Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

Как работает фотоэлектрическая панель? Виды и устройство.

Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

Поверхность земли регулярно светится светом солнца, это обеспечивает жизнь всем живым существам. Еще не столь давно использование фотоэлектрические панели казалось невозможным, но на данное время любой кто хочет имеет возможность приобрести такое устройство.

Очень важен вопрос среди жителей дач, желающих при наименьших затратах финансового плана пользоваться электротоком. Фотоэлектрические панели широко применяются в очень больших масштабов, ведь электростанции работающие от солнца нового типа способны получать кол-во электрической энергии, нужное для малых мегаполисов.

Очень важным считается отсутствие ущерба для экологии при применении фотоэлектрических панелей. Фотоэлектрические панели широко применяются в Европейских государствах, Израиле.
В статье описаны виды фотоэлектрических панелей, их устройство, рабочий принцип электростанции работающей от солнца. Так как же работает фотоэлектрическая панель? – Давайте выясним.

Виды фотоэлектрических батарей

Фотоэлектрическая панель в общем виде – конструкция, содержащая темные детали с металлическими полосами, проводящими переменный ток. Детали покрыты стеклом.

Существующее много фотоэлектрических панелей показано на рисунке.

Солнечная батарея принцип работы TV

– По мощности До 10 Вт
– От 200 Вт
– Фотохимические
– Органического вида
– Основа – полупроводники из кремния
– Основа – арсенид галлия
– Гибкие (могут комфортно сворачиваться, имеют популярность среди отдыхающих).

Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

Фото фотоэлектрические панели, способной скручиваться в рулон

Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

Миниатюрная фотоэлектрическая панель

Устройство фотоэлектрические панели

Составные детали фотоэлектрические панели:
1. 2 слоя кремния (между собой создают пластину, слой находящийся внутри – кремний на монокристаллической основе, обладает проводимостью р-типа, слой снаружи – кремний, который содержит разные примеси, этот слой имеет проводимость n-типа).
2. Каркас с фотоэлементами (детали размещены поэтому, чтобы в случае неполадки их можно было отремонтировать).
3. Аккумуляторы (один считается главным, второй – запасным).
4. Пластик закаленного вида, покрывающий всю конструкцию от повреждений.
Рабочий принцип фотоэлектрические панели состоит в следующем: электроны выходят из р-слоя, потом попадают в n-слой, заранее пройдя конкретную нагрузку. N-слой выступает источником избыточных электронов.
Аккумуляторы фотоэлектрических панелей работают так: ключевой собирает электрическую энергия для транспортировки в сеть, другой аккумулятор работает в запасном режиме (копит энергию сверх нормы, а потом, при снижении напряжения, энергия поступает в сеть).
Детали фотоэлектрические панели важно оберегать от метеорной пыли и радиации, данные детали помогают возникновению эрозии на кремниевых слоях.
Энергия солнца как экологически чистый источник энергии себя зарекомендовала с хорошей стороны и используется во многих жизненных сферах человека.

Виды кристаллов фотоэлементов

Вид и Специфические особенности
Поликристаллы > Характерная черта – синий цвет, КПД – 14%.

Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

Монокристаллы > Результативность – 16%.

Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

Основа – аморфный кремний > Продуктивность – 6-8%.

Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

Основа – теллурид кадмия > Результативность – 11%.

Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

Основа – полупроводнике CIGS > Значение эффективности – 25%.

Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

От варианта кристаллов фотоэлемента зависит, как работает фотоэлектрическая батарея. Панели на основе монокристаллов обладают большей эффективностью, цена конструкций высокая.

К невысокой категории цен относятся фотоэлектрические панели на основе аморфного кремния, впрочем самая большая продуктивность подобных конструкций всего 8 %. Работа фотоэлектрической батареи на базе аморфного кремния не считается очень длительной.

Рабочий принцип фотоэлектрические панели

Рабочий принцип фотоэлектрические панели состоит в следующем:
1. Происходит падение солнечных лучей на специализированный фотоэлемент.
2. В фотоэлементе делаются пары электронно-дырочного типа.
3. Электроны сверх нормы переносятся из одного слоя полупроводника в другой, в результате этого процесса в окружающей среде образуется напряжение.
Работу фотоэлектрические панели вполне уместно сравнить с колесом, по которому передвигаются электроны. Аккумуляторы при подобном движении понемногу копят заряд.
В жару менее продуктивно работает фотогальваническая составная часть фотоэлектрические панели. Самую большую отдачу конструкции показывают при ясной зимней погоде.

Необходимо выделить, что падение снега не оказывает влияние на работу батареи, она все равно продолжает хорошо работать.
Энергию солнца можно преобразовывать не только в электрическую, но также и в тепловую. В этом процессе происходит не переустройство, а накапливание энергии.

В этом и заключается рабочий принцип солнечного коллектора: устройство собирает тепло и передает его в тепловой носитель. Такая конструкция используется при отоплении домов.
Фотоэлектрическая батарея в себя включает ряд фотоэлементов, создающих разница потенциалов под воздействием освещения. Если целью считается увеличение напряжения, то необходимо объединять фотоэлементы последовательным методом, при необходимости увеличения силы тока требуется объединить детали параллельно.
Рабочий принцип фотоэлемента позволяет воочию представить, как устроена фотоэлектрическая батарея.
Алгоритм изменения солнечной энергии в электроэнергию:
• действие светом на полупроводники (фотоэлементы – 2 слоя полупроводника, имеющих разную проводимость, n-проводимость, p-проводимость);
• создание разности потенциалов;
• замыкание цепи;
• получение электроэнергии.
Рассмотрев, из чего складывается фотоэлектрическая панель, делаем вывод о несложной конструкции с относительно низкими финансовыми затратами.

Принцип работы солнечной электростанции

Плюсы и минусы

К плюсам фотоэлектрических панелей можно отнести:
• доступность для промышленных целей и физических лиц;
• постоянное существование энергетического источника;
• легкость в обслуживании;
• безопасность в применении;
• достаточно большой эксплуатационный период конструкций.
Вырабатываемая солнцем энергия считается альтернативной перспективой грядущего по замене существующих электрических источников.
Минусы энергии солнца:
• небольшая результативность дешевых конструкций;
• зависимость от погоды;
• систематическая уборка отражающей поверхности;
• большая цена мощных установок.
Энергия солнца признана самой перспективной среди остальных видов энергии за счёт следующих факторов:
• отсутствие ущерба для экологии;
• регулярно возобновляемый источник.
Для уменьшения расценки на фотоэлектрические панели важно нарастить мощность потока энергии солнца, попадающей на фотоэлемент.
Для достижения этой цели ученые разработали особые конструкции:
трекер (помощник в поисках энергии);
• концентратор нужной энергии (с большой площади отправляет энергию на маленький участок, устройство имеет небольшой вес).
Использование перечисленных выше деталей даст возможность фотоэлектрическим батареям стать главным энергетическим источником при наименьших затратах финансового плана и отсутствием ущерба для экологии.

На видео: Как работает фотоэлектрическая панель?

Фотоэлектрические панели для дома и собственного пользования

Применение энергии солнца для обеспечения жизненных потребностей в ХХI веке считается важным вопросом не только для корпораций, но и для населения. Теперь применение фотоэлектрических панелей для получения экологической электрической энергии привлекает много людей собственной доступностью, автономностью, неиссякаемостью и очень маленькими вложениями. Теперь эти явления настолько привычны и обыденны, что уже достаточно давно прочно обосновались в нашу каждодневную жизнь.

Этот источник электрической энергии применяется для освещения, функционирования бытовых электрических приборов и отопления. Фонари для улицы на батареях которые работают от солнечных лучей применяются везде в черте города, на дачах и территориях коттеджей за городом.

Содержание

Рабочий принцип фотоэлектрические панели

Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

Устройство предназначается для непосредственного изменения солнечных лучей в электричество. Этот действие именуется фотоэлектрическим эффектом.

Полупроводники (кремневые пластины), которые применяются для создания элементов, обладают позитивными и негативными заряженными электронами и состоят их 2-ух слоев n-слой (-) и р-слой (+). Излишние электроны под воздействием солнца выбиваются из слоев и занимают пустые места в ином слое.

Это заставляет свободные электроны регулярно двигаться, переходя из одной пластины в иную вырабатывая электричество, которое скапливается в аккумуляторе.

Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

Как работает фотоэлектрическая панель, в большинстве случаев зависит от ее устройства. Сначала фотоэлементы изготавливались из кремния. Они и в настоящий момент популярностью пользуются, но так как процесс чистки кремния достаточно трудоемок и затратен, разрабатываются модели с альтернативными фотоэлементами из соединений кадмия, меди, галлия и индия, однако они менее производительны.

КПД фотоэлектрических панелей с появлением технологий вырос. На данное время это критерий увеличился от одного процента, который регистрировался перед началом века, до более двадцати процентов.

Это дает возможность сейчас применять панели не только для обеспечения домашних потребностей, но и производственных.

Технические свойства

Устройство фотоэлектрические панели самое простое, и имеет несколько элементов:

  • Конкретно фотоэлементы / фотоэлектрическая батарея;
  • Преобразователь напряжения, преобразовывающий постоянный ток в переменный;
  • Контроллер уровня аккумуляторного заряда.
Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

Аккумуляторы для фотоэлектрических панелей приобрести необходимо с учитыванием нужных функций. Они копят и отдают электрическую энергию.

Запасание и расход происходит в течение всего дня, а ночью собранный заряд только расходуется. Подобным образом, происходит постоянное и постоянное снабжение энергетикой.
Излишняя зарядка и разрядка батареи укорачивает срок ее эксплуатации.

Контроллер заряда фотоэлектрические панели автоматично приостанавливают накопление энергии в аккумуляторе, когда он достиг самых больших показателей, и отключают нагрузку устройства при сильной разрядке.

Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

(Tesla Powerwall — аккумулятор для фотоэлектрических батарей на 7 КВт — и домашняя зарядка для электромобилей)
Синхронный преобразователь для фотоэлектрических панелей считается очень важным элементом конструкции. Он превращает получившуюся от солнца энергию в электрический ток разной мощности.

Являясь сетевым инвертором, он соединяет анодное напряжение электротока по частоте и фазе со стационарной сетью.
Фотоэлементы могут соединяться как постепенно, так и параллельно. Завершальный вариант повышает показатели мощности, напряжения и тока и дает возможность устройству работать, даже в том случае, если один компонент потеряет функциональность.

Модели комбинированного типа сделаны с применением двух схем. Срок эксплуатации пластин около 25 лет.

Установка фотоэлектрических панелей

Если конструкции будут применяться для электрообеспечения пространств для жилья, то установочное место необходимо выбирать очень внимательно. Если панели будут загорожены высотными зданиями или деревами, то тяжело будет получить нужную энергию.

Их нужно расположить там, где поток солнечных лучей максимален, другими словами на юг. Конструкцию лучше установить с возможностью наклона, угол которого равён географической широте расположения системы.

Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

Фотоэлектрические батареи должны размещаться поэтому, чтобы хозяин имел возможность иногда чистить поверхность от грязи и пыли или снега, так как это приводит к очень низкой способности выработки энергии.

Фотоэлектрическая панель собственными руками

Те, кто желает сэкономить, думают, как сделать фотоэлектрическую панель дома своими силами, чтобы она обладала нужными рабочими параметрами и полностью обеспечивала энергетические потребност. Это очень важно для мест отдаленных от основных артерий цивилизации.

Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

Фотоэлектрические панели собственными руками дома делаются из надлежащих элементов, которые можно приобрести в открытом доступе в специальных компаниях или через online магазины. Если кремниевые пластины должны приобретаться у изготовителей, то другие детали, например лента, рамка, пленка, стекло, припой и другое можно вполне выявить и дома в обиходе.

Фотоэлектрическая панель собственными руками из средств находящихся под рукой делается некоторыми умельцами из листов меди, зажимов, мощных варочных поверхностей, соли и из прочих материалов. Такие кустарные устройства не смогут полностью обеспечить нужной электрической энергией и могут применяться лишь в маленьких масштабах.

Намного лучше фотоэлектрические панели приобрести у изготовителя, так как они обладают гарантией и нужными рабочими и рабочими параметрами, и, значит, не подведут.

Производство фотоэлектрических панелей основывается на использовании последних достижений науки и техники, которые регулярно развиваются, предлагая более улучшенные модели. В зависимости от размеров устройств, они могут применять для разных целей в местах, где нет обеспечения электрической энергией.

Они встречаются на калькуляторах, часах, разных мобильных устройствах.
Так, к примеру, рюкзак с фотоэлектрической панелью будет прекрасным помощником тех, кто любит странствовать с удобством.

Он накопит достаточно энергии, чтобы зарядить фонарик для освещения туристической палатки или чтобы во время похода заряжать нужные девайсы. Если судить по впечатлениям, фотоэлектрические панели применяются очень часто и с радостью для удовлетворения самых разных нужд не только на природе, но и в бытовых условиях.

Современные устройства со спрятанными солнечными модулями

  • Power bank с фотоэлектрической панелью – внешний накопитель с фотоэлементами для изменения солнечных лучей в аккумуляторный заряд. Он обладает несколькими портами и предназначается для зарядки смартфонов или планшетных компьютеров. Это незаменимое устройство для тех кто, немало времени расходуют в дороге и пользуются девайсами. Устройство, зависимо от модели способен дополняться разными функциями, как, например, фонариком.
    Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель
  • Робот конструктор – наборы с разными элементами, из которых можно собрать несколько конструкций, которые двигаются независимо. Это прекрасная игрушка для любознательных детей. Робот конструктор на фотоэлектрической панели приобрести интересно будет не только малышам, но и вполне взрослым дяденькам, так как захватывающим считается не только движение робота, но и сам сборочный процесс.
    Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель
  • Уличные светильники для сада на батареях которые работают от солнечных лучей – прекрасное решение для сада, огорода или дачного участка. Благодаря накопленному заряду они будут светиться всю ночь. Для этого не надо укладывать специализированную проводку. Их можно с собой брать на рыбалку или домашний поход. Чрезвычайная мобильность, компактность и удобство делают фонари самыми популярными изделиями на батареях которые работают от солнечных лучей.

Возможности эксплуатации до такой степени разные, а технологии так быстро развивается, что скоро солнечные модули охватят все жизненные сферы сегодняшнего человека.

Как работают фотоэлектрические панели: принцип, устройство, материалы

Фотоэлектрические панели являются более эффективным и чистым в экологическом плане источником электрической энергии. В последние несколько десятков лет эта технология набирает всемирную популярность, мотивируя широких слоев населения переходить на недорогую возобновляемую энергию.

Задача данного устройства состоит в преобразовании энергии световых лучей в переменный ток, который может применяться для питания самых разных бытовых и промышленных устройств.

Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

Правительства многих стран выделяют большие суммы средств бюджета, спонсируя проекты, которые направлены на разработку электростанций работающих от солнца. Некоторые города полностью применяют электрическую энергию, получившуюся от солнечных лучей.

В РФ данные устройства постоянно применяются для обеспечения электрической энергией загородных и приватизированных домов в качестве хорошей замены услугам централизованного энергоснабжения. Необходимо выделить, что рабочий принцип фотоэлектрических панелей для дома довольно не простой.

Дальше рассмотрим детальнее, как работают фотоэлектрические панели для дома детально.

чуть чуть истории

Первые попытки применения солнечной энергии для получения электричества предпринимали еще в середине 20 столетия. Тогда ведущие страны мира предпринимали попытки строительства продуктивных термальных электростанций.

Идея термальной электростанции предполагает применение концентрированных солнечных лучей для нагрева воды до состояния пара, который, со своей стороны, вращал турбины генератора который работает от электричества.

Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

Так как, в такой электростанции применялось понятие трансформации энергии, их результативность была небольшой. Современные устройства напрямую преобразуют лучи солнца в ток благодаря понятию фотоэлектрический эффект.
Современный рабочий принцип фотоэлектрические панели открыли еще во второй половине 30-ых годов XIX века физиком по имени Александр Беккерель.

В первой половине 70-ых годов XIX века был придуман первый полупроводник, который сделал потенциальным осуществить рабочий принцип фотоэлектрические панели в действительности.

Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

Рабочий принцип

Как было сказано до недавнего времени, рабочий принцип состоит в эффекте полупроводников. Кремний считается одним из очень эффективных полупроводников, из популярных человечеству в настоящее время.

При нагреве фотоэлемента (верхней кремниевой пластины блока преобразователя) электроны из атомов кремния высвобождаются, после этого их захватывают атомы нижней пластины. Согласно законам физики, электроны стремятся вернуться в собственное первое положение. Исходя из этого, с нижней пластины электроны двигаются по проводникам (соединительным проводам), отдавая собственную энергию на зарядку аккумуляторов и возвращаясь в верхнюю пластину.

Результативность фотоэлементов, созданных с помощью монокристаллического метода нанесения кремния, считается намного больше, так как в подобной ситуации кристаллы кремния имеют меньше граней, что дает возможность электронам двигаться прямолинейно.

Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

Устройство

Конструкция фотоэлектрические панели весьма проста.
Основу конструкции устройства составляют:

  • корпус панели;
  • блоки изменения;
  • аккумуляторы;
  • дополнительные устройства.

Корпус делает исключительно функцию закрепления конструкции, не имея больше никакой практической пользы.
Важными элементами являются блоки преобразователей.

Это и есть фотоэлемент, который состоит из материала-полупроводника, которым считается кремний. Можно сказать, что состоят фотоэлектрические панели, устройство и рабочий принцип которых всегда аналогичный, из каркаса и 2-ух тонких слоев кремния, который вероятно будет нанесён на поверхность, как монокристаллическим, так и поликристаллическим методом.

Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

От метода нанесения кремния зависит стоимость батареи, а еще ее результативность. Если кремний наноситься монокристаллическим способом, то результативность батареи будет максимально высокой, как и стоимость.
Если говорить про то, как работает фотоэлектрическая панель, то не забывайте об аккумуляторных батареях.

В основном, применяется два аккумулятора. Один считается главным, второй — резервным. Ключевой копит электрическую энергию, тут же направляя ее в электрическую сеть.

Второй копит избыточную электрическую энергию, после этого направляет ее в сеть, когда напряжение падает.
Среди дополнительных устройств можно отметить контроллеры, отвечающих за распределение электрической энергии в сети и между аккумуляторами.

В основном, они функционируют по принципу обычного реостата.
Очень основными элементами солнечной назвать диоды. Этот компонент ставится на каждую четвертую часть блока преобразователей, защищая конструкцию от перегревания из-за лишнего напряжения.

Если диоды не установлены, то существует очень высокая вероятность, что после первого дождя система поломается.

Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

Как подсоединяется

Как было сказано до недавнего времени, устройство фотоэлектрические панели очень не простое. Правильная схема фотоэлектрические панели поможет достигнуть самой большой эффективности.

Подсоединять блоки преобразователей нужно с помощью параллельно-последовательного способа, что даст возможность получить идеальную мощность и максимально эффективное напряжение в электросети.

Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

Принцип работы солнечной панели. Солнечные батареи в быту..

Разновидности фотоэлектрических панелей

Есть несколько вариантов фотоэлементов для фотоэлектрических панелей, которые между собой отличаются строением кристаллов кремния.
Выделяют 3 вида фотоэлементов:

  • поликристаллические;
  • монокристаллические;
  • аморфные.

Первый вид панелей считается более не дорогим, но менее успешным, так как, если кремний нанесён поликристаллическим способом, то электроны не могут двигаться прямолинейно.
Монокристаллические фотоэлементы выделяются самым большим КПД, который может достигать 25 %. Цена подобных батарей выше, но для получения 1 киловатта необходима значительно небольшая площадь фотоэлементов, чем при применении поликристаллических панелей.

Из аморфного кремния делают гибкие фотоэлементы, однако их КПД самый невысокий и составляет 4-6 %.

Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

Плюсы и минусы

Важные достоинства фотоэлектрических панелей:

  • энергия солнца полностью бесплатная;
  • дают возможность получать экологично чистую электрическую энергию;
  • окупится очень и очень быстро;
  • легкая установка и рабочий принцип.
Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель
  • высокая цена;
  • для удовлетворения потребностей маленькой семьи в электрической энергии необходима очень большая площадь фотоэлементов;
  • результативность значительно падает в облачную погоду.
Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

Как достигнуть самой большой эффективности

При приобретении фотоэлектрических панелей для дома особенно актуально выбрать конструкцию, которая сможет обеспечить жилье электрической энергией достаточной мощности. Считается, что результативность фотоэлектрических панелей в плохую погоду составляет примерно 40 Вт на 1 метр квадратный за час.

В реальности, в облачную погоду мощность света на уровне земли составляет примерно 200 Вт на метр квадратный, но 40 % солнца – это инфракрасное излучение, к которому фотоэлектрические панели не чувствительны. Также нужно брать во внимание, что КПД батареи нечасто превосходит 25 %.
Иногда энергия от интенсивного солнца достигает 500 Вт на метр квадратный, однако при расчетах нужно брать во внимание очень маленькие критерии, что даст возможность сделать систему независимого электрического снабжения безотказной.

Ежедневно солнце светит в среднем по 9 часов, если брать среднегодовой критерий. За 1 день метр квадратный поверхности преобразователя способен выработать 1 киловатт электрической энергии. Если за день жильцами дома израсходуется примерно 20 киловатт электрической энергии, то самая маленькая площадь фотоэлектрических батарей должна составлять примерно 40 метров квадратных.

Впрочем, подобный показатель электропотребления в действительности встречается нечасто. В основном, жильцы израсходуют до 10 кВТ в день.

Принцип работы солнечной батареи как устроена и работает солнечная панель

Если говорить о том, работают ли фотоэлектрические панели во время зимы, то необходимо не забывать, что в данную пору года сильно уменьшается продолжительность светового дня, однако, если обеспечить систему сильными аккумуляторами, то получаемой за один день энергии должно быть довольно с наличием запасного аккумулятора.
При выборе фотоэлектрические панели особенно актуально смотреть на емкость аккумуляторов. Если необходимы фотоэлектрические панели работающие ночью, то емкость запасного аккумулятора играет важную роль.

Также устройство должно разниться стойкостью к частой перезарядке.
Не обращая внимания на тот момент, что цена установки фотоэлектрических панелей превышает 1 миллион рублей, расходы оправдаются уже на протяжении нескольких лет, так как солнечная энергия полностью бесплатна.

Видео

Как устроена фотоэлектрическая панель, расскажет наше видео.

Рабочий принцип фотоэлектрические панели: как устроена и работает фотоэлектрическая батарея

Эффективное переустройство бесплатных солнечных лучей в энергию, которую можно применять для электрического снабжения жилья и других объектов, – сокровенная мечта большинства апологетов зеленой энергетики.
Но рабочий принцип фотоэлектрические панели, и ее КПД такие, что о большой эффективности подобных систем пока и не скажешь. Было бы хорошо обзавестись своим добавочным источником электрической энергии.

Правда? Тем более что уже на данный момент и в РФ при помощи гелиопанелей “дармовой” электрической энергией удачно снабжается большое количество приватных домохозяйств.

Вы все еще не знаете с чего начинать?
Ниже мы вам расскажем про устройство и принципах работы фотоэлектрической батареи, вы узнаете, от чего обуславливается результативность гелиосистемы.

А расположенные в статье видеоролики смогут помочь собственноручно собрать фотоэлектрическую батарею из фотоэлементов.

Фотоэлектрические панели: терминология

В стилистике «солнечной энергетики» довольно много невидимых моментов и путаницы. Часто новичкам разобраться во всех посторонних терминах сначала бывает тяжело.

Однако без этого заниматься гелиоэнергетикой, приобретая себе оборудование для генерации “солнечного” тока, неразумно.
По незнанию не только можно подобрать непригодную панель, но и просто сжечь ее при подключении либо извлечь из нее чрезмерно малозаметный объем энергии.
Сначала необходимо разобраться в имеющихся разновидностях оборудования для гелиоэнергетики.

Фотоэлектрические панели и солнечные коллекторы – это два достаточно различных устройства. Оба они преобразуют энергию солнечных лучей.

Однако в первом варианте на выходе покупатель получает энергию электрическую, а в другом тепловую в виде нагретого носителя тепла, т.е. фотоэлектрические батареи используют для отапливания дома.

Второй нюанс – это понятие самого термина «фотоэлектрическая панель». В большинстве случаев под словом «батарея» понимается некое накопляющее электрическую энергию устройство.

Либо на ум приходит обычный отопительный отопительный прибор. Но в случае с гелиобатареями ситуация радикально другая.

Они ничего в себе не копят.

Фотоэлектрические панели предназначаются только для генерации электротока. Он, со своей стороны, скапливается для обеспечения дома электротоком ночью, когда солнце опускается за горизонт, уже в присутствующих дополнительно в схеме энергообеспечения объекта аккумуляторных батареях.

Батарея тут имеется в виду в контексте некой совокупности однотипных элементов, собранных во что-то одно целое. Практически это просто панель из нескольких похожих фотоэлементов.

Устройство внутри гелиобатареи

Понемногу фотоэлектрические панели становятся все доступнее и эффективнее. В настоящий момент они используются для подзарядки аккумуляторов в уличных фонарях, смартфонах, электроавтомобилях, приватных домах и на спутниках в космосе.

Из них стали даже строить полноценные электростанции работающие от солнца (СЭС) с значительными объемами генерации.

Каждая фотоэлектрическая панель устроена как блок из энного количества модулей, которые соединяют воедино в себе постепенно соединенные полупроводниковые фотоэлементы. Чтобы понимать принципы функционирования такой батареи, нужно разобраться в работе этого конечного звена в устройстве гелиопанели, сделанного на базе полупроводников.

Виды кристаллов фотоэлементов

Вариантов ФЭП из самых разнообразных элементов химии есть очень большое количество. Впрочем приличная их часть – это разработки на первых стадиях.

В очень больших масштабов в настоящий момент выпускаются пока что только панели из фотоэлементов на основе кремния.

Традиционный фотоэлемент в гелиопанели – это тонкая пластина из 2-ух слоев кремния, любой из них имеет собственные физические свойства. Это традиционный полупроводниковый p-n-переход с электронно-дырочными парами.

При попадании на ФЭП фотонов между данными слоями полупроводника из-за неоднородности кристалла образуется вентильная фото-ЭДС, из-за чего появляется разница потенциалов и ток электронов.
Кремниевые пластины фотоэлементов отличаются по производственные технологии на:
Первые имеют более большой коэффициэнт полезного действия, но и отпускная цена их изготовления выше, чем у вторых.

Внешне один вариант от иного на фотоэлектрической батареи можно разпознать по форме.
У монокристаллических ФЭП гомогенная структура, они делаются в виде квадратов со срезанными углами.

В отличии от них поликристаллические детали имеют строго форму квадрата.
Поликристаллы получаются в результате постепенного охлаждения расплавленного кремния. Данный метод очень прост, благодаря этому такие фотоэлементы и недорого стоит.

Но продуктивность в плане выработки электрической энергии из солнечных лучей у них нечасто превосходит 15%. Это связывают с “нечистотой” приобретаемых кремниевых пластин и внутренней их структурой. Тут чем чище p-слой кремния, тем более большой выходит КПД у ФЭП из него.

Чистота монокристаллов в данном отношении намного выше, чем у поликристаллических заменителей. Их производят не из расплавленного, а из искусственно выращенного цельного кристалла кремния.

Показатель фотоэлектрического изменения у подобных ФЭП уже может достигать 20-22%.

Обращенный к солнцу лицевой слой пластинки-фотоэлемента выполняется из того же кремния, однако уже с добавкой фосфора. Собственно заключительный будет источником избыточных электронов в системе p-n-перехода.

Настоящим прорывов в области применения энергии солнца стала разработка эластичных панелей с аморфным фотоэлектрическим кремнием:

Рабочий принцип фотоэлектрической батареи

При падении солнечных лучей на фотоэлемент в нем генерируются неравновесные электронно-дырочные пары. Избыточные электроны и «отверстия» частично переносятся через p-n-переход из одного слоя полупроводника в другой.
В конце концов во внешней цепи возникает напряжение.

При этом на контакте p-слоя сформировывается позитивный полюс источника тока, а на n-слоя – негативный.

Подключенные к внешней нагрузке в виде аккумулятора фотоэлементы создают с ним тупик. В результате фотоэлектрическая батарея работает, как необыкновенное колесо, по которому вместе белки “бегают” электроны. А АК батарея при этом понемногу набирает заряд.

Типовые кремниевые фотоэлектрические преобразователи являются однопереходными элементами. Переток в них электронов происходит лишь через один p-n-переход с ограниченной по энергетике фотонов зоной этого перехода.
Другими словами каждый такой фотоэлемент способен генерить электрическую энергию лишь от узкого спектра излучения солнца.

Вся остальная энергия исчезает напрасно. Поэтому-то и результативность у ФЭП так низка.

Чтобы увеличить КПД фотоэлектрических панелей, кремниевые изделия из полупроводниковых материалов для них в наше время начали делать многопереходными (каскадными). В новых ФЭП переходов уже несколько.

Причем любой из них в этом каскаде рассчитывается на собственный спектр солнечных лучей.
Общаяя результативность изменения фотонов в электроток у подобных фотоэлементов в конце концов увеличивается.

Однако и стоимость их намного выше. Тут либо легкость изготовления с низкой себестоимостью и невысоким КПД, либо довольно высокая отдача вкупе с большой ценой.

Во время работы фотоэлемент и вся батарея понемногу греется. Вся та энергия, что не пошла на генерацию электротока, трансформируется в тепло.

Часто температура на поверхности гелиопанели подымается до 50–55 °С. Но чем она больше, тем менее успешно работает фотогальванический компонент.
В конце концов таже самая модель фотоэлектрические панели в жару вырабует тока меньше, чем в мороз.

Максимум КПД фотоэлементы показывают в ясный зимний день. Здесь сказываются два фактора – много солнечного света и природное охлаждение.

Схема работы солнечной электростанции

При этом если на панель будет падать снег, то электрическую энергию она генерить все равно продолжит.

Кроме того, снежинки даже не успеют на ней особо полежать, растаяв от тепла нагретых фотоэлементов.

Результативность батарей гелиосистемы

Один фотоэлемент даже в 12 часов дня при ясной погоде выдаёт очень мало электрической энергии, достаточной разве что для работы светодиодного фонаря.
Чтобы увеличить мощность на выходе, несколько ФЭП соединяют воедино по параллельной схеме с целью увеличения постоянного напряжения и по последовательной для увеличения силы тока.

Результативность фотоэлектрических батарей зависит от:

  • температуры окружающей среды и самой батареи;
  • правильности выбора сопротивления нагрузки;
  • угла падения солнечных лучей;
  • наличия/отсутствия антибликового покрытия;
  • мощности потока света.

Чем ниже на улице температура, тем эффективнее работают фотоэлементы и гелиобатарея в общем. Тут все просто.

А вот из расчета нагрузки ситуация труднее. Ее необходимо выбирать исходя из выдаваемого панелью тока.

Но его величина меняется в зависимости от перепадов погоды.

Регулярно отслеживать параметры фотоэлектрические панели и вручную исправлять ее работу непросто. Для этого лучше воспользоваться контроллером управления, который автоматически сам подстраивает настройки гелиопанели, чтобы достигнуть от нее самой большой продуктивности и оптимальных рабочих режимов.

Безупречный угол падения солнечных лучей на гелиобатарею – прямой. Но при отклонении в границах 30-ти градусов от перпендикуляра результативность панели падает всего в районе 5%.

Однако при будущем увеличении этого угла все значительная часть излучения солнца будет отражаться, делая меньше таким образом КПД ФЭП.
Если от батареи требуется, чтобы она максимум энергии выдавала летом, то ее необходимо сориентировать перпендикулярно к среднему положению Солнечного света, которое оно занимает в дни равноденствия по весне и осени.

Для московского региона – это примерно 40–45 градусов к горизонту. Если максимум необходим во время зимы, то панель нужно устанавливать в намного вертикальном положении.
И очередной момент – грязь и пыль сильно уменьшают продуктивность фотоэлементов.

Фотоны сквозь такую “грязную” преграду просто не доходят до них, а это означает и преобразовывать в электрическую энергию нечего. Панели нужно постоянно мыть либо устанавливать таким образом, чтобы пыль смывалась дождем своими силами.
Некоторые фотоэлектрические панели имеют встроенные линзы для концентрирования излучения на ФЭП.

При ясной погоде это приводит к повышению КПД. Но при сильной облачности эти линзы приносят только вред.
Если обыкновенная панель в подобной ситуации будет продолжать генерить ток пускай и в меньших объемах, то линзовая модель работать прекратит фактически полностью.

Солнце батарею из фотоэлементов лучше всего должно освещать одинаково. Если один из ее участков оказывается затемненным, то неосвещенные ФЭП превращаются в паразитную нагрузку. Они не только в такой ситуации не генерируют энергию, а так же и забирают ее у работающих элементов.

Панели ставить нужно таким образом, чтобы на пути солнечных лучей не оказалось деревьев, строений и других преград.

Схема электрического питания дома от солнечных лучей

Система солнечного электрического снабжения включает:
Контроллер в данной схеме оберегает как фотоэлектрические панели, так и АКБ.

С одной стороны он препятствует протеканию обратных токов ночью и в плохую погоду, а со второй – оберегает аккумуляторы от чрезмерного заряда/разряда.

Для трансформации постоянного тока на 12, 24 либо 48 Вольта в переменный 220-вольтовый необходим преобразователь напряжения. Автомобильные аккумуляторы использовать в такой схеме не рекомендуется из-за их неспособности держать постоянные перезарядки.

Намного лучше раскошелиться и приобрести особые гелиевые AGM либо заливные OPzS АКБ.

Выводы и полезное видео по теме

Рабочие принципы и схемы подсоединения фотоэлектрических панелей не очень сложны для понимания. А с которые собраны нами ниже материалами разобраться во всех подробностях функционирования и установки гелиопанелей будет еще легче.
Доступно и ясно, как работает фотоэлектрическая фотоэлектрическая панель, во всех деталях:


Как устроены фотоэлектрические панели смотрите в следующем видео обзоре:


Сборка фотоэлектрической батареи из фотоэлементов собственными руками:

Любой компонент в системе солнечного электрического снабжения загородного дома должен быть выбран правильно. Неизбежные потери мощности происходят на аккумуляторных батареях, трансформаторах и контроллере.

И их необходимо обязательно уменьшить к минимуму, иначе и так не высокая результативность гелиопанелей окажется сведена вообще до нуля.
В ходе изучения материала возникли вопросы?

Или вы знаете ценную информацию по теме статьи и можете сообщить ее нашим читателям? Пожалуйста, оставляйте собственные комментарии в размещенном ниже блоке.

Related Posts