Что такое солнечная панель и как она работает

Солнечные панели: устройство и принцип работы

На фоне пагубного влияния традиционных источников энергии на климат, альтернативные источники энергии становятся все более важными и широко используются. Сюда входят солнечные панели, которые вырабатывают энергию под воздействием Солнца. Эта технология имеет большую историю, а её повсеместное применение может иметь впечатляющие результаты.

Что такое солнечные панели

Солнечные панели — приспособления, которые преобразуют солнечную энергию в постоянный электрический ток за счёт фотоэлектрического эффекта.

Фотоэлектрический эффект (упрощённое объяснение)— при нагревании полупроводниковой поверхности электроны высвобождаются и приходят в движение, таким образом образуя электрическую энергию.

Теория, связанная с солнечной энергией, была рассмотрена в 1876 году, но первые солнечные элементы стали продаваться только с 1956 года. Тогда они были не такими эффективными, как сегодня, но принцип их работы остался таким же: солнечные фотоны достигают солнечных элементов, и электричество генерируется с помощью фотоэлектрического эффекта.

Солнечные батареи, которые можно увидеть на крышах домов, состоят из множества маленьких солнечных элементов. Их отличительной чертой является внешний вид стекла, который обычно синий или серый.

Как работает солнечная панель

Это может показаться волшебством: вы поставили лист стекла под жарким Солнцем и получили достаточно энергии, чтобы охладить ваш напиток. О движущих силах этого производства энергии можно узнать ещё на уроках физики в школе, посвящённым валентной связи и электронным оболочкам.

Когда солнечные лучи попадают на поверхность солнечной панели, электроны вытесняются из верхнего слоя панели. Эти электроны создают энергию, которую вы получаете от солнечной панели.

Однако существуют и органические солнечные элементы, в которых используются углеродные нанотрубки, органические электролиты и тонкие слои пластика или акрила.

Почему солнечные панели становятся популярными

Потому что сегодня правительства стран уделяют больше внимания защите окружающей среды и исправлению существующего ущерба. Ущерб во многом нанесён источниками энергии, популяризированными во времена промышленной революции.

Во время работы солнечные панели не выделяют углекислый газ, угарный газ или другие загрязнители воздуха. Для регулярной очистки и охлаждения используется вода, но не более, чем при любом другом способе производства энергии.

А отблагодарить автора можно, сделав репост этого материала в любую из социальных сетей.

2 комментария к “Солнечные панели: устройство и принцип работы”

Создание благоприятного имиджа организации крайне важно.
Но зачастую его могут испортить неблагоприятные отзывы
в Интернете. С ними важно бороться
своевременно, ибо они напрямую
влияют на принятия решения потенциальной аудитории.
О том, как бороться с дискредитивными
отзывами в веб-пространстве ниже пойдет речь.

1. Негативные отзывы.
Обычно их намного больше, чем
позитивных . Потому что человеку надо слить то, что накипело.
После покупки хорошего товара или
получения высококачественной услуги
люди не всегда делятся впечатлениями.

А отрицательные мнения, как они думают, подмочат
имидж «плохой компании». Чтобы бороться с такими сообщениями,
необходимо добавлять, как можно больше
положительных отзывов. Они перекроют большинство недобрых комментариев.
Обычно такие отзывы заказывают у компании у которой
можно по доступной цене.

Особенно заказы популярны в узких
тематиках, например, все, что связано с медицинскими услугами различных частных
клиник. Нужно помнить, что человек,
пишущий такое, должен уметь грамотно
излагать мысли и быть достаточно подкован в теме, то есть, чтобы он мог легко понять, о чем
ему нужно писать. Подача не должна выглядеть сфабрикованной.
Фейки легко вычислить. Особенно их выдает слишком
восторженная речь. Лучше, если подача будет нейтральной и по существу.
Отличным решением станет также удаление негатива.
Некоторые сайты-отзовики сами в этом заинтересованы и предлагают услуги стирания плохих сообщений за определенную сумму.
Но к организациям, у которых все гладко,
тоже относятся с подозрением. Можно набросать свежих дискредитирующих комментариев, которые не будут слишком губительны для репутации.
Например: «Доставка была не два дня, а три, я недоволен» и т.п.
Крайне важно создать реальную картину откликов, они обязательно должны выглядеть естественно.

Можно дополнить их фотографиями товара для большей
убедительности. В общем, все должно указывать на реальность общественного мнения.

2. Негатив в социальных
сетях.
Такое можно увидеть чаще всего.
Жалобы поступают на всевозможные товары,
услуги, компании. Устранять такое лучше
при помощи обратной связи.
Если возникают ошибки Интернет-провайдера, приложения,
сайта и.т.п., то лучшим решением станет информирование
пользователей о времени решения проблемы.
Курьерской доставке следует извиняться за опоздание.
В том случае, если клиент получил некачественный товар, важно сделать скидку на следующую покупку
или возместить ущерб, в
зависимости от его величины.
Затраты будут не такие большие, а вот репутация останется хорошей.

Всегда есть шанс, что покупатель вернется снова, а за ним и другие подтянутся.

3. Модерация ненужного негатива.

В сообществе бренда, компании или продукта в социальных сетях крайне важно иметь
быстрого ответственного модератора, который будет убирать всевозможный спам, маты, рекламу и поливание грязью.

Проще говоря, необходим зачищик троллей.
Любой согласится, что, если юзер придет в сообщество бренда какого-нибудь продукта, например,
во ВКонтакте и увидит месиво непонятных
комментариев, то он поймет, что люди, подходящие так безответственно к своему бренду в Интернете,
могут также безразлично выполнять свои обязанности, касаемо покупателей.
Например, высылать сумку не того цвета или не
ту открытку в букете цветов.
Итак, негатив нужно истреблять, он влияет
на аудиторию, так или иначе, формируя ее
отношение к продукции. Лучше заняться этим, поработать над чистотой оценок в веб-пространстве, создать положительный имидж
и тогда, потенциальный клиент не будет сомневаться в своем решении о покупке.

Создание благоприятного имиджа компании крайне важно.

Но зачастую его могут подпортить неблагоприятные отзывы
в Интернете. С ними важно бороться своевременно, ибо они напрямую
влияют на принятия решения потенциальной аудитории.
О том, как бороться с негативными сообщениями в
веб-пространстве ниже пойдет речь.

1. Негативные отзывы.
Обычно их порядком больше, чем положительных.
Потому что человеку надо слить то, что накипело.
После покупки хорошего товара или
получения высококачественной услуги люди
не всегда делятся впечатлениями.

А негативные мнения, как они думают,
подмочат имидж «плохой компании».
Чтобы бороться с такими сообщениями, необходимо добавлять, как можно больше
положительных отзывов. Они перекроют большинство недобрых
комментариев. Обычно такие отзывы заказывают у компании у которой можно по доступной цене.

Особенно заказы популярны в узких тематиках, например,
все, что связано с медицинскими услугами
различных частных клиник. Нужно помнить, что
человек, пишущий такое, должен уметь грамотно излагать
мысли и быть достаточно подкован в
теме, то есть, чтобы он мог легко понять, о
чем ему нужно писать. Подача не должна
выглядеть сфабрикованной.
Фейки легко вычислить.
Особенно их выдает слишком восторженная
речь. Лучше, если подача будет нейтральной и по
существу. Отличным решением станет также удаление негатива.
Некоторые сайты-отзовики сами в
этом заинтересованы и предлагают услуги удалению плохих
сообщений за определенную
сумму. Но к организациям,
у которых все гладко, тоже относятся
с подозрением. Можно набросать свежих
дискредитирующих комментариев, которые не будут слишком губительны для репутации.

Например: «Доставка была не два дня, а три, я недоволен» и т.п.
Крайне важно создать реальную картину откликов, они обязательно должны
выглядеть естественно. Можно дополнить их фотографиями товара для большей убедительности.

В общем, все должно указывать на реальность общественного мнения.

2. Негатив в социальных сетях.
Такое можно увидеть чаще всего.

Жалобы поступают на всевозможные товары, услуги, компании.

Устранять такое лучше при помощи обратной связи.
Если возникают ошибки Интернет-провайдера, приложения, сайта и.т.п., то
лучшим решением станет информирование пользователей о времени решения проблемы.
Курьерской доставке следует
извиняться за опоздание.
В том случае, если клиент получил
некачественный товар, важно сделать скидку на следующую покупку или возместить
ущерб, в зависимости от его величины.
Затраты будут не такие большие, а вот репутация останется хорошей.

Всегда есть шанс, что покупатель вернется снова, а за ним и другие подтянутся.

3. Модерация ненужного негатива.
В сообществе бренда, компании или продукта в социальных
сетях крайне важно иметь хорошего
ответственного модератора, который
будет убирать всевозможный спам, маты, рекламу
и поливание грязью. Проще говоря,
необходим зачищик троллей. Любой согласится, что, если юзер придет в сообщество бренда какого-нибудь продукта, например, во ВКонтакте и
увидит месиво непонятных комментариев, то он поймет, что люди, подходящие так
безответственно к своему бренду в Интернете, могут также безразлично выполнять
свои обязанности, касаемо покупателей.

Например, высылать сумку не того
цвета или не ту открытку в букете цветов.

Итак, негатив нужно истреблять, он влияет на
аудиторию, так или иначе, формируя
ее отношение к продукции.
Лучше заняться этим, поработать над чистотой оценок в веб-пространстве, создать положительный имидж и тогда, потенциальный клиент не будет сомневаться в своем решении о покупке.

Как работают солнечные батареи, их актуальность в Украине в 2023 году

О том, что свет можно преобразовать в электричество, известно с середины XIX века, но по-настоящему перейти от теории к практике ученые смогли лишь спустя 100 лет, когда удалось создать первую кремниевую фотоэлектрическую панель.

Современные солнечные батареи работают как часы, обеспечивая зарядку гаджетов, освещая дома, подпитывая бытовую технику и транспортные средства.

Как устроена солнечная панель

Независимо от нюансов конструкции, фотоэлектрические модули состоят из солнечных элементов. С них и начнем рассмотрение устройства панелей.

Солнечные элементы (СЭ)

В основе СЭ — два слоя кремния или другого полупроводника — материала, который становится проводником тока при определенных условиях. Один слой отрицательный, второй — положительный. При попадании света на фотоэлементы происходит переток электронов, и вырабатывается электрический ток.

Большая часть производимых кремниевых СЭ — монокристаллические и поликристаллические. Первые наиболее эффективные, но стоят примерно на 10% дороже вторых. Монокристаллические с виду отличаются от поликристаллических срезанными уголками.

На панелях из моноэлементов на пересечениях квадратных ячеек видны небольшие ромбики. Фотомодули из полиэлементов состоят из прямоугольных ячеек, разделенных тонкими полосками.

Все время ведутся научные разработки по увеличению эффективности СЭ. Однако КПД промышленных образцов пока в районе 10-20%. К способам увеличения эффективности относится постепенный переход на более крупные размеры ячеек. Выглядит это следующим образом:

Тут стоит отметить два момента:

• С увеличением размера СЭ требуется больше места для размещения панели с таким же количеством ячеек.
• Ячейки со сторонами 156 мм по-прежнему активно производят. Этот формат нельзя назвать безнадежно устаревшим.

Солнечные панели

Модуль кристаллических ячеек представляет собой сэндвич, в котором СЭ находятся в середине, а сверху и снизу расположены защитные слои:

• стекло,
• герметизирующая прослойка,
• солнечные элементы,
• герметизирующая прослойка,
• стекло либо защитная пленка.

Фотоэлектрические ячейки защищены с обеих сторон. Сверху они закрыты от дождя, также присутствует покрытие, уменьшающее отражение солнечных лучей. Общая герметизация нужна, чтобы предотвратить окисление внутренних элементов. Что касается принципа работы солнечной панели, то он тождественен порядку функционирования СЭ. Просто происходит сложение мощностей фотоэлементов.

Пластины для установки на крышу обычно корпусные, идут в алюминиевой окантовке, обеспечивающей жесткость конструкции. Батареи объединяют в массивы последовательным или параллельным способом.

От размеров панели зависит ее мощность:

Панели именитых брендов делают на заводах с полной автоматизацией. Желательно при покупке ориентироваться именно на такую продукцию, поскольку мелкие производители не имеют средств на роботизацию, а ручной труд порой становится причиной брака.

Солнечные батареи: принцип работы панелей и дополнительного оборудования

Лучи света можно представить в виде потока крохотных частичек — фотонов. Солнечные батареи ловят их и преобразуют в поток электронов. Каждая ячейка генерирует несколько ватт электроэнергии. Этого недостаточно даже для питания обычной комнатной лампочки. Однако в солнечной панели несколько десятков СЭ, поэтому их общей мощности может хватить на освещение всего дома. А если на крыше установлено несколько панелей, то вполне реально смотреть телевизор, греть воду бойлером и т.д., пользуясь обычными розетками с напряжением 220 В. Таким образом, основной принцип работы автономной солнечной батареи заключается в объединении мощностей СЭ.

Автономность — это, конечно, прекрасно, но у фотоэлектрических панелей есть один очень важный минус — зависимость от погоды. Украина — не пустыня Сахара, у нас хватает пасмурных дней, поэтому солнечные батареи обычно устанавливают в качестве альтернативного источника энергии или там, где нельзя подключиться к централизованной электросети.

Еще один нюанс заключается в том, что электроэнергию мы расходуем в основном вечером. Люди приходят с работы, готовят еду, включают телевизоры и прочие электроприборы. А в это время солнце уже садится, или на улице темно. Получается, что имеет смысл днем запасаться солнечной энергией, а вечером доставать ее из заначки. Для этого устанавливают аккумуляторы. Если же домашнюю электростанцию установили в электрифицированном доме, то без них можно обойтись. Существует 3 основных разновидности станций: автономные, сетевые и гибридные.

Автономные станции

К этой категории относится не только оборудование для дач и лесных домиков, расположенных вдали от линий электропередач: существуют и мини-станции для туристов. Мощность моделей для переноски — 20-200 Вт, для перевозки на авто — 200-900 Вт.

Что касается автономной станции для жилого строения, то она включает:

• набор фотоэлектрических панелей;
• инвертор для получения переменного тока из постоянного;
• аккумуляторные батареи;
• контроллер заряда АКБ;
• кабели, переходники, крепеж и прочую периферию, необходимую для монтажа.

Мощность автономных электростанций — 1-10 кВт. Даже одно киловатта хватит для круглосуточной работы холодильника.

Сетевые станции

В этом случае дом запитан от централизованной электросети, поэтому можно пользоваться электроприборами в любую погоду, не задумываясь, сколько ватт им нужно.

Сетевая электростанция состоит из:

• солнечных батарей,
• сетевого инвертора,
• двунаправленного счетчика,
• периферии.

Двунаправленный счетчик дает возможность владельцу дома продавать летом излишки электроэнергии по зеленому тарифу. Такие станции обходятся дешевле, поскольку не нужно покупать и через несколько лет менять аккумуляторы.

Гибридные станции

Такой вариант самый функциональный, но требует значительных финансовых вложений. В комплект оборудования входят аккумуляторы, солнечные батареи и гибридный инвертор. Преимущества:

1. Впечатляющая экономия электроэнергии, поставляемой централизованным способом.
2. Возможность полностью автономной работы при отключении централизованного электричества.
3. Автоматическое переключение между режимами функционирования.
4. Возможность сливать часть электричества в центральную сеть при избыточной генерации.

При проектировании солнечной электростанции важно, чтобы оборудование соответствовало прогнозируемому энергопотреблению и было примерно одинаковой мощности.

Как работают солнечные батареи зимой

Фотоэлектрические панели наиболее эффективны летом, поскольку это время года радует длинными днями. Зимой солнечные батареи работают хуже, так как дни короче. Кроме того, фотоэлементы периодически покрываются снегом, может образовываться наледь. В таких условиях обеспечить дом чистой энергией вряд ли получится. Если нет возможности получать электричество от централизованной электросети, имеет смысл подумать о покупке генератора, работающего на бензине или солярке. Бензогенератор от погоды не зависит, разве что привести его в рабочее состояние в холод бывает сложнее.

Чистка солнечной батареи — занятие несложное. Потребуется щетка с ручкой длиной 2-4 метра. Убирать всю наледь необязательно. Если смахнете основную массу снега, оставив тонкие полоски, — ничего страшного: в солнечные день панели оттают до конца без вашей помощи.

Если дом подключен к электросети, то чистка панелей — сомнительное занятие, поскольку зима — не лучшее время для генерации электроэнергии. Возможно, в этот период имеет смысл ограничиться централизованно поставляемой энергией.

В заключение о том, как работают гибкие солнечные панели. Принцип функционирования у них такой же, как и у рамочных. Преимущества гибких батарей: малый вес и возможность крепления на криволинейные поверхности. Полоски фотоэлементов даже клеят на жалюзи. Недостаток — меньше мощность на единицу площади.

Можно купить гибкие панели размером с окно. Мастеровитые украинцы устанавливают их на балконах квартир. Эта тенденция актуальна для регионов, в которых ведутся боевые действия. Желательно клеить панели с внешней стороны, так больше электричества поступает в квартиру. Для обустройства квартирных электростанций закупают примерно такое же оборудование, как и для автономных, только меньшей мощности. Такие станции довольно слабые, но на подзарядку смартфонов и освещение их хватает.

Солнечные батареи: как это работает

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

История создания

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

Солнечная термальная электростанция в испанском городе Севилья

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

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

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

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

Принцип работы

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

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

Схема работы фотоэлемента

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

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

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

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

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

Мобильный телефон Samsung E1107 оснащен солнечной батареей

Существующие разновидности

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

Наручные часы Citizen Eco-Drive с солнечной батареей вместо циферблата

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

Монтаж солнечных панелей на крыше жилого дома

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

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

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

Портативная солнечная панель Solarland мощностью 130 Вт и стоимостью $860

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

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

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

Солнечную батарею Voltaic можно носить у себя за спиной

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

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

Крупнейшие производители

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

Принцип работы солнечной батареи: как устроена и работает солнечная панель

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

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

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

Солнечные батареи: терминология

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

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

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

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

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

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

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

Внутреннее устройство гелиобатареи

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

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

Виды кристаллов фотоэлементов

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

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

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

Кремниевые пластины фотоэлементов различаются по технологии изготовления на:

1. Монокристаллические.
2. Поликристаллические.

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

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

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

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

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

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

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

Принцип работы солнечной панели

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Эффективность батарей гелиосистемы

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

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

Эффективность солнечных панелей зависит от:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Схема электропитания дома от солнца

Система солнечного электроснабжения включает:

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

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

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

Выводы и полезное видео по теме

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

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

Как устроены солнечные батареи смотрите в следующем видеоролике:

Сборка солнечной панели из фотоэлементов своими руками:

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

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