрываясь плотно к пленкам с обеих сторон.

8. после спекания присоединяется распределительная коробка

9. присоединяются провода

Солнечная батарея состоит из солнечных элементов, это фотоэлектрические модули (ФЭМ), их можно назвать ячейками. Ячейки в солнечной батарее соединяются последовательно, чтобы увеличить напряжение батареи до требуемого, так-как напряжение одной ячейки составляет всего 0,6V. А для зарядки 12-ти вольтового аккумулятора требуется как минимум 14 вольт. Но напряжение солнечного элемента зависит от освещённости, и чтобы напряжение даже в пасмурную погоду было выше 14 вольт, количество ячеек в батарее обычно равно 36. Напряжение холостого хода при этом 21.6 вольта. Бывают батареи с с другим количеством ячеек, для систем на 24 вольта изготавливаются солнечные панели на 72 ячейки, а так-же на 60 ячеек.

Один солнечный элемент выдаёт напряжение максимум 0,6 вольт, но достаточно большой ток. Например ячейка размером 156×156мм с эффективностью 17% даёт ток короткого замыкания порядка 9А. Максимальная мощность одного элемента будет при просадке напряжения до 0,47-0,50 вольт. Таким образом батарея состоящая из 36 элементов будет максимально эффективна при напряжении 17-18 вольт. При этом ток под нагрузкой будет составлять чуть более 8 Ампер, а мощность порядка 150 ватт.

Но если мы используем простой PWM контроллер зарядки АКБ, то напряжение будет равно текущему напряжению аккумулятора. А если напряжение достигнет 14 вольт, то контроллер будет отключать солнечную батарею чтобы аккумулятор не перезарядился. Это я к тому что при заряде напряжение солнечной панели не 17-18 вольт, а 13-14 вольт, а это значит что батарея выдаёт не всю свою мощность, так-как ток она даёт всего 8А, отсюда 14*8=112 ватт. Таким образом 30% энергии просто теряется.

Такую-же мощность (112 ватт) можно получить если бы в солнечной батарее было не 36 элементов, а 28 элементов. При солнце была-ба такая-же мощность что и с 36 элементов, да хоть с 72 элемента, так-как ток не может быть больше 8 ампер, а напряжение проседает до напряжения АКБ. Но тогда в пасмурную погоду не будет зарядки, так-как напряжение упадет и будет ниже напряжения АКБ. Только для стабильной зарядки ставят лишние 8 солнечных элементов в батареи. Чтобы снимать до 98% энергии с солнечной батареи ставят MPPT контроллеры, которые держат панель в точке максимальной мощности и получаемую энергию преобразуют снижая напряжение на выходе и повышая ток. Так на входе контроллера будет 18 вольт и 8А, а на выходе 14 вольт и 10 Ампер.

Выпускают солнечные батареи и на 60 элементов, напряжение холостого хода которых 36 вольт, они предназначены для АКБ на 24 вольта, или если соединить две последовательно то для систем на 48 вольт. Такие батареи получаются дешевле, но в пасмурную погоду отдача панелей ниже чем у панелей состоящих их 72 элемента, и если совсем пасмурно то зарядки не будет. Но хочу отметить что в пасмурную погоду мощность солнечных батарей падает в 15-20 раз. И например если при солнце вы получали 100 ватт*ч энергии, то при затянутом облаками небе вы получите всего порядка 5 ватт. Я думаю нет особого смысла переплачивать на 30% больше за солнечные батареи чтобы в пасмурную погоду иметь такое небольшое преимущество. Хотя лучше всего чтобы снимать 98% энергии использовать MPPT контроллер.

Многие спрашивают что лучше, монокристаллические батареи или поликристаллические?

Монокристаллические панели немного дороже так-как в их производстве ячеек используется кремний высокой очистки, до 100%, и процесс образования кристаллов происходит при 1300°. КПД монокристаллических панелей немного выше, и кристаллы в ячейках направлены строго параллельно, и однородны. От этого максимальный КПД только при прямых солнечных лучах, а при свечении под углом КПД значительно падает.

Поликристаллические ячейки производятся методом осаждения паров кремния при температуре 300°, и кристаллы усаживаются неравномерно, и направлены в разные стороны. Из-за этого ниже КПД, но они лучше работают при рассеянном свете, и высоких температурах.

Но разница совсем незначительна, и зависит от качества самих ячеек, их светочувствительности и других факторов. В итоге разница не превышает 5%, и это заметно только в пасмурную погоду. Или при очень острых углах падения солнечных лучей.

Устройство солнечной батареи — AltSolar

Что представляет собой солнечная батарея

Солнечная батарея — надежный источник энергии, который активно используется человеком. Сначала батареи прошли испытания в космосе, где доказали работоспособность. Затем изобретение стали использовать на Земле для подзарядки мобильных телефонов, электрокаров и промышленного оборудования.

Солнечная батарея привлекает людей за счет своей доступности и длительного срока эксплуатации. Конструкции доступны всем, ведь для их производства используют новые экономичные материалы. Однако все батареи делятся на виды:

по мощности вырабатываемого электричества — чем больше площадь панелей, тем выше мощность;
по типу фотоэлементов — фотохимические, органические и кремниевые.

Однако общая конструкция и тип работы у всех батарей схож.

Устройство батареи

Солнечная батарея — блок, в котором соединено определенное количество модулей. В них объединяются полупроводниковые фотоэлементы. Детали изготавливаются из разных материалов. Для промышленного использования, где нужно большое количество электроэнергии, выбирают кремний.

Фотоэлемент — тонкая панель из двухслойного кремния. Он представляет собой полупроводниковый переход. Когда на панель попадает солнечный свет, между двумя слоями кремния образуется вентильная фото-ЭДС. Возникает разница между потенциалами и током электронов.

Однако кремниевые панели неодинаковы: существуют моно- и поликристаллические элементы. Первые элементы состоят из чистого кремния без примесей и в основном используются для создания внутреннего слоя. Это одинаковые, разноразмерные многоугольники. Они дороже, однако и производительность у них значительно выше — порядка 20-25%.

Поликристаллические элементы — идеально ровные квадраты на верхнем слое. Их изготавливают с помощью поэтапного охлаждения кремния и добавления к нему посторонних материалов. Например, фосфора. Такой способ производства доступный, потому поликристаллы стоят меньше. За счет иного способа производства и структурой пластин коэффициент фотоэлектрического преобразования ниже — 15%.

Также существуют панели таких материалов:

аморфный кремний — позволяет вырабатывать самую дешевую электроэнергию, однако КПД материала самое низкое, 6-8%;
теллурид кадмия — для получения 11% электроэнергии;
полупроводник CIGS, включающий селен, индий, медь, галлий — среднее КПД батареи равно 15%.

Разница в составе панелей обеспечивает два типа проводимости — p-тип и n-тип.

Тыльная сторона пластины покрыта металлическим слоем. Вся конструкция защищена пластиком или стеклом, которые не позволяют внешним факторам (дождю, грязи) испортить батарею и вывести ее из строя.

Как работает солнечная панель

Когда на верхний слой кремниевой панели попадают лучи, на ней генерируется электронно-дырочные пары. В результате перехода электронов из одного слоя кремния в другой в цепи появляется напряжение: на одном слое появляется положительный источник тока, а на втором — отрицательный. Разность потенциалов обеспечивает беспрепятственное прохождение только электронов с n-слоя.

Когда фотоэлементы подключаются к аккумулятору, по всей конструкции непрерывно перемещаются электроны. В результате аккумулятор набирает заряд, которые потом передается электроприборам.

Так почему же КПД инновационных батарей даже при использовании монокремниевых фотоэлементов остается не 100%, а гораздо меньше? Все дело в фотоэлектрическом оттоке, который обеспечивают лишь те электроны, которые обладают более высокой энергией, нежели ширина специально выделенной зоны. Если энергия меньше, то электрон просто не участвует в процессе.

Обойти это физическое ограничение поможет использование многослойных конструкций. Там используются плиты с различной шириной и солнечный свет попадает сначала на самый широкий фотоэлемент. Поэтому в первую очередь поглощаются фотоны с наибольшей энергией.

Затем фотоны с меньшей энергией, которые были пропущены верхним слоем, попадают на следующий уровень. И батарея вновь преобразует их в энергию. Таким образом общая производительность может быть повышена до 35%.

Заключение

При довольно простом устройстве солнечные батареи способны вырабатывать электроэнергию, которая частично обеспечит работу бытовых и промышленных приборов. Однако пока даже современные батареи не могут стать полноценным и единственным источником энергии.

Монтаж и установка солнечных батарей для частного дома и дачи своими руками: инструкция- Обзор +Видео

Когда-то рассуждения о том, что электроэнергия будет бесплатной казались фантастическими выдумками. Но прошло время и развитие новых технологий в электроэнергетике привели к тому, что это стало реальностью.

Альтернативные источники энергии завоёвывают все большее количество сторонников по всей планете.

Среди них особой популярностью пользуются солнечные батареи, получившие широкое распространение как в производстве, так и в быту.

[contents]

Область применения

Солнечные батареи, или как их еще иногда называют солнечные панели могут применяться для обеспечения электричеством коттеджных поселков, дачных кооперативов, промышленных предприятий.

Очень эффективны они для санаторных комплексов, гостиниц, больниц, зданий, находящихся вдали от основных линий электропередач.

Можно сказать, что они нужны там, где есть потребность еще в одном источнике энергии и там, где есть возможность их установить. На данный момент солнечными батареями оснащают крыши зданий, домов, устанавливают их в пустынях и на поездах. Существую даже полностью автономные дома на солнечных батареях.

Производство солнечных батарей идет гигантскими темпами и лидерами в этой отрасли являются КНР, США. Германия, страны Персидского Залива, Западной Европы и Скандинавии.

Что такое солнечная батарея?

Это комплекс фотоэлектрических преобразователей, объединенных в систему. Преобразователи превращают энергию Солнца в электричество. Самые новейшие солнечные батареи способны работать с 40 % — ой отдачей. Чтобы достичь такого показателя необходимо соблюдение определённых параметров.

Комплексы батарей выгоднее всего монтировать в тех точках планеты, где количество солнечных и ясных дней является преобладающим, в России это южные районы- Краснодарский край, Сочи и другие.

Следует принимать во внимание географическую широту, на которой находятся здания. Приближаясь к полюсам, солнечная энергия утрачивает часть мощности и эффективность солнечных батарей будет недостаточной.

Если зимой там, где установлены комплексы батарей, достаточно безоблачных дней, они могут в значительной степени снизить нагрузку на коммунальные сети города и обеспечить часть зданий бесплатной энергией.

Виды солнечных батарей

Сейчас их классифицируют на 3 категории:

Тонкопленочные
Монокристаллические.
Поликристаллические.

Тонкопленочные батареи

Этот комплекс батарей сделан из тонких натянутых плёнок. Они без труда монтируются в практически всех доступных местах.

Защищены от воздействия песка и пыли и способны функционировать в различных неблагоприятных условиях. При наличии облаков их КПД снижается примерно на двадцать процентов. Стоимость их небольшая, но они требуют наличия значительного пространства для своего размещения.

Монокристаллические батареи

Эти батареи создают множества ячеек, которые потом наполняют силиконом. Из-за хорошей гидроизоляции данные батареи применяются даже на судах.

Их можно размещать и на кровлях зданий. Если нет возможности установить их на солнечную сторону кровли, где конечно же отдача от них будет более высокой, то можно устанавливать и на теневой стороне. Нужно учитывать и тот момент, что рассеянный солнечный свет будет менее эффективен.

Монокристаллические батареи отличаются малым весом, компактны. Они достаточно гибкие, надёжны при эксплуатации и служат длительное время. Монтаж таких батарей не вызывает затруднений.

Но у них есть и недостаток. При отсутствии солнечных лучей и облачности они перестают вырабатывать электрическую энергию.

Поликристаллические солнечные батареи

В ячейках этих солнечных батарей расположены кристаллы, направленные в самые разные стороны.

Благодаря этому панели могут улавливать рассеянный свет, и намного меньше зависят от прямого солнечного освещения.

Они знакомы очень многим благодаря иллюстрациям в журналах и в сети Интернет. Компании выпускают такие батареи в виде панелей синего цвета, которые очень эффектно и стильно смотрятся после установки. Стоят они немного дешевле и их можно устанавливать во многих местах. Ими можно освещать улицы городов, дома, учреждения.

Почему именно солнечные батареи?

Может возникнуть вопрос – а почему именно солнечные батареи, а не какие-нибудь еще источники энергии?

Пока светит Солнце, то и солнечные батареи будут вырабатывать электричество.
Такие батареи автономны. Им не нужны централизованные энергосистемы для подключения. Поэтому можно резко сократить расходы на содержание инфраструктуры в городах, на предприятиях и жилом фонде. Власть местных энергетических компаний снижается практически до нуля. Приобретается энергетическая независимость.
В отдаленные районы и городки прокладка кабеля будет стоить огромных денег. Гораздо более выгодно будет установить солнечные батареи. Расходы будут минимальные и нет нужны оплачивать услуги целой бригады монтажников – электриков.
Экологичность. Главный козырь данных батарей. Нет необходимости использовать дорогостоящие, и к тому же невозвратные ископаемые ресурсы. Фотоэлементы батарей не выбрасывают канцерогены, и не увеличивают количество углекислоты в атмосфере планеты. Нет никакой нужды вырубать огромные площади лесов и так пострадавших от деятельности человека.
Отсутствие лицензирования. Постановлений, требующих лицензирование получения электричества посредством таких батарей пока, еще не ввели в действие. Поэтому данным фактором следует воспользоваться, пока не ввели очередную пошлину.

Можно ли использовать солнечные батареи в частном секторе?

Солнечные батареи уже давно и с успехом применяют как корпорации и компании, так и владельцы своих домов. Цены на такую продукцию в России пока еще ниже чем у западных образцов. Насчёт качества это уже вопрос другой. Тем не менее, стоимость продукции с внедрением новых технологий постепенно снижается и солнечные батареи становятся доступными ля все более широкой категории потребителей. Производители солнечных батарей для дома предлагают их покупателям со сроком эксплуатации не менее 25 лет.

Насколько выгодно установить солнечные батареи своими руками для частного дома?

Схема установки

Необходимо вычислить, сколько солнечных дней обычно бывает там, где проживает потребитель. После этого нужно будет разделить стоимость оборудования на 25 лет и подсчитанные солнечные дни в году.

Тогда можно будет и вычислить, стоит ли устанавливать солнечные батареи для дома. Еще нужно будет рассчитать площадь необходимую для получения 1 Квт электричества в регионе вашего проживания.

Все эти данные предоставляют менеджера, продающие солнечные батареи. Кроме того, следует учесть период наибольшей солнечной активности.

Получение горячей воды с батарей

Следующих вопрос, который нужно решить, а для каких целей нужно электричество от солнечных батарей. Обычно оно, нужно для:

Освещение.
Получение горячей воды и отопление.
Работа бытовых приборов.

Чтобы подавать горячую воду, можно установить солнечный коллектор.

Стоит он недорого, да и сделать его можно самостоятельно. Он способен функционировать осенью и зимой. В своих домах уже достаточно давно применяют для подогрева воды емкости, функционирующие от энергии Солнца

Освещение дома солнечными батареями также решаемая задача в настоящий момент.

Аккумуляторы в подсобке дома

Здесь важно учесть такой важный момент, как замена аккумуляторов батарей. Зная сколько стоят обычные аккумуляторы для машин, можно будет рассчитать и стоимость обслуживания аккумуляторов для солнечных батарей. Кроме того, необходимо регулярно очищать поверхности батарей от пыли. Сколько нужно солнечных батарей для дома, решать уже нужно исходя из площади дома и целей применения батарей.

Таким образом, комплект солнечных батарей для дома может стоить как достаточно недорого, так и обойтись в круглую сумму.

Но технологии развиваются все быстрее и солнечные батареи для дома будут стоить все дешевле, и будут доступны очень многим потребителям.

Установить солнечные батареи своими руками достаточно просто, вам лишь понадобиться присоединить батареи к контроллеру, который будет передавать заряд к аккумуляторам и с помощью инвертора передавать электроэнергию уже в ваш дом. Удачной электроэнергии!

Солнечная батарея своими руками: пошаговый мастер-класс

Многие компании в интернете реализуют уже готовые собранные панели, которые напрямую подключаются к потребителю. Но, такие устройства имеют куда большую стоимость, чем отдельные элементы. В связи с особенностью климатического пояса полностью перейти на солнечную электроэнергию у вас вряд ли получится, поэтому и готовые солнечные батареи смогут окупиться только через 10 — 40 лет. Чтобы сэкономить на дорогостоящих заводских панелях, куда выгоднее приобрести фотоэлектрические модули, комплектующие к ним и заняться сборкой ячеек в единую солнечную батарею самостоятельно.

Какой вариант выбрать?

Первое, что вам нужно – приобрести фотоэлектрический преобразователь. Различные модели предлагаются как отечественными производителями, так и зарубежными. Наиболее дешевыми вариантами являются китайские кремниевые фотоэлементы. Они имеют ряд недостатков, но, в сравнении с американскими и отечественными, куда более дешевые. Все модели, в зависимости от типа, подразделяются на три вида:

монокристаллические модули – состоят из искусственно выращенных кристаллов достаточно больших размеров. Отличаются самым высоким КПД в 13 – 26% и самым длительным сроком эксплуатации в 25 лет. Недостатком солнечных батарей на их основе является снижение максимального КПД в течении периода эксплуатации.
поликристаллические фотоэлементы – в сравнении с предыдущими имеют куда меньший срок эксплуатации, как заявляет производитель – 10 лет. Также они могут выдать только 10 – 12% КПД, в с равнении с предыдущими, зато этот параметр остается постоянным для них в течении всего периода работы.
аморфные батареи – это пленочные батареи, в которых на гибкую основу нанесен аморфный кремний. Такие фотоэлементы появились сравнительно недавно и могут наклеиваться на любые поверхности – окна, стены и т.д. Они характеризуются самым низким КПД – 5 – 6%.

Выбор определенного типа зависит от ваших пожеланий и поставленных задач. К примеру, если количество солнечного излучения сравнительно невелико в вашем регионе, лучше устанавливать монокристаллические преобразователи, так как у них самый высокий КПД.

Подготовка инструментов и выбор материалов

Помимо преобразователей, для сборки полноценной солнечной панели вам понадобятся такие материалы:

Припой – для солнечной батареи необходимы легкоплавкие оловянные сплавы.
Соединительные провода – подбираются однопроволочные медные марки. Для соединения монокристаллических и поликристаллических пластин применяются голые проводники, а для отвода электроэнергии изолированные.
Рамка – создает основной каркас, в котором располагается вся солнечная батарея. Состоит из основания – ДСП, USB, фанеры и прочих, металлических или деревянных планок, уголков и саморезов для их соединения.
Стекло или полимерная пластина – создают защитный слой поверх монокристаллических пластин, также, в сочетании с рамой, служат для скрытия элементов от воздействия атмосферных осадков и механических воздействий.
Герметик – наилучшим материалом для герметизации является эпоксидный компаунд, но это достаточно дорогостоящее удовольствие, поэтому его можно заменить силиконовым герметиком.
Аккумуляторная батарея – предназначена для накопления электрической энергии в светлое время суток с целью дальнейшего использования. Экономить при выборе батареи не стоит, так как качественная модель прослужит гораздо дольше.
Инвертор – используется для преобразования постоянного напряжения в переменное. Преобразователь напряжения необходим для подключения к солнечной батареи любых бытовых приборов.

Из инструментов вам пригодиться ножовка, дрель, шуруповерт или обычная отвертка для закручивания саморезов, мультиметр или амперметр для определения работоспособности солнечной батареи, паяльник.

Составление проекта

На этапе подготовки проекта необходимо определить наиболее подходящее место для установки солнечной батареи. Определите, с какой стороны участка находиться больше всего солнечных лучей, не падает тень от деревьев и других построек. Место установки может быть на земле, скатах крыши, стенах или отдельно стоящих конструкциях. К примеру, если вы хотите установить солнечную батарею на крыше, следует убедиться, что конструкция выдержит ее вес.

Из-за того, что максимальная производительность моно- и поликристаллических ячеек обеспечивается исключительно при перпендикулярном попадании на них солнечных лучей, желательно собрать для них регулируемую конструкцию. Которая позволит изменять угол наклона солнечной батареи, в зависимости от времени года или даже времени суток. Так как положение источника света в различные периоды года и суток значительно отличаются (рисунок 1).

Рис. 1: зависимость положения солнца от времени года

Также обратите внимание, что в стационарно установленной батарее, к примеру, вырабатывающая в идеальных условиях 7 кВт/ч, утром и вечером будет вырабатыватся только 3 кВт/ч. Соответственно, при установке только в одном положении, батарея будет выдавать номинальную мощность лишь несколько месяцев в году. Если вы решите монтировать ее в стационарном положении, панели следует располагать под углом от 50 до 60º, для регулируемых устанавливается два предела – зимний в 70º и летний в 30º, а в промежуточный период, их наклоняют как стационарные.

Чтобы определить количество пластин, необходимо подсчитать, какой электрический ток или мощность генерирует одна из них или 1 м². Как правило, 1 м² выдает порядка 125 Вт, поэтому чтобы получить около 2,5 кВт для бытовых нужд, необходимо установить 20 м² панелей.

Порядок изготовления солнечной батареи

Элементы на поли- или монокристаллическом кремнии необходимо объединить в единую панель. Для этого осуществляется пайка контактов к проводникам. Порядок пайки следующий:

Оголенные проводники нарежьте одинаковыми отрезками под лекало, такой длины, чтобы она в два раза превышала размер элемента солнечной батареи. Рисунок 2: отмерьте проводники с помощью лекала
Выложите модули на ровную поверхность (секло, лист фанеры, стол и т.д.).
Очистите электрические контакты и полудите оловом, накладывать большое количество припоя сюда не нужно, достаточно слегка покрыть контакт. Рисунок 3: полудите контакты
Припаяйте заранее полуженные проводники к контактам, обратите внимание, что сильно придавливать пластины нельзя, так как они очень хрупкие. Рисунок 4: припаяйте провод к элементу
Замерьте ток от одного элемента с проводниками, это поможет подсчитать суммарную величину для всей батареи.

Если приобретенные вами элементы для солнечных батарей уже оснащены соединительными проводниками, этот этап можно пропустить и сразу переходить к изготовлению рамки.

Изготовление рамки

Рамка солнечной батареи представляет собой короб с невысокими бортами, который накрывается прозрачным стеклом. Для изготовления рамки:

Возьмите прямоугольный лист фанеры или ДСП такого размера, чтобы на нем могло располагаться нужное количество элементов. Просверлите в нем небольшие отверстия на расстоянии 10 см друг от друга для вентиляции. Рис. 5: просверлите отверстия для вентиляции
Приклейте по краю листа деревянные планки высотой не более 2 см, чтобы они не отбрасывали тень на солнечные приемники. Дополнительно прикрутите планки небольшими шурупами.
Вырежьте крышку из стекла или прозрачного полимера. Ее размеры должны соответствовать нижнему листу или быть меньше, в зависимости от того, поддается она сверлению или нет. Если крышку можно прикрутит шурупом, то размер может быть идентичен, если стекло может лопнуть при попытке сверления, сделайте его меньше на 0,5 – 1 см. Рис. 6: заготовьте крышку из стекла
Изготовьте из алюминиевого уголка прижимной каркас для верхней прозрачной крышки солнечной батареи, но пока ничего не прижимайте.

Рис. 7. соберите солнечную батарею

Постарайтесь подобрать материал для прозрачной крышки без бликов, иначе часть энергии солнца будет отражаться, что значительно снизит КПД. После того, как изготовите рамку, соберите солнечную батарею.

Изготовление модулей

Данный этап требует особой осторожности и внимания, поскольку на нем вы формируете электрическую цепь солнечной батареи. Если допустите прожоги или трещины, вы можете испортить не только какой-либо конкретный элемент, но и весь модуль, который в итоге придется переделывать.

Разместите солнечные коллекторы лицевой стороной на прозрачной крышке. Оптимально между элементами должно быть 3 – 5 мм, если этого трудно добиться с первого раза, можете сделать разметку на стекле. Рис. 8: разместите элементы
Аккуратно спаяйте выводы от каждого элемента «+» к «+», и «–» к «–». Плюсовые контакты должны располагаться на лицевой стороне, а минусовые на внутренней. Рис. 9: спаяйте выводы элементов

Все элементы соединяются последовательно сверху вниз, чтобы не раздавить нижние, когда будете паять. Вертикальные ряды припаяйте на общую шину.

Приклейте фотоэлементы к прозрачной крышке, для этого нанесите в центр элемента немного герметика и аккуратно придавите его. Следите, чтобы он располагался строго по разметке, рабочей поверхностью к стеклу, иначе переклеить потом будет проблематично. Рис. 10: приклейте элементы к стеклу
Просверлите в рамке отверстия для вывода плюсовой и минусовой шины солнечной батареи. В цепь батареи включите контроллер заряда, который предотвратит разряд заряда аккумулятора на солнечную батарею в темное время суток. Для этого подберите такие характеристики диодов, которые обеспечат полную блокировку цепи от обратного тока.
Зафиксируйте выводы солнечной батареи в отверстиях при помощи герметика и поместите в рамку. Рисунок 11: зафиксируйте провода герметиком

После того, как вы собрали батарею, проверьте ее работоспособность. Вынесите ее под солнечные лучи и замерьте величину тока на выводах.

Рис. 12: вынесите на улицу и проверьте мультиметром

Сравните это значение с ранее замеренной величиной для одного элемента солнечной батареи. Чтобы проверить правильность, умножьте количество элементов на ток от одного, если прибор показал такое значение или близкое к нему, солнечная батарея собрана правильно и ее можно герметизировать.

Для герметизации используются компаунды или силиконовые герметики, которые подходят для температуры ниже нуля. Для этого солнечную батарею можно как заливать полностью, так и нанести герметик только между модулями.

Рис. 13: залейте герметиком

Второй вариант более экономный, но первый обеспечит вам куда большую надежность и лучшую герметизацию. После герметизации сверху устанавливается умеренный пресс до полного застывания.

Рис. 14: установите умеренный пресс

До заливки вы можете установить демпфер из плотного поролона между фотоэлементами солнечной батареи и плитой из ДСП. Ширина поролона выбирается менее высоты борта, в рассматриваемом случае высота – 2 см, соответственно можно взять поролон 1,5 см в толщину. Готовые и проверенные батареи установите согласно составленного проекта и подключите к электрической сети дома через аккумулятор и инвертор.

Другие видео инструкции

Часто задаваемые вопросы о солнечных зарядных устройствах

1.Что такое солнечное зарядное устройство?

Зарядное устройство на солнечных батареях представляет собой несколько фотоэлементов, которые преобразуют энергию солнца в постоянный электрический ток.
Современное солнечное зарядное устройство имеет возможность заряжать как телефоны и планшеты, так и нетбуки, ноутбуки и аккумуляторы 12 В.
На данный момент на сегодняшнем рынке много разнообразных солнечных устройств различной мощности, емкости аккумуляторов и солнечных панелей от различных производителей.

2.Как работает солнечное зарядное устройство?

Если это солнечное зарядное устройство с аккумулятором, то при попадании на солнечную панель солнечных лучей, они преобразуются в энергию, тем самым заряжая встроенный аккумулятор, а уже аккумулятор заряжает устройства. Если это солнечная батарея без аккумулятора, то солнечные лучи попадают на солнечную батарею, преобразуются в энергию и напрямую заряжают устройства.

3.Из чего состоит солнечная зарядка?

Солнечная зарядное устройство с аккумулятором состоит из солнечной панели, встроенного аккумулятора,контроллера заряда/разряда, преобразователя, облаченные в металлический или резиновый корпус. Солнечная батарея без аккумулятора состоит из солнечных панелей, контроллера заряда/разряда, преобразователя, облаченных обычно в водонепроницаемую ткань.

4.Какую портативную технику можно зарядить с помощью солнечного зарядного устройства?

Солнечное зарядное устройство может зарядить: плеер, телефон, смартфон, фотоаппарат, планшет, нетбук, ноутбук и другие сопутствующие устройства.

5.Какие виды солнечных зарядок бывают?

Солнечные зарядки бывают 2-х видов: солнечная зарядка с аккумулятором (емкостью от 4000 mAh до 25000 mAh) и солнечная зарядка без аккумулятора (мощность солнечных панелей от 3 до 300 W). Также на рынке солнечных устройств можно встретить модель раскладного типа, но уже с аккумулятором — SP 8000 (5 Watt).

6.Можно ли ронять солнечную зарядку?

Солнечное зарядное устройство, как и любую другую технику, ронять не рекомендуется. Так как даже если в свойствах есть противоударная, то это означает, что меньше вероятности, что при случайном падении будут повреждения или это отразиться на ее техническом состоянии, но не исключает выхода ее из строя.

7.Почему зарядки с одинаковой мощностью имеют различную цену?

Такое может быть, если солнечные зарядные устройства выпущены различными производителями, тогда на цену влияет материал, качество сборки, реальная емкость аккумулятора, ценовая политика завода-изготовителя и другие свойства, за счет этого может отличаться цена.

8.Почему указанный выходной ток 1 А и 2,1 А не всегда выдает максимум?

Выходной ток, может отличаться от указанного, в связи с тем, что при заряде устройства, автоматически подбирается ток, необходимый для равномерной зарядки и затем он автоматически уменьшается, в период окончания заряда.

9.Можно ли сделать солнечную зарядку самому?

Сделать качественное солнечное устройство самому практически невозможно! Экономии нет, т.к. на опыте доказано, что по себестоимости всех деталей и аксессуаров солнечное зарядное устройство своими руками выходит дороже, чем купленное в интернет-магазине. Да и возможность использования, долговечность и качество заряда сводится также в нулю. Итог : если хотите иметь хорошее солнечное зарядное устройство, которое Вам долго прослужит, купить его можете в специализированных магазинах, где есть сертификат качества и гарантия.

10.Сколько встроенный аккумулятор может прослужить?

Среднее число полных циклов зарядов/разрядов составляет около 1000, после этого, аккумулятор постепенно начинает терять емкость, со временем емкость аккумулятора уменьшается на 15-20%. Под одним циклом следует понимать заряд от 0 до 100%, т.е. если Вы будете заряжать и разряжать устройство не полностью, оно прослужит в разы дольше.

11.Если возле портов солнечной зарядки, не указано, какой выходной ток в них, как это определить?

Если на портах не написано, какой выходной ток в устройстве, то как правило есть другие обозначения, например: порт А, порт В или нарисован 1 знак молнии или 2 знака молнии или порт 1 и порт 2. В таком случаи: порт А, 1 молния и порт 1 — выходной ток 1 А, а порт В, 2 молнии и порт 2 имеет выходной ток 2,1 А.

12.Всегда ли реальна емкость аккумулятора, указанная в описании?

В большинстве случаев емкость реальная, однако, у некоторых устройств мощность ниже, чем заявленная (в нашем-интернет магазине в обзорах товара, всегда указывается реальная емкость аккумулятора, после тестирования солнечного устройства нашими специалистами). Кроме того, стоить учитывать, что в процессе зарядки устройств: смартфона, планшета, ноутбука, происходят естественные потери, что может повлиять на снижение емкости аккумулятора от 10-15%.

13.Если одним из свойств зарядки является водонепроницаемость, что это значит?

Такое солнечное зарядное устройство более, чем другие зарядные защищено от попадания воды и влаги. Чаще всего, оно облачено в резиновый корпус, что позволяет с большей вероятностью защитить комплектующие от попадания воды и влаги, но не говорит о том, что полностью защитит внутреннее содержимое, если зарядка попадет под сильный дождь или намокнет в воде.

14. Почему солнечная зарядка заряжается от солнца долго?

Если брать в пример среднестатистические зарядки с мощностью панели 1,2-1,5 W и выходом 200-300 ma, то скорость зарядки от солнца от разряженного состояния до полного заряда составит около 25-40 часов. К сожалению, увеличить скорость зарядки с такими параметрами и карманным размером почти невозможно, так как для более быстрой зарядки нужна большая площадь, но тогда поместить ее в сумке и брать везде с собой будет сложно.

Есть несколько вариантом решения этого вопроса:
1. Можно к зарядке с аккумулятором подсоединить безаккумуляторную зарядку, которая сможет зарядить ее гораздо быстрее, так как у нее большая площадь поглощения лучей (раскладного типа). 2. Использовать такую зарядку для компенсации разряда, а не для полной зарядки.

15.Какие различия между поликристаллическим и монокристаллическим кремний?

Первое различие это внешний вид: поликристаллическая панель синяя, а монокристаллическая -черная.
Второе различие: эффективность поглощения и преобразования солнечных лучей в энергию. У поликристаллической панели эффективность 15-17%, а у монокристаллической 18-20%.

16.Сколько градусов выдерживают солнечные батареи?

В зависимости от производителя и типа солнечного зарядного устройства, максимальная температура + 45, минимальная —20. Существуют специальные модели, разработанные для экстремального климата, однако такие устройства обычно изготавливаются под заказ.

17.Если в зарядке 2 USB порта, можно ли заряжать от них одновременно?

Да, можно заряжать одновременно. Таким устройством можно одновременно зарядить два телефона или телефон и планшет.

18.Какие существуют способы зарядки солнечного устройства?

Есть три возможности заряда солнечного устройства: от сети 220 V, от USB-порта ноутбука, от солнца.

19.За сколько времени солнечная зарядка заряжается от солнца?

В зависимости от мощности солнечных панелей и емкости аккумулятора, от 12 до 50 часов.

20. За сколько времени можно зарядить различные устройства от солнечной батареи?

Если взять среднестатистические данные, то телефон можно зарядить за 1,5-2 часа, планшет за 2-4 часа.

21.Как правильно использовать солнечное зарядное устройство?

В начале эксплуатации, необходимо зарядить аккумулятор полностью от сети, потом в процессе эксплуатации, например, Вы подзаряжаете мобильный телефон (аккумулятор 2000 mAh), помещаете солнечное зарядное устройство на солнце и оно компенсирует этот разряд в течении 6-8 часов.

22.Как отличаются принципы работы солнечных зарядок с аккумуляторами и без аккумуляторов?

Солнечное зарядное устройство с аккумулятором перед использованием, необходимо зарядить от сети около 100% и в дальнейшем после заряда устройств, компенсировать выбранную емкость зарядкой от солнца.
Солнечное зарядное устройство без аккумулятора имеет другой принцип работы: для зарядки устройства, необходимо само солнечное зарядное разместить под солнечными лучами и подключить к нему устройство, которое Вы хотите зарядить и тем самым Вы обеспечите процесс заряда.

23.Как правильно хранить солнечное устройство?

Если Вы планируете долгое время, более 1 месяца, не использовать зарядное устройство, Вам необходимо зарядить встроенный аккумулятор на 60-70% и хранить его при комнатной температуре.

24. Можно ли разбирать солнечное зарядное устройство и в дальнейшем использовать элементы для зарядки устройств?

Солнечное зарядное устройство категорически не рекомендуется разбирать, т.к. при этом можно повредить элементы солнечной зарядки и корпус, также не рекомендуется использовать элементы устройства, т.к. разобранное и поврежденное устройство не предназначено для эксплуатации. После разбора устройства, оно автоматически снимается в гарантии.

25. Как мощность солнечных панелей влияет на зарядку солнечных устройств?

Скорость заряда встроенного аккумулятора или подключенных устройств напрямую зависит от мощности солнечных панелей. Например если панель мощностью 1,5 W, то ее ток 300 ma часов, если 5 W, то 900 ma, если 10 W, то 1500 ma. Т.е для зарядки к примеру смартфона с аккумулятором 2000 от солнечной панели 1,5 W понадобиться 7-8 часов, от 5 W — 2,5 часа, 10 W около 1,5 часов.

Как видно из приведенных данных, солнечные зарядки с панелями до 3 W подойдут только для компенсации разряда встроенного аккумулятора, а от 3W солнечные панели мощно использовать уже для быстрой зарядки напрямую от солнца.

26. Насколько эффективна работа солнечной зарядки в пасмурную погоду?

Эффективность заряда устройств в пасмурную погоду очень низкая — падает от 20 до 70%.

Для зарядки в пасмурную и в солнечную погоду важно правильно размещать солнечное зарядное устройство! Солнечная зарядка должна быть размещена соответственно углу падения солнечных лучей. Например, если солнце в зените, то зарядку необходимо разместить горизонтально. В остальное время солнечного дня, под углом около 40 градусов.

27. Какие солнечные зарядки лучше производства Китай или США?

Практически все солнечные зарядные устройство производятся в Китае, в том числе те, которые предназначены для продажи на внешних рынках (США, Европа). Китайские компании например RIPA, DBK не уступают по качеству зарядным устройствам для Американского рынка (Opteka, Poweradd).

28.Нужно ли разгонять аккумулятор или почему показатели емкости аккумулятора в начале работы солнечного устройства ниже?

Очень часто из-за большой емкости солнечных аккумуляторов, их нужно немного «разогнать» чтобы они вышли на реальную емкость. Для этого рекомендуется в начале эксплуатации 3-4 раза полностью разрядить и зарядить их до 100%.

29. Как проверить работает ли солнечная панель?

Если это сонечная панель без аккумулятора, Вам необходимо развернуть ее и вынести на открытую местность (на улицу). Затем, расположить перпендикулярно солнцу, чтобы солнечные лучи попадали непосредственно на всю площадь солнечной панели. После, Вам нужно подключить подходящее устройство, для зарядки от солнечной панели, например телефон и зарядка начнется.
Если это модель с аккумулятором, Вы также должны вынести его на открытую местность, где солнечным лучам ничего не препятствует, развернуть по направлению к солнцу и индикаторы заряда начнут мигать.

ЭТО ВАЖНО! Проверка СОЛНЕЧНОГО зарядного устройства от дневного света, в комнате, на балконе, от фонарика, лампочки, костра и т.д. считается недействительной!

30. Можно ли от солнечной панели зарядить ноутбук?

Да, конечно! Есть солнечные панели, которые способны зарядить ноутбук. Для ноутбука обычно подходят панели мощностью от 40 Watt и выше. Чтобы понять, какая мощность солнечной панели нужна Вашему ноутбуку, необходимо посмотреть указанное количество Watt на блоке питания. Это будет минимум который необходим вашему ноутбуку.

31. Как зарядить фотоаппарат от солнечной зарядки?

Все зависит от способа зарядки фотоаппарата. Если он заряжается через USB порт в обычной жизни, то вам подойдет практически любая солнечная зарядка с USB выходом. Достаточно просто с помощью кабеля подключить фотоаппарат и заряд начнется.
Если фотоаппарат заряжается через съемные аккумуляторы и специальное гнездо для них, то Вам нужна солнечная панель с DC выходом!
Если же ваш фотоаппарат заряжается только от сети, то вам подойдет комплект из солнечной панели и специального внешнего аккумулятора с выходом розетка. Вы дома, заряжаете внешний аккумулятор и берете с собой его и солнечную панель. В походе, например, от него заряжаете фотоаппарат, и по возможности подзаряжаете внешний аккумулятор от солнечной панели, чтобы он был всегда заряжен, если вам понадобится.

32. Сколько времени нужно, чтобы зарядить телефон от солнечной панели?

По времени телефон от солнечной панели (мощность солнечной панели от 14 Watt и выше) заряжается по времени, как от сети (розетки).

33. Можно ли зарядить автомобильный аккумулятор 12 V от солнечной панели?

На сегодняшний день есть солнечные панели с портом DC (12-18 V), от которых можно зарядить автомобильный или другой аккумулятор 12 V. Если Вы часто отправляетесь в кемпинг и вам нужно чтобы автомобильный аккумулятор не разрядился, пока машина будет стоять, вам хватит панели мощности 7-21 Watt. Если вы планируете заряжать автомобильный аккумулятор от 0 до 100%, тогда Вам нужна модель мощнее 28-100 Watt.

34. Как проверить солнечную батарею без солнца?

Без наличия прямых солнечных лучей проверить реальную работоспособность солнечной панели невозможно. Все проверки без солнца являются очень относительными и не предусматривают правильных выходных показателей.

35. Будет ли работать солнечная батарея через стекло?

Работоспособность солнечной панели через стекло возможна, но она является не очень эффективной, так как показатели значительно снижаются, из-за преломления стеклом солнечных лучей. Кроме того, работоспособность возможна только для солнечный панелей большой мощности 40 Watt и выше, так как за счет их площади им хватает солнечных лучей для осуществления подзарядки устройства. Также для зарядки через стекло, батарея должна плотно прилегать к стеклу и на нее должны обязательно попадать прямые солнечные лучи под правильным углом!

36. Как работают солнечные батареи в пасмурную погоду?

Эффективность работы солнечной панели падает от 30 до 80 % в зависимости от уровня освещенности (измеряется в люксах). Мощные и большие солнечные батареи работают лучше, чем небольшие, за счет своей площади, которая позволяет собрать больше солнечной энергии.

Если у Вас появились вопросы о солнечных зарядных устройствах, Вы можете задать их через почту Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. или через форму обратной связи jivosite, а также связаться с нашими специалистами по контактным телефонам.

Добавить отзыв

Основы солнечных фотоэлектрических элементов | Министерство энергетики

Кремний

Кремний, безусловно, является наиболее распространенным полупроводниковым материалом, используемым в солнечных элементах, составляя примерно 95% модулей, продаваемых сегодня. Это также второй по распространенности материал на Земле (после кислорода) и самый распространенный полупроводник, используемый в компьютерных микросхемах. Кристаллические кремниевые ячейки состоят из атомов кремния, соединенных друг с другом, чтобы сформировать кристаллическую решетку. Эта решетка обеспечивает организованную структуру, которая делает преобразование света в электричество более эффективным.

Солнечные элементы, изготовленные из кремния, в настоящее время обеспечивают сочетание высокой эффективности, низкой стоимости и длительного срока службы. Ожидается, что модули прослужат 25 или более лет, и по истечении этого срока все еще будут вырабатывать более 80% своей первоначальной мощности.

Тонкопленочная фотогальваника

Тонкопленочный солнечный элемент изготавливается путем нанесения одного или нескольких тонких слоев фотоэлектрического материала на поддерживающий материал, такой как стекло, пластик или металл. Сегодня на рынке представлены два основных типа тонкопленочных фотоэлектрических полупроводников: теллурид кадмия (CdTe) и диселенид меди, индия, галлия (CIGS). Оба материала можно наносить непосредственно на переднюю или заднюю поверхность модуля.

CdTe является вторым по распространенности фотоэлектрическим материалом после кремния, и элементы CdTe могут быть изготовлены с использованием недорогих производственных процессов. Хотя это делает их рентабельной альтернативой, их эффективность все еще не так высока, как у кремния. Ячейки CIGS обладают оптимальными свойствами для фотоэлектрического материала и высокой эффективностью в лаборатории, но сложность, связанная с объединением четырех элементов, делает переход от лаборатории к производству более сложным.И CdTe, и CIGS требуют большей защиты, чем кремний, чтобы обеспечить длительную работу на открытом воздухе.

Перовскитная фотогальваника

Перовскитные солнечные элементы представляют собой тип тонкопленочных элементов, названных в честь их характерной кристаллической структуры. Ячейки из перовскита состоят из слоев материалов, которые напечатаны, покрыты или нанесены вакуумным осаждением на нижележащий опорный слой, известный как подложка. Обычно их легко собрать, и они могут достигать эффективности, аналогичной эффективности кристаллического кремния.В лаборатории эффективность перовскитных фотоэлементов повышается быстрее, чем у любого другого фотоэлектрического материала, с 3% в 2009 году до более 25% в 2020 году. Чтобы быть коммерчески жизнеспособными, перовскитные фотоэлементы должны стать достаточно стабильными, чтобы выдержать 20 лет работы на открытом воздухе, поэтому исследователи работают над тем, чтобы сделать их более долговечными, и разрабатывают крупномасштабные и недорогие технологии производства.

Organic Photovoltaics

Органические фотоэлектрические элементы, или OPV, состоят из богатых углеродом (органических) соединений и могут быть адаптированы для улучшения определенных функций фотоэлектрических элементов, таких как ширина запрещенной зоны, прозрачность или цвет.Элементы OPV в настоящее время примерно вдвое менее эффективны, чем элементы из кристаллического кремния, и имеют более короткий срок службы, но могут быть дешевле в производстве в больших объемах. Их также можно наносить на различные вспомогательные материалы, такие как гибкий пластик, благодаря чему OPV может использоваться в самых разных областях. PV

Определение: Солнечный элемент | Информация об открытой энергии

Преобразует свет в электрическую энергию. Традиционные солнечные элементы изготавливаются из кремния; солнечные элементы второго поколения (тонкопленочные солнечные элементы) изготавливаются из аморфного кремния или некремниевых материалов, таких как теллурид кадмия; солнечные элементы третьего поколения производятся из множества новых материалов, включая солнечные чернила, солнечные красители и проводящие пластмассы.^[1] ^[2]

Определение Википедии

Солнечный элемент или фотоэлектрический элемент — это электрическое устройство, которое преобразует энергию света непосредственно в электричество с помощью фотоэлектрического эффекта, который представляет собой физическое и химическое явление. Это форма фотоэлемента, определяемого как устройство, электрические характеристики которого, такие как ток, напряжение или сопротивление, изменяются под воздействием света. Отдельные устройства солнечных элементов могут быть объединены в модули, также известные как солнечные панели.Обычный кремниевый солнечный элемент с одинарным переходом может производить максимальное напряжение холостого хода приблизительно от 0,5 до 0,6 вольт. Солнечные элементы описываются как фотоэлектрические, независимо от того, является ли источник солнечным или искусственным светом. Помимо выработки энергии, они могут использоваться в качестве фотодетекторов (например, инфракрасных детекторов), обнаружения света или другого электромагнитного излучения вблизи видимого диапазона или измерения интенсивности света. Для работы фотоэлементов требуются три основных атрибута:

Поглощение света, генерирующее электронно-дырочные пары или экситоны.
Разделение носителей заряда противоположных типов.
Отдельный вывод этих носителей во внешнюю цепь. Напротив, солнечный тепловой коллектор поставляет тепло, поглощая солнечный свет, с целью прямого нагрева или косвенного производства электроэнергии из тепла. «Фотоэлектролитическая ячейка» (фотоэлектрохимическая ячейка), с другой стороны, относится либо к типу фотоэлектрических элементов (например, разработанных Эдмондом Беккерелем и современных сенсибилизированных красителями солнечных элементов), либо к устройству, которое расщепляет воду непосредственно на водород и кислород, использующий только солнечное освещение., Солнечный элемент или фотоэлемент — это электрическое устройство, которое преобразует энергию света непосредственно в электричество с помощью фотоэлектрического эффекта, который представляет собой физическое и химическое явление. Это форма фотоэлемента, определяемого как устройство, электрические характеристики которого, такие как ток, напряжение или сопротивление, изменяются под воздействием света. Индивидуальные солнечные элементы часто являются электрическими строительными блоками фотоэлектрических модулей, известных в просторечии как солнечные панели. Обычный кремниевый солнечный элемент с одинарным переходом может производить максимальное напряжение холостого хода примерно 0.От 5 до 0,6 вольт. Солнечные элементы описываются как фотоэлектрические, независимо от того, является ли источник солнечным или искусственным светом. Помимо выработки энергии, они могут использоваться в качестве фотодетекторов (например, инфракрасных детекторов), обнаружения света или другого электромагнитного излучения вблизи видимого диапазона или измерения интенсивности света. Для работы фотоэлемента требуется три основных атрибута:
Поглощение света с образованием электронно-дырочных пар или экситонов.
Разделение носителей заряда противоположных типов.
Отдельный вывод этих носителей во внешнюю цепь. Напротив, солнечный тепловой коллектор поставляет тепло, поглощая солнечный свет, с целью прямого нагрева или косвенного производства электроэнергии из тепла. «Фотоэлектролитическая ячейка» (фотоэлектрохимическая ячейка), с другой стороны, относится либо к типу фотоэлектрических элементов (например, разработанных Эдмондом Беккерелем и современных сенсибилизированных красителями солнечных элементов), либо к устройству, которое расщепляет воду непосредственно на водород и кислород, использующий только солнечное освещение., Солнечный элемент или фотоэлемент — это электрическое устройство, которое преобразует энергию света непосредственно в электричество с помощью фотоэлектрического эффекта, который представляет собой физическое и химическое явление. Они являются одним из самых экологически чистых источников энергии. Это форма фотоэлемента, определяемого как устройство, электрические характеристики которого, такие как ток, напряжение или сопротивление, изменяются под воздействием света. Индивидуальные солнечные элементы часто являются электрическими строительными блоками фотоэлектрических модулей, известных в просторечии как солнечные панели.Обычный кремниевый солнечный элемент с одинарным переходом может производить максимальное напряжение холостого хода приблизительно от 0,5 до 0,6 вольт. Солнечные элементы описываются как фотоэлектрические, независимо от того, является ли источник солнечным или искусственным светом. Помимо выработки энергии, они могут использоваться в качестве фотодетекторов (например, инфракрасных детекторов), обнаружения света или другого электромагнитного излучения вблизи видимого диапазона или измерения интенсивности света. Для работы фотоэлемента требуется три основных атрибута:
Поглощение света с образованием электронно-дырочных пар или экситонов.
Разделение носителей заряда противоположных типов.
Отдельный вывод этих носителей во внешнюю цепь. Напротив, солнечный тепловой коллектор поставляет тепло, поглощая солнечный свет, с целью прямого нагрева или косвенного производства электроэнергии из тепла. «Фотоэлектролитическая ячейка» (фотоэлектрохимическая ячейка), с другой стороны, относится либо к типу фотоэлектрических элементов (например, разработанных Эдмондом Беккерелем и современных сенсибилизированных красителями солнечных элементов), либо к устройству, которое расщепляет воду непосредственно на водород и кислород, использующий только солнечное освещение., Солнечный элемент или фотоэлемент — это электрическое устройство, которое преобразует энергию света непосредственно в электричество с помощью фотоэлектрического эффекта, который представляет собой физическое и химическое явление. Это форма фотоэлемента, определяемого как устройство, электрические характеристики которого, такие как ток, напряжение или сопротивление, изменяются под воздействием света. Индивидуальные солнечные элементы часто являются электрическими строительными блоками фотоэлектрических модулей, известных в просторечии как солнечные панели. Обычный кремниевый солнечный элемент с одинарным переходом может производить максимальное напряжение холостого хода примерно 0.От 5 до 0,6 вольт. Солнечные элементы описываются как фотоэлектрические, независимо от того, является ли источник солнечным или искусственным светом. Помимо выработки энергии, они могут использоваться в качестве фотодетекторов (например, инфракрасных детекторов), обнаружения света или другого электромагнитного излучения вблизи видимого диапазона или измерения интенсивности света. Для работы фотоэлемента требуется три основных атрибута:
Поглощение света с образованием электронно-дырочных пар или экситонов.
Разделение носителей заряда противоположных типов.
Отдельный вывод этих носителей во внешнюю цепь. Напротив, солнечный тепловой коллектор поставляет тепло, поглощая солнечный свет, с целью прямого нагрева или косвенного производства электроэнергии из тепла. «Фотоэлектролитическая ячейка» (фотоэлектрохимическая ячейка), с другой стороны, относится либо к типу фотоэлектрических элементов (например, разработанных Эдмондом Беккерелем и современных сенсибилизированных красителями солнечных элементов), либо к устройству, которое расщепляет воду непосредственно на водород и кислород, использующий только солнечное освещение., Солнечный элемент или фотоэлемент — это электрическое устройство, которое преобразует энергию света непосредственно в электричество с помощью фотоэлектрического эффекта, который представляет собой физическое и химическое явление. Это форма фотоэлемента, определяемого как устройство, электрические характеристики которого, такие как ток, напряжение или сопротивление, изменяются под воздействием света. Индивидуальные солнечные элементы часто являются электрическими строительными блоками фотоэлектрических модулей, NTMNTMNTM BOOBS, в просторечии называемых солнечными панелями. Обычный кремниевый солнечный элемент с одинарным переходом может производить максимальное напряжение холостого хода примерно 0.От 5 до 0,6 вольт. Солнечные элементы описываются как фотоэлектрические, независимо от того, является ли источник солнечным или искусственным светом. Помимо выработки энергии, они могут использоваться в качестве фотодетекторов (например, инфракрасных детекторов), обнаружения света или другого электромагнитного излучения вблизи видимого диапазона или измерения интенсивности света. Для работы фотоэлемента требуется три основных атрибута:
Поглощение света с образованием электронно-дырочных пар или экситонов.
Разделение носителей заряда противоположных типов.
Отдельный вывод этих носителей во внешнюю цепь. Напротив, солнечный тепловой коллектор поставляет тепло, поглощая солнечный свет, с целью прямого нагрева или косвенного производства электроэнергии из тепла. «Фотоэлектролитическая ячейка» (фотоэлектрохимическая ячейка), с другой стороны, относится либо к типу фотоэлектрических элементов (например, разработанных Эдмондом Беккерелем и современных сенсибилизированных красителями солнечных элементов), либо к устройству, которое расщепляет воду непосредственно на водород и кислород, использующий только солнечное освещение.

Определение Reegle

Солнечный элемент преобразует солнечный свет непосредственно в электрическую энергию., Солнечный элемент или фотоэлектрический элемент — это электронное устройство большой площади, которое преобразует солнечную энергию в электричество за счет фотоэлектрического эффекта. Фотогальваника — это область технологий и исследований, связанных с применением солнечных элементов в качестве солнечной энергии. Кремниевые солнечные элементы являются наиболее распространенным типом солнечных элементов, кремний является одним из наиболее часто встречающихся элементов, но его обработка энергоемкая и дорогая.

Также известен как: Фотоэлемент

Связанные термины: Солнечная энергия, фотогальваника, энергия, производство электроэнергии

Список литературы

↑ http://www.nrel.gov/learning/re_photovoltaics.html
↑ http://www1.eere.energy.gov/solar/solar_glossary.html#photovoltaic_panel

Устройство, объединяющее солнечную батарею и батарею, может хранить электроэнергию вне сети — ScienceDaily

Ученые из США и Саудовской Аравии объединили возможности солнечной батареи и батареи в одном устройстве — «солнечной батарее». который впитывает солнечный свет и эффективно сохраняет его в виде химической энергии для дальнейшего использования по требованию.Их исследование, опубликованное 27 сентября в журнале Chem , может сделать электричество более доступным в отдаленных регионах мира.

Хотя солнечный свет становится все более привлекательным в качестве чистого и обильного источника энергии, у него есть одно очевидное ограничение — в день бывает не так много солнечного света, а некоторые дни намного солнечнее, чем другие. Чтобы солнечная энергия оставалась практичной, это означает, что после преобразования солнечного света в электрическую энергию ее необходимо хранить. Обычно для этого требуются два устройства — солнечная батарея и батарея, но проточная солнечная батарея рассчитана на работу обоих.

«По сравнению с отдельными устройствами преобразования солнечной энергии и электрохимическими накопителями энергии, объединение функций отдельных устройств в единое интегрированное устройство могло бы быть более эффективным, масштабируемым, компактным и экономичным подходом к использованию солнечной энергии», — говорит Сон Джин. , профессор химии Университета Висконсин-Мэдисон. Джин и его команда разработали устройство в сотрудничестве с Jr-Hau He, профессором электротехники в Университете науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST) в Саудовской Аравии.

Проточная солнечная батарея имеет три различных режима. Если энергия нужна сразу, она может действовать как солнечный элемент и немедленно преобразовывать солнечный свет в электричество. В противном случае устройство может поглощать солнечную энергию днем и хранить ее в виде химической энергии, чтобы доставить ее позже в виде электричества, когда наступает ночь или небо становится облачным. При необходимости устройство также можно заряжать электрической энергией, как и обычный аккумулятор. Самая последняя модель проточной солнечной батареи, созданная командой, способна накапливать и доставлять электричество из солнечной энергии более эффективно, чем любое другое интегрированное устройство, существующее в настоящее время.

Джин считает, что проточная солнечная батарея может помочь преодолеть ограничения электрической сети, сделав электричество более доступным для людей, живущих в сельской местности, и предоставив альтернативный источник энергии в случае выхода из строя традиционных электрических систем.

«Эти интегрированные проточные солнечные батареи будут особенно подходящими в качестве распределенных и автономных систем преобразования и хранения солнечной энергии в удаленных местах и обеспечат практическую автономную электрификацию», — говорит Джин.

Производство текущих солнечных батарей по-прежнему слишком дорого для реальных рынков, но Джин считает, что более простые конструкции, более дешевые материалы для солнечных элементов и технологические достижения могут помочь сократить расходы в будущем. И хотя текущая модель сравнительно довольно эффективна, у команды есть планы по дальнейшему совершенствованию ее конструкции. Часть напряжения нынешнего устройства по-прежнему тратится — это означает, что ученым, возможно, придется настроить окислительно-восстановительные компоненты и материалы фотоэлектродов, которые работают в тандеме, чтобы преобразовать входную солнечную энергию в электрическую.Но Джин считает, что при дальнейших исследованиях вскоре могут появиться на практике солнечные батареи.

«Мы считаем, что в конечном итоге сможем достичь эффективности 25%, используя новые солнечные материалы и новую электрохимию», — говорит Джин. «В этом диапазоне эффективности, без использования дорогих солнечных элементов, он должен быть вполне конкурентоспособным с другими технологиями возобновляемой энергии. Тогда я думаю, что коммерциализация возможна».

История Источник:

Материалы предоставлены Cell Press . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

солнечных элементов: руководство по теории и измерениям

Солнечный элемент — это устройство, преобразующее свет в электричество посредством «фотоэлектрического эффекта». Их также часто называют «фотоэлектрическими элементами» в честь этого явления, а также для того, чтобы отличить их от солнечных тепловых устройств. Фотоэлектрический эффект — это процесс, который происходит в некоторых полупроводниковых материалах, таких как кремний. На самом базовом уровне полупроводник поглощает фотон, возбуждая электрон, который затем может быть извлечен в электрическую цепь с помощью встроенных и приложенных электрических полей.

Из-за возросшего в последние годы стремления к увеличению количества возобновляемых источников энергии, солнечная энергия становится все более популярной. В 2012 году общее глобальное потребление энергии составило примерно 559 ЭДж (эксаджоулей, x10 ¹⁸). Между тем, общая годовая солнечная энергия, выпадающая на сушу Земли, оценивается в 1 575 — 49 837 ЭДж. Очевидно, что Солнце дает более чем достаточно энергии для удовлетворения глобальных потребностей в энергии. Следовательно, возможно, у солнечной энергии гораздо больший потенциал для удовлетворения наших потребностей в энергии, чем у других возобновляемых источников.

Содержание

Общая теория

Основным компонентом солнечного элемента является полупроводник, так как он преобразует свет в электричество. Полупроводники могут выполнять это преобразование благодаря структуре их электронных энергетических уровней. Уровни энергии электронов обычно делятся на две группы: «валентная зона» и «зона проводимости». Валентная зона содержит самые высокие занятые уровни энергии электронов, тогда как зона проводимости содержит самые низкие незанятые уровни энергии электронов.Разница в энергии между верхней частью валентной зоны и нижней частью зоны проводимости известна как «запрещенная зона» (E _g). В проводнике отсутствует запрещенная зона, так как валентная зона не заполнена полностью, что позволяет электронам свободно перемещаться через материал. Изоляторы имеют очень большие запрещенные зоны, которые требуют большого количества энергии для пересечения — и, как таковые, препятствуют перемещению электронов из валентной зоны в зону проводимости. Напротив, запрещенная зона в полупроводниках относительно мала, что позволяет некоторым электронам перемещаться в зону проводимости, выделяя небольшое количество энергии.

Рисунок 1: Энергетические зоны для металлов, изоляторов и полупроводников.

Эта небольшая запрещенная зона позволяет некоторым полупроводникам генерировать электричество с помощью света. Если фотон, падающий на полупроводник, имеет энергию (E _γ), превышающую ширину запрещенной зоны, он будет поглощен, что позволит электрону перейти из валентной зоны в зону проводимости. Этот процесс известен как «возбуждение». Теперь, когда электрон находится в зоне проводимости, в валентной зоне остается незанятое состояние.Это известно как «дырка» и ведет себя как частица, аналогичная электрону в зоне проводимости (хотя и с положительным зарядом). Из-за их противоположного заряда возбужденные электрон и дырка кулоновски связаны в состоянии, известном как «экситон». Этот экситон должен быть расщеплен (также известный как «диссоциация»), прежде чем носители заряда можно будет собрать и использовать. Энергия, необходимая для этого, зависит от диэлектрической проницаемости (ε _r) материала. Это описывает уровень экранирования между зарядами в полупроводниковом материале и влияет на энергию связи экситона.

Рисунок 2: Основная работа солнечного элемента. а) фотон поглощается полупроводником, б) электрон продвигается из валентной зоны в зону проводимости, оставляя дырку в валентной зоне. c) Электрон и дырка транспортируются к электродам для сбора.

В материалах с высоким значением ε _r экситоны имеют низкие энергии связи, что позволяет диссоциации происходить термически при температуре окружающей среды. Экситоны в материалах с низкими значениями ε _r имеют высокие энергии связи, предотвращая термическую диссоциацию, поэтому требуется другой метод диссоциации.Распространенный метод состоит в том, чтобы доставить экситон к границе раздела между материалами с энергетическими уровнями, которые имеют смещение больше, чем энергия связи экситона. Это позволяет электрону (или дырке) переходить на другой материал и диссоциировать экситон.

Рисунок 3: Работа солнечного элемента для материала с низкой диэлектрической проницаемостью. а) Фотон поглощается материалом 1, образуя экситон. б) Экситон диффундирует к границе раздела с материалом 2, имеющим смещенные уровни энергии. Здесь в) электрон (или дырка) переходит в материал 2, и экситон расщепляется.г) Наконец, заряды переносятся на электроды.

После диссоциации свободные заряды диффундируют к электродам ячейки (где они собираются) — этому способствуют встроенные и приложенные электрические поля. Встроенное электрическое поле устройства возникает из-за относительных уровней энергии материалов, из которых состоит ячейка. Однако происхождение встроенного поля зависит от типа используемого полупроводника. Для неорганических полупроводников, таких как кремний, к полупроводнику часто добавляют другие материалы (процесс, известный как легирование), чтобы создать области с высокой (n-тип) и низкой (p-тип) электронной плотностью.Когда эти области соприкасаются, заряды будут накапливаться по обе стороны от границы раздела, создавая электрическое поле, направленное от области n-типа к области p-типа. В устройствах, в которых используются органические полупроводники, встроенное поле возникает из-за разницы между работой выхода электродов устройства.

Размер запрещенной зоны также очень важен, поскольку он влияет на энергию, которую может собирать солнечный элемент. Если E _γ> E _g, то фотон будет поглощен, и любая энергия, превышающая E _g, будет использоваться для продвижения электрона на энергетический уровень выше минимума зоны проводимости.Затем электрон релаксирует вниз до минимума зоны проводимости, что приведет к потере избыточной энергии. Однако, если E _γ g , то фотон не будет поглощен, что снова приведет к потере энергии. (Обратите внимание, длина волны фотона уменьшается с увеличением его энергии).

Таким образом, при рассмотрении солнечного спектра можно увидеть, что слишком большое значение E _g приведет к тому, что значительное количество фотонов не будет поглощаться. С другой стороны, слишком низкий E _g означает, что большое количество фотонов будет поглощено, но значительное количество энергии будет потеряно из-за релаксации электронов к минимуму зоны проводимости.Благодаря этому компромиссу можно рассчитать теоретическую максимальную эффективность стандартного фотоэлектрического устройства, а также оценить оптимальную ширину запрещенной зоны для фотоэлектрического материала. Шокли и Кайссер определили теоретический максимум эффективности примерно 33% в 1961 году, что соответствует ширине запрещенной зоны 1,34 эВ (~ 930 нм).

Рисунок 4: Спектральная освещенность и поток фотонов Солнца. Зеленая линия представляет длину волны, соответствующую оптимальной энергии запрещенной зоны (~ 930 нм).Данные предоставлены Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии, Голден, Колорадо.

Характеристика

Солнечный спектр

Характеристики солнечного элемента определяют, насколько хорошо он работает при солнечном освещении. Спектр Солнца примерно соответствует спектру черного тела с температурой 5780 К. Его пик приходится на видимый диапазон и имеет длинный инфракрасный хвост. Однако этот спектр не используется для определения характеристик, поскольку свет должен проходить через атмосферу Земли (которая поглощает значительную часть солнечного излучения), чтобы достичь поверхности.Вместо этого отраслевым стандартом является AM1.5G (глобальная воздушная масса 1,5), средний глобальный спектр солнечного излучения после прохождения через 1,5 атмосферы. Это имеет плотность мощности 100 мВт.см ^-2 и эквивалентно средней солнечной радиации в средних широтах (например, в Европе или США).

Рисунок 5: Солнечный спектр AM0 и AM1.5. Данные любезно предоставлены Национальной лабораторией возобновляемой энергии, Голден, Колорадо.

Кривые IV солнечной батареи

Ключевой характеристикой солнечного элемента является его способность преобразовывать свет в электричество.Это известно как эффективность преобразования энергии (PCE) и представляет собой отношение мощности падающего света к выходной электрической мощности. Чтобы определить PCE и другие полезные показатели, выполняются измерения вольт-амперной характеристики (IV). Когда солнечный элемент находится под освещением, к нему прикладывается серия напряжений. Выходной ток измеряется на каждом шаге напряжения, в результате чего получается характерная «ВАХ», которую можно увидеть во многих исследовательских работах. Пример этого можно увидеть ниже на рисунке 6 вместе с некоторыми важными свойствами, которые можно определить по измерению IV.Следует отметить, что обычно плотность тока (J) используется вместо тока при характеристике солнечных элементов, поскольку площадь элемента будет влиять на величину выходного тока (чем больше элемент, тем больше ток).

Выполните свои собственные измерения с помощью испытательной системы I-V солнечных батарей

Характеристики солнечного элемента
Низкая стоимость
Простота использования

Узнать больше

Рисунок 6: Типичная ВАХ солнечного элемента, построенная с использованием плотности тока, с выделением плотности тока короткого замыкания (Jsc), напряжения холостого хода (Voc), тока и напряжения при максимальной мощности (JMP и VMP соответственно), точки максимальной мощности (PMax) и коэффициент заполнения (FF).

На рисунке выделены следующие свойства:

J _MP — Плотность тока при максимальной мощности
В _MP — Напряжение при максимальной мощности
P _Max — Максимальная выходная мощность (также называемая максимальной точкой мощности)
J _sc — Плотность тока короткого замыкания
V _oc — Напряжение холостого хода

PCE можно рассчитать по следующей формуле:

Здесь P _out (P _in) — выходная (входная) мощность элемента, FF — коэффициент заполнения, а J _sc и V _oc — плотность тока короткого замыкания и разомкнутого напряжение цепи соответственно.

Плотность тока короткого замыкания — это плотность тока фотогенерируемой ячейки при отсутствии приложенного смещения. В этом случае только встроенное электрическое поле внутри ячейки используется для приведения носителей заряда к электродам. На этот показатель влияют:

Поглощающие характеристики фотоактивного слоя
Эффективность генерации, транспортировки и извлечения заряда

Напряжение холостого хода — это напряжение, при котором приложенное электрическое поле нейтрализует встроенное электрическое поле.Это устраняет всю движущую силу для носителей заряда, что приводит к нулевой генерации фототока. На этот показатель влияют:

Уровни энергии фотоактивных материалов
Рабочие функции электродных материалов
Скорость рекомбинации носителей заряда

Коэффициент заполнения — это отношение фактической мощности элемента к тому, какой была бы его мощность, если бы не было последовательного сопротивления и бесконечного сопротивления шунта (объяснено позже). В идеале это значение как можно ближе к 1 и может быть рассчитано с помощью следующего уравнения:

Здесь J _MP и V _MP — плотность тока и напряжение элемента при максимальной мощности соответственно.

Приблизительные значения последовательного и шунтирующего сопротивлений могут быть рассчитаны по обратному градиенту кривой JV ячейки при V _oc и J _sc соответственно.

Солнечный элемент — это диод, поэтому электрическое поведение идеального устройства можно смоделировать с помощью уравнения диода Шокли:

Здесь J _ph — плотность фотогенерированного тока, J _D — плотность тока диода, J ₀ — плотность тока насыщения в темноте (плотность тока, протекающего через диод при обратном смещении в темноте), V — напряжение, а T — температура.Последние два символа, e и k _B, представляют собой элементарный заряд (1,6 x 10 ^-19 C) и постоянную Больцмана (1,38 x 10 ^-23 м ² .kg.s ^-2 .K ^-1) соответственно. Однако на самом деле ни одно устройство не является идеальным, и поэтому уравнение необходимо изменить, чтобы учесть возможные потери, которые могут возникнуть:

Здесь n — коэффициент идеальности диода, а все остальные символы имеют прежнее значение. Используя это уравнение, можно смоделировать солнечный элемент, используя эквивалентную принципиальную схему, которая показана ниже:

Рисунок 7: Эквивалентная схема солнечного элемента, символы соответствуют символам в модифицированном уравнении диода Шокли.

Последовательное сопротивление (R _s) учитывает сопротивления, которые возникают из-за энергетических барьеров на границах раздела и объемных сопротивлений внутри слоев. В идеале это минимизируется, чтобы предотвратить потери эффективности из-за повышенной рекомбинации носителей заряда. Это может быть достигнуто за счет обеспечения хорошего выравнивания уровня энергии материалов, используемых в солнечном элементе.

Шунтирующее сопротивление (R _sh) учитывает существование путей переменного тока через фотоэлектрический элемент.В отличие от последовательного сопротивления, в идеале оно должно быть как можно большим, чтобы предотвратить утечку тока через эти альтернативные пути.

Выполняйте собственные измерения с помощью системы измерения кривой I-V Ossila

Быстро и точно
Отслеживание срока службы в метрической системе
Компактный

Узнать больше

Типы солнечных батарей

Существует несколько типов солнечных элементов, которые обычно делятся на три поколения.Первое поколение (известные как обычные устройства) основано на кристаллическом кремнии, хорошо изученном неорганическом полупроводнике. Второе поколение — это тонкопленочные устройства, которые включают материалы, которые могут создавать эффективные устройства с тонкими пленками (в диапазоне от нанометров до десятков микрометров). Третье поколение — это развивающиеся фотоэлектрические технологии — технологии, которые все еще находятся в стадии исследования для коммерциализации.

Первое и второе поколения содержат наиболее изученные фотоэлектрические материалы: кремний, арсенид галлия, теллурид кадмия и селенид галлия, индия и индия.Все эти материалы являются неорганическими полупроводниками и обычно работают самым прямым образом: фотон поглощается, создавая экситон, который термически диссоциирует (неорганические полупроводники обычно имеют высокие диэлектрические постоянные) и впоследствии переносится к электродам посредством электрического поля.

Первое поколение

Рисунок 8: Кремниевые солнечные панели.

Поскольку кремний является наиболее изученным материалом, он может обеспечить одни из самых высоких характеристик (с максимальной эффективностью 25.3%) и был первым материалом, попавшим на коммерческий рынок. Таким образом, в большинстве солнечных панелей в качестве фотоактивного материала используется кремний. Ширина запрещенной зоны кремния составляет 1,1 эВ, что обеспечивает широкое поглощение солнечного излучения. Однако это ниже оптимальной ширины запрещенной зоны (1,34 эВ), что приводит к потерям энергии при поглощении фотонов высокой энергии. Кроме того, запрещенная зона является косвенной, что снижает эффективность поглощения и, следовательно, требует относительно толстых слоев для эффективного сбора солнечного света. Как и все неорганические материалы, кремний имеет высокую диэлектрическую проницаемость 11.7 — с учетом термического разделения носителей заряда после генерации.

Второе поколение

Арсенид галлия

Рисунок 9: Солнечные панели из арсенида галлия на марсоходе Spirit. Изображение NASA / JPL-Caltech / Cornell.

Арсенид галлия (GaAs) может похвастаться наивысшими характеристиками среди фотоэлектрических материалов, достигающими 28,8%. Это связано с тем, что GaAs имеет прямую и более благоприятную ширину запрещенной зоны 1,43 эВ, что приводит к улучшенному поглощению за счет более тонких слоев и уменьшению потерь энергии.Кроме того, GaAs обладает лучшими электронно-транспортными свойствами по сравнению с кремнием. Однако его производство очень дорогое, поскольку требует высокой чистоты материала, что обычно ограничивает его применение в космосе (например, спутники и вездеходы).

Теллурид кадмия

Теллурид кадмия (CdTe) — это высокоэффективная тонкопленочная фотоэлектрическая технология, эффективность которой составляет 22,1%. CdTe имеет такую же ширину запрещенной зоны, что и GaAs при 1,44 эВ, что дает ему те же преимущества, что и в GaAs, — хорошее поглощение в тонких пленках и низкие потери энергии фотонов.Этот материал также может быть гибким, иметь очень низкую стоимость, и он позволяет производить коммерческие солнечные панели, которые дешевле кремния с гораздо более коротким временем окупаемости энергии (хотя и с более низкой эффективностью). Несмотря на эти преимущества, есть некоторые проблемы — кадмий очень токсичен, а теллур очень редко, что делает долгосрочную жизнеспособность этой технологии на данный момент сомнительной.

Селенид галлия, индия, меди

Селенид меди, индия, галлия (CIGS) продемонстрировал характеристики, аналогичные характеристикам устройств на основе CdTe, с пиковым значением 22.6%. Соединение имеет химическую формулу CuInxGa (1-x) Se2, где x может принимать значение от 0 до 1. Эта возможность настройки химической структуры позволяет изменять ширину запрещенной зоны материала в пределах 1,0 эВ (x = 1, чистая медь селенид индия) и 1,7 эВ (x = 0, чистый селенид меди-галлия). Однако, как и элементы на основе GaAs, производство CIGS связано с большими затратами, что приводит к созданию солнечных панелей, которые не могут конкурировать с современными коммерческими технологиями. Кроме того, как и теллур, индий встречается очень редко, что ограничивает долгосрочный потенциал этой технологии.

Третье поколение

Третье поколение фотоэлектрических элементов, также известных как развивающиеся фотоэлектрические технологии, включает сенсибилизированные красителем, органические и перовскитные солнечные элементы.

Сенсибилизированный красителем

Рисунок 10: Структура и работа сенсибилизированного красителем солнечного элемента. Фотоны поглощаются красителем, и генерируемые электроны и дырки переносятся на оксидный каркас и электролит соответственно, где они транспортируются к соответствующим электродам.

Сенсибилизированные красителем солнечные элементы (DSSC) используют органические красители для поглощения света.Эти красители наносятся на оксидный каркас (обычно оксид титана), который погружают в жидкий электролит. Красители поглощают свет, и возбужденный электрон переносится на оксидный каркас, в то время как отверстие переносится на электролит. Затем носители заряда можно собрать на электродах. Эти элементы менее эффективны, чем неорганические устройства, но потенциально могут быть намного дешевле, производимые посредством печати с рулона на рулон, полугибкие и полупрозрачные. Однако все еще существуют проблемы с использованием жидкого электролита из-за температурной стабильности (потенциально может замерзать или расширяться), использования дорогих материалов и летучих органических соединений.

Органический

В органических солнечных элементах (ОСЭ) в качестве фотоактивных материалов используются органические полупроводниковые полимеры или небольшие молекулы. На сегодняшний день с помощью этой технологии достигнут КПД 11,5%. Эти клетки работают аналогично неорганическим устройствам. Однако органические полупроводники обычно имеют низкие диэлектрические постоянные, что означает, что генерируемый экситон не может быть термически диссоциирован. Вместо этого экситон должен транспортироваться к границе с материалом, у которого смещение уровня энергии больше, чем энергия связи фотона.Здесь электрон (или дырка) может перейти в другой материал и расщепить экситон, позволяя собирать носители заряда (как показано на рисунке 3). Поскольку экситоны обычно могут диффундировать только примерно на 10 нм до рекомбинации электрона и дырки, это ограничивает толщину, структуру и, в конечном итоге, производительность органического фотоэлектрического элемента. Несмотря на это, эти устройства обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с неорганическими устройствами, в том числе: низкая стоимость материалов, легкий вес, сильные и настраиваемые характеристики поглощения, гибкость и возможность изготовления с использованием методов печати с рулона на рулон.В настоящее время органические материалы страдают от проблем со стабильностью, связанных с фотохимической деградацией.

Перовскит

Перовскитные солнечные элементы (PSC) используют перовскитные материалы (материалы с кристаллической структурой ABX ₃) в качестве светопоглощающего слоя. Перовскиты были введены в месторождение относительно недавно, о первом использовании в фотоэлектрическом устройстве было сообщено в 2006 году (где это был краситель в DSSC, достигающий 2,2%). Тем не менее, 2012 год считается рождением этой области из-за публикации знаменательной статьи, в которой эффективность 10.Достигнуто 9%. С тех пор пиковая эффективность выросла до 22,1%, что сделало PSC самой быстро улучшающейся солнечной технологией. Эти материалы обладают замечательными свойствами, включая сильные настраиваемые характеристики поглощения и амбиполярный перенос заряда. Их также можно обрабатывать из раствора в условиях окружающей среды.

Рисунок 11: Перовскитовый солнечный элемент.

По-прежнему существуют проблемы со стабильностью и использованием токсичных материалов (таких как свинец), препятствующих коммерциализации технологии, но эта область все еще относительно молодая и очень активная.Более подробную информацию о перовскитах можно найти в нашем справочнике по перовскиту.

В таблице ниже показаны лучшие показатели эффективности исследовательских ячеек для различных фотоэлектрических технологий (значения любезно предоставлены Национальной лабораторией возобновляемой энергии, Голден, Колорадо).

Тип солнечного элемента	Высшая эффективность (исследования)
Кремний монокристаллический (моно-Si)	25,3%
Поликристаллический кремний (мульти-Si)	21.9%
Аморфный кремний (a-Si)	14,0%
Монокристаллический арсенид галлия (GaAs)	28,8%
Теллурид кадмия (CdTe)	22,1%
Медь селенид галлия индия (CIGS)	22,6%
Сенсибилизированный красителем (DSSC)	11,9%
Органический (OSC)	11,5%
Перовскит (PSC)	22.1%

Дополнительная литература

Обзор солнечных фотоэлектрических технологий . Бхубанесвари Парида, Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, том 15, стр. 1625-1636 (2011)
Обзор технологий и проблем тонкопленочных солнечных элементов . Тэсу Д. Ли, Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, том 70, стр. 1286-1297 (2017)
Солнечные элементы, сенсибилизированные красителем . Андерс Хагфельдт, Chemical Reviews, Vol 110, p6595-6663 (2010)
Органическая фотогальваника .Бернард Киппелен, Энергетика и наука об окружающей среде, Том 2, стр. 251-261 (2009)
Органическая фотогальваника . Ю-Вэй Су, Материалы сегодня, Том 15, стр. 554-562 (2012)
Перовскиты: наступление новой эры недорогих и высокоэффективных солнечных элементов . Генри Дж. Снайт, The Journal of Physical Chemistry Letters, Том 4, p3623-3630 (2013)
Таблицы эффективности солнечных элементов (версия 50) . Мартин А. Грин, Progress in Photovoltaics, Vol 25, p668-676 (2017)

Фотогальваника и электричество — U.S. Управление энергетической информации (EIA)

Фотоэлектрические элементы преобразуют солнечный свет в электричество

Фотоэлектрический (PV) элемент, обычно называемый солнечным элементом, — это немеханическое устройство, которое преобразует солнечный свет непосредственно в электричество. Некоторые фотоэлементы могут преобразовывать искусственный свет в электричество.

Фотоны переносят солнечную энергию

Солнечный свет состоит из фотонов или частиц солнечной энергии. Эти фотоны содержат разное количество энергии, которое соответствует разным длинам волн солнечного спектра.

Фотоэлемент изготовлен из полупроводникового материала. Когда фотоны попадают на фотоэлектрическую ячейку, они могут отражаться от нее, проходить через нее или поглощаться полупроводниковым материалом. Только поглощенные фотоны дают энергию для выработки электричества. Когда полупроводниковый материал поглощает достаточно солнечного света (солнечной энергии), электроны вытесняются из атомов материала. Специальная обработка поверхности материала во время производства делает переднюю поверхность элемента более восприимчивой к перемещенным или свободным электронам, так что электроны естественным образом мигрируют на поверхность элемента.

Поток электроэнергии

Движение электронов, каждый из которых несет отрицательный заряд, к передней поверхности элемента, создает дисбаланс электрического заряда между передней и задней поверхностями элемента. Этот дисбаланс, в свою очередь, создает потенциал напряжения, подобный отрицательному и положительному полюсу батареи. Электрические проводники на ячейке поглощают электроны. Когда проводники соединены в электрической цепи с внешней нагрузкой, такой как батарея, в цепи течет электричество.

Эффективность фотоэлектрических систем зависит от типа фотоэлектрических технологий

Эффективность, с которой фотоэлементы преобразуют солнечный свет в электричество, зависит от типа полупроводникового материала и технологии фотоэлементов. Эффективность имеющихся в продаже фотоэлектрических модулей в среднем составляла менее 10% в середине 1980-х годов, увеличилась примерно до 15% к 2015 году, а в настоящее время приближается к 20% для современных модулей. Экспериментальные фотоэлементы и фотоэлементы для нишевых рынков, таких как космические спутники, достигли почти 50% эффективности.

Как работают фотоэлектрические системы

Фотоэлектрическая ячейка — это основной строительный блок фотоэлектрической системы. Размер отдельных ячеек может варьироваться от примерно 0,5 дюйма до примерно 4 дюймов в поперечнике. Однако одна ячейка производит только 1 или 2 Вт, что достаточно для небольших нужд, например, для питания калькуляторов или наручных часов.

Фотоэлементы

электрически соединены в корпусном, водонепроницаемом фотоэлектрическом модуле или панели. Фотоэлектрические модули различаются по размеру и количеству электроэнергии, которую они могут производить.Производительность фотоэлектрического модуля по выработке электроэнергии возрастает с увеличением количества ячеек в модуле или площади поверхности модуля. Фотоэлектрические модули могут быть соединены в группы, чтобы сформировать фотоэлектрический массив. ФЭ-массив может состоять из двух или сотен фотоэлектрических модулей. Количество фотоэлектрических модулей, подключенных к фотоэлектрической матрице, определяет общее количество электроэнергии, которое может генерировать массив.

Фотоэлектрические элементы вырабатывают электричество постоянного тока (DC). Это электричество постоянного тока можно использовать для зарядки батарей, которые, в свою очередь, питают устройства, использующие электричество постоянного тока.Практически вся электроэнергия поставляется в виде переменного тока (AC) в системах передачи и распределения электроэнергии. Устройства, называемые инверторами , используются на фотоэлектрических модулях или в массивах для преобразования электроэнергии постоянного тока в электричество переменного тока.

фотоэлементов и модулей будут производить наибольшее количество электроэнергии, когда они обращены прямо к солнцу. В фотоэлектрических модулях и массивах можно использовать системы слежения, которые перемещают модули так, чтобы они постоянно смотрели на солнце, но эти системы дороги. Большинство фотоэлектрических систем имеют модули в фиксированном положении, при этом модули обращены прямо на юг (в северном полушарии — прямо на север в южном полушарии) и под углом, который оптимизирует физические и экономические характеристики системы.

Солнечные фотоэлектрические элементы сгруппированы в панели (модули), и панели могут быть сгруппированы в массивы разных размеров для производства небольшого или большого количества электроэнергии, например, для питания водяных насосов для воды для скота, для электроснабжения домов или для коммунальных служб. -масштабное производство электроэнергии.

Источник: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (защищено авторским правом)

Применение фотоэлектрических систем

Самые маленькие калькуляторы мощности и наручные часы для фотоэлектрических систем.Более крупные системы могут обеспечивать электричеством перекачку воды, питание коммуникационного оборудования, электроснабжение отдельного дома или предприятия или формировать большие массивы, которые поставляют электроэнергию тысячам потребителей электроэнергии.

Фотоэлектрические системы могут поставлять электроэнергию в местах, где отсутствуют системы распределения электроэнергии (линии электропередач), а также они могут поставлять электроэнергию в электрическую сеть.
PV устанавливаются быстро и могут быть любого размера.
Воздействие фотоэлектрических систем, расположенных на зданиях, на окружающую среду минимально.

Источник: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (защищено авторским правом)

История фотовольтаики

Первый практический фотоэлектрический элемент был разработан в 1954 году исследователями Bell Telephone. Начиная с конца 1950-х годов, фотоэлементы использовались для питания U.С. Космические спутники. К концу 1970-х фотоэлектрические панели обеспечивали электроэнергией удаленные, или автономные, населенные пункты, в которых не было линий электропередач. С 2004 года большинство фотоэлектрических панелей, установленных в Соединенных Штатах, находились в системах, подключенных к электросети, в домах, зданиях и на энергообъектах центральных станций. Технологические достижения, снижение затрат на фотоэлектрические системы, а также различные финансовые стимулы и государственная политика помогли значительно расширить использование фотоэлектрических систем с середины 1990-х годов. Сотни тысяч подключенных к сети фотоэлектрических систем сейчас установлены в Соединенных Штатах.

По оценкам Управления энергетической информации США (EIA), электроэнергия, вырабатываемая на фотоэлектрических электростанциях коммунального масштаба, увеличилась с 76 миллионов киловатт-часов (кВтч) в 2008 году до 69 миллиардов (кВтч) в 2019 году. Электростанции коммунального масштаба имеют не менее 1000 киловатт ( или один мегаватт) генерирующей мощности. По оценкам EIA, в 2019 году маломасштабными фотоэлектрическими системами, подключенными к сети, было произведено 35 миллиардов кВтч по сравнению с 11 миллиардами кВтч в 2014 году. Маломасштабные фотоэлектрические системы — это системы, мощность которых составляет менее одного мегаватта.Большинство из них расположены в зданиях и иногда называются фотоэлектрическими системами на крыше .

Последнее обновление: 25 августа 2020 г.

(PDF) СИЛОВОЙ ТРАНЗИСТОР И ФОТОДИОД КАК УСТРОЙСТВО СОЛНЕЧНОЙ ЭЛЕМЕНТЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мы успешно разработали новую солнечную панель с использованием фотодиода BPW41N. Панель вырабатывала 714 мкА при

6,17 В и 375 мкА при 8,60 В с типом A и B BWW41N соответственно. Комбинация типов A и B

давала ток 395 мкА при 13.80 В, что составляет 5,45 мВт солнечной панели.

Мы пришли к выводу, что можно было бы получить больше тока, если бы количество фотодиодов увеличилось.

Стоимость прототипа составляет N7 350. Предполагается, что прототип панели мощностью 40 Вт будет стоить 175 000 N. Благодаря высокой скорости реакции

, при максимальной солнечной радиации будет генерироваться большее количество фототока.

ССЫЛКИ

[1] Megbowon, I.O., Alowolou, K.E (1984). Фотоэлектрические свойства кремниевого силового транзистора, Bsc Thesis FUTA Nigeria

[2] Cody, A, B.Дж. Букс и Б. Абелес (1982), Оптическое поглощение над оптическим зазором аморфного гидрида кремния, Solar Energy

Material Vol.8,231-240

[3] Бартер, A (1984) Полупроводники и электронные устройства, 2-е издание

[4] Charise, HK Jr (1984) Солнечная фотоэлектрическая энергетическая система Университета Джона Хопкинса, Мэриленд.

[5] Green Peace (2001) Производство солнечной энергии для европейской фотоэлектрической промышленности Assoc.

[6] Блатт Дж. (1968) Физика электронной проводимости в твердых телах McGraw Hills Books Company, Нью-Йорк.

[7] Чопра Л. и С.Р. Das (1983), Тонкопленочные солнечные элементы, Plenum Press New York.

[8] Ван Кампен Б. и Гуиди Д. (2000), Солнечные фотоэлектрические установки для устойчивого сельского хозяйства и развития сельских районов. ФАО ООН,

Рим, Италия.

[9] Сзе С.М. (1985) Полупроводниковые приборы, физика и технология. Джон Вили и сыновья.

[10] Окуджагу, К.У. и С.Е. Океке (1998), Рост и характеристика некоторых спектрально-селективных тонких пленок галогенидов и халькогенидов,

Нигерийский журнал возобновляемых источников энергии.Том 6. №1, 52-61.

[11] Праманик, П., С. Бхаттачарья и П.К. Басу (1987), Технология выращивания раствора для осаждения тонких пленок соленоидов кобальта; Тонкие

Пленки твердые Об. 149, 181–184.

[12] Варки А.Дж. (1989), Химически осажденные тонкие пленки. Применение в солнечной энергии. Нигерия Журнал f Солнечная энергия Vol. 6

[13] Рай Г.Д. (2004 г.), Использование солнечной энергии. Ramesh Chander Khanna Publishers, Дели, Индия.

[14] Калверт, Дж. М. и М.A.H. McCausland (1982) Электроника, John Wiley & Sons, Нью-Йорк.

[15] ON Semiconductor (2001) Rev.3 Мартовская публикация, номер для заказа 2N3055 A / D

[16] www.vishay.com (1999) Rev.2 20 мая, номер документа 81522

[17] Дональд A. Naemen (2003), Основы физики полупроводников и устройств, 3-е издание, 634–649

Uhuegbu CC et al. / Международный журнал инженерных наук и технологий (IJEST)

Основы солнечных элементов, солнечных фотоэлектрических модулей

Солнечная энергия — это основной источник энергии, естественным образом пополняется в короткие сроки, по этой причине называется « возобновляемая энергия » или « устойчивая энергия » источник.Чтобы воспользоваться преимуществами солнечной энергии, разнообразием технологий используется для преобразования солнечной энергии в тепло и электричество. В использование солнечной энергии предполагает « энергосбережение », потому что это способ использовать источник энергии, который исходит от природы и использует его более разумно и эффективно. Этот способ включает Solar Ячейка, которая описывается следующим образом:

Что такое солнечная батарея?

Солнечный элемент или фотоэлектрический (PV) элемент — это устройство, которое состоит из полупроводниковых материалов, таких как кремний, галлий теллурид арсенида и кадмия и др.преобразует солнечный свет прямо в электричество. Когда солнечные элементы и поглощают солнечный свет, свободные электроны и дырки создаются при положительном / отрицательном переходы. Если положительный и отрицательный спаи солнечных ячейка подключена к электрооборудованию постоянного тока, ток составляет доставлено для работы электрооборудования.

Типы солнечных элементов
Существуют три основных типа элементов, которые классифицируются по их производству технологии и полупроводники.


Монокристаллический кремний Фотоэлектрический модуль	Поликристаллический кремний Фотоэлектрический модуль	Аморфный кремний Фотоэлектрический модуль

1.	Кристаллический кремниевый фотоэлектрический модуль: Два типа кристаллического кремний (c-Si) используется для производства фотоэлектрических модулей; монокристаллический кремний или известный как монокристаллический кремний и поликристаллический кремний, также называемый поликристаллическим кремнием. Поликристаллический кремниевый фотоэлектрический модуль имеет более низкую эффективность преобразования, чем одиночный кристаллический кремниевый фотоэлектрический модуль, но оба они имеют высокий КПД преобразования составляет в среднем около 10-12%.
2.	ФЭ модуль из аморфного кремния: Аморфный кремний (a-Si) фотоэлектрический модуль или тонкопленочный кремниевый фотоэлектрический модуль поглощает свет более эффективен, чем фотоэлектрический модуль из кристаллического кремния, так его можно сделать тоньше. Подходит для любых приложений что высокая эффективность не требуется, а низкая стоимость важна.Типичная эффективность фотоэлектрического модуля из аморфного кремния составляет около 6%.
3.	Гибридный кремниевый фотоэлектрический модуль: Комбинация одиночных кристаллический кремний, окруженный тонкими слоями аморфного кремний обеспечивает отличную чувствительность к более низким уровням света или непрямой свет.Гибридный кремниевый фотоэлектрический модуль имеет самую высокую уровень эффективности преобразования около 17%.

Структура солнечного элемента
Самый полупроводниковый материал, который в настоящее время используется для солнечных элементов продукция — кремний, который имеет ряд преимуществ: он может легко найти в природе, не загрязняет, не вредит окружающей среде, и его можно легко расплавить, обработать и сформировать в форму монокристаллического кремния и др.Обычно солнечная батарея выполнен в виде кремниевого p-n перехода большой площади.

Как работает фотоэлемент?

Когда солнечный свет падает на поверхность солнечного элемента , элемент создает заряд. носитель как электроны, так и дырки. Внутреннее поле произведено соединением отделяет часть положительных зарядов (дырок) от отрицательные заряды (электроны).Дыры превращаются в позитив или p-слой, и электроны переходят в отрицательный или n-слой. Когда замыкается цепь, свободные электроны должны проходить через нагрузка для рекомбинации с положительными отверстиями; ток может быть произведен из ячеек при освещении.

Отдельные солнечные элементы соединены вместе, чтобы образовать модуль (называемый «солнечный модуль » или «фотоэлектрический модуль») для увеличения тока и модули соединены в массив (называемый «солнечной батареей»). или «PV массив»).В зависимости от требований к току или напряжению, солнечные батареи подключаются различными способами:

	Если солнечные батареи подключены параллельно, выход ток увеличится.
	Если солнечные батареи соединены последовательно, выход напряжение увеличится.

Солнечная фотоэлектрическая система
Солнечные элементы вырабатывают постоянный ток (DC), поэтому они Используется только для оборудования постоянного тока. Если переменный ток (AC) требуется для оборудования переменного тока или требуется резервная энергия, солнечные фотоэлектрические системы требуют других компонентов в дополнение к солнечным модулям. Эти компоненты специально разработаны для интеграции в солнечную батарею Фотоэлектрическая система , то есть возобновляемых источников энергии продуктов или энергосберегающие продукты и один или несколько компонентов могут быть включены в зависимости от типа приложения.Компоненты солнечной фотоэлектрической системы :

1.	Солнечный модуль является важным компонентом любого солнечная фотоэлектрическая система, которая преобразует солнечный свет непосредственно в постоянный ток электричество.
2.	Контроллер заряда от солнечных батарей регулирует напряжение и ток от солнечных батарей, заряжает аккумулятор, предотвращает от перезарядки, а также выполняет контролируемые разряды.
3.	Аккумулятор хранит текущую электроэнергию, которая производит от солнечных батарей для использования, когда солнечный свет не виден, ночное время или другие цели.
4.	Инвертор является важным компонентом любой солнечной фотоэлектрической системы система, которая преобразует выходную мощность постоянного тока солнечных батарей в AC для приборов переменного тока.
5.	Молниезащита предотвращает электрическое оборудование от повреждений, вызванных ударами молнии или индукцией высокого напряжения всплеск. Требуется для больших размеров и критических солнечных Фотоэлектрические системы, которые включают эффективное заземление.

Преимущества солнечных элементов
Солнечные элементы или фотоэлементы производят чистую и экологически чистую энергию экологически чистый источник электроэнергии.поскольку он не использует никакого топлива, кроме солнечного света, не выделяет отходов, нет горение и отсутствие движущихся частей во время работы. Это снижает сбор газов, таких как оксид углерода, диоксид серы, углеводород азот и т. д., получаемые из топлива, угля и ископаемых топливные электростанции. Все уменьшают воздействие энергии на окружающую среду, например, парниковый эффект, глобальное потепление, кислота дождь и загрязнение воздуха и т. д.Легко установить и транспортировать. Благодаря модульной конструкции он может быть построен любых размеров. как требуется. Кроме того, он требует минимального обслуживания и имеет длительный срок службы (более 30 лет) и стабильная эффективность.

Применение солнечных элементов

	Дом	Система внутреннего и наружного освещения, электрооборудование, электрический открыватель ворот, система безопасности, вентилятор, вода насос, фильтр для воды, аварийный свет и т. д.
	Система освещения	Освещение автобусной остановки, освещение телефонной будки, рекламный щит освещение, освещение стоянки, внутреннее и внешнее освещение и уличное освещение и др.
	Водяной насос	Потребление, коммунальные услуги, водопой, сельское хозяйство, садоводство и сельское хозяйство, горное дело и орошение и т. д.
	Система зарядки аккумулятора	Система аварийного электроснабжения, центр зарядки аккумуляторов для села поселок и электроснабжение для бытовых нужд и освещения в труднодоступной местности и др.
	Сельское хозяйство	Перекачка воды, фумигатор сельхозпродукции, обмолота машины и распылители воды и т. д.
	Крупный рогатый скот	Система перекачки воды, заправки кислородом для рыбоводства освещение для ловушек для насекомых и т. д.
	Поликлиника	Холодильник и холодильник для хранения лекарств и вакцин и медицинское оборудование и др.
	Связь	Аэронавигационное средство, сигнальная лампа воздушного движения, маяк, маяк средство навигации, световой дорожный знак, железнодорожный переезд вывеска, уличное освещение и аварийный телефон и др.
	Телекоммуникации	Ретранслятор СВЧ, телекоммуникационное оборудование, портативное оборудование связи (например,г. радио связи для службы и военных учений) и мониторинг погоды вокзал пр.
	Удаленная зона	Холм, остров, лес и удаленная местность, сетки отсутствуют и др.
	Космос	Спутник, международная космическая станция и космический корабль, и т.п.