Как делают солнечные батареи


Как устроены и работают солнечные батареи

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

 

 

 

 

Методы производства солнечных элементов

Более 85% солнечных батарей производятся на основе моно и поли кремния. Технология их производства достаточно трудная, длительная и энергоемкая. Но обо всем по порядку.

Основные этапы изготовления солнечных монокристаллических элементов:

  1. Получение «солнечного» кремния.

    В качестве сырья используется кварцевый песок с высоким массовым содержанием диоксида кремния (SiO2). Он проходит многоступенчатую очистку, чтобы избавиться от кислорода. Происходит путем высокотемпературного плавления и синтеза с добавлением химических веществ.

  2. Выращивание кристаллов.

    Очищенный кремний представляет собой просто разрозненные куски. Для упорядочивания структуры и выращиваются кристаллы по методу Чохральского. Происходит это так: куски кремния помещаются в тигель, где раскаляются и плавятся. В расплав опускается затравка – так сказать, образец будущего кристалла. Атомы, располагаются в четкую структуру, нарастают на затравку слой за слоем. Процесс наращивания длительный, но в результате образуется большой, красивый, а главное однородный кристалл.

  3. Обработка.

    Этот этап начинается с измерения, калибровки и обработки монокристалла для придания нужной формы. Дело в том, что при выходе из тигля в поперечном сечении он имеет круглую форму, что не очень удобно для дальнейшей работы. Поэтому ему придается псевдо квадратная форма. Далее обработанный монокристалл стальными нитями в карбид - кремниевой суспензии или алмазно - импрегнированной проволокой режется на пластинки толщиной 250-300 мкм. Они очищаются, проверяются на брак и количество вырабатываемой энергии.

  4. Создание фотоэлектрического элемента.

    Чтобы кремний мог вырабатывать энергию, в него добавляют бор (B) и фосфор (P). Благодаря этому слой фосфора получает свободные электроны (сторона n-типа), сторона бора – отсутствие электронов, т.е. дырки (сторона p-типа). По причине этого между фосфором и бором появляется p-n переход. Когда свет будет падать на ячейку, из атомной решетки будут выбиваться дырки и электроны, появившись на территории электрического поля, они разбегаются в сторону своего заряда. Если присоединить внешний проводник, они будут стараться компенсировать дырки на другой части пластинки, появится напряжение и ток. Именно для его выработки с обеих сторон пластины припаиваются проводники.

  5. Сборка модулей.

    Пластинки соединяются сначала в цепочки, потом в блоки. Обычно одна пластина имеет 2 Вт мощности и 0,6 В напряжения. Чем больше будет ячеек, тем мощнее получится батарея. Их последовательное подключение дает определенный уровень напряжения, параллельное увеличивает силу образующегося тока. Для достижения необходимых электрических параметров всего модуля последовательно и параллельно соединенные элементы объединяются. Далее ячейки покрывают защитной пленкой, переносят на стекло и помещают в прямоугольную рамку, крепят распределительную коробку. Готовый модуль проходит последнюю проверку – измерение вольт - амперных характеристик. Все, можно использовать!

Соединение самих солнечных батарей тоже может быть последовательным, параллельным или последовательно-параллельным для получения требуемых силы тока и напряжения.

Наглядное видео о этапах автоматической сборки, включая: пайку, ламинирование, коммутацию ячеек, установку распределительной коробки, стекла и алюминиевой рамы:

Производство поликристаллических батарей отличается только выращиванием кристалла. Есть несколько способов производства, но самый популярный сейчас и занимающий 75% всего производства это Сименс - процесс. Суть метода заключается в восстановлении силана и осаждении свободного кремния в результате взаимодействия парогазовой смеси из водорода и силана с поверхностью кремниевых слитков, разогретой до 650-1300°C. Освободившиеся атомы кремния, образовывают кристалл с древовидной (дендритной) структурой.

 

Тонкопленочные батареи производятся в основном по технике испарительной фазы. Сырьем для аморфных фотопреобразователей является кремневодород (силан, SinH2n+2). Он напыляется на материал подложки (стекло, керамика, металлические или полимерные ленты и пр.) слоем менее 1 мкм. Водород в составе аморфного кремния (5-20%) меняет его электрофизические свойства и придает ему полупроводниковые качества.

Производство аморфных преобразователей значительно проще кристаллических: без труда создаются пластины площадью более 1 м при температурах осаждения всего 250-400°C. К тому же их полупроводниковыми свойствами можно управлять, подбирая соединения компонентов пленки для получения требуемых параметров.

Технология производства солнечных CIGS батарей тоже заключается в напылении полупроводников. Делается это с помощью вакуумных камер и электронных пушек. Медь (Cu), индий (In) или галлий (Ga) напыляются путем последовательного осаждения на подложку из стекла, покрытой молибденом слоем в 1 мкм. Полученная структура обрабатывается парами селена (Se).

Есть еще один способ изготовления CIGS батарей – метод трафаретной печати или струйного напыления. Основан он на использовании суспензии из частиц металлических оксидов. Ее вязкость позволяет получать как бы чернила для печати. «Бумагой» же могут быть разные материалы: стекло, фольга, пластик.

Метод трафаретной печати для изготовления тонкопленочных батарей используется только известными «солнечными» производителями. Имеет такие преимущества, как высокий коэффициент использования материалов (от 90%), сравнительная дешевизна оборудования, приличный КПД готового продукта – 14%.

Производство кристаллов арсенид галлия, может осуществляться, как и монокристаллов кремния, методом Чохральского - горизонтальной или вертикальной направленной кристаллизации. Кристаллы получаются  путем вытягивания их вверх от свободной поверхности большого объёма расплава с инициацией начала кристаллизации путём приведения затравочного кристалла. На картинке приведены схемы выращивания. 

 

Читайте также:

Разновидность солнечных батарей

Сравнение моно, поли и аморфных солнечных батарей

Расчет мощности солнечных батарей

КПД солнечной батареи - что это?

 

Солнечные батареи: как это работает

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

История создания

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

Солнечная термальная электростанция в испанском городе Севилья

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

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

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

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

 

Принцип работы

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

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

Схема работы фотоэлемента

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

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

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

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

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

Мобильный телефон Samsung E1107 оснащен солнечной батареей

 

Существующие разновидности

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

Наручные часы Citizen Eco-Drive с солнечной батареей вместо циферблата

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

Монтаж солнечных панелей на крыше жилого дома

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

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

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

Портативная солнечная панель Solarland мощностью 130 Вт и стоимостью $860

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

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

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

Солнечную батарею Voltaic можно носить у себя за спиной

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

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

 

Крупнейшие производители

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

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

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

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

 

Выводы

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

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

Микроморфные солнечные модули Хевел | Солнечные батареи

Компания «Энергии солнца» является эксклюзивным поставщиком микроморфных фотоэлектрических солнечных модулей в Краснодарском крае, изготовленных по тонкоплёночной технологии.

Эти модули производятся компанией ООО «Хевел» на производственных мощностях безусловного лидера этой отрасли, фирмы «Oerlikon Solar» (Швейцария).

Изобретение и внедрение принципиально нового по своему строению фотоэлемента, стало возможным после изучения опыта эксплуатации солнечных элементов на основе аморфного кремния и разработке способа нанесения слоя кристаллического кремния нанометровой толщины. В результате инновационные фотоэлектрические модули представляют собой гетероструктурную конструкцию, в которой на базовый слой аморфного кремния, наносится слой кристаллического кремния, толщиной 25 нанометров. При этом, целенаправленное изменение ориентации атомов в структуре кристаллической решётки, приводит к уникальному эффекту прозрачности наноморфного кремния, для видимых лучей спектральной области света, но на порядок увеличивает его возможность преобразовывать инфракрасное излучение.

Всё вместе это приводит к повышению КПД на 30% по сравнению с моно- и поликристаллическими модулями, уменьшению нагрева самих модулей и расширению рабочих диапазонов температур.

Преимущества микроморфных солнечных модулей «Хевел»:

1. Ощутимое снижение стоимости. Фотоэлементы, созданные из аморфного кремния, по технологии «тонкой плёнки», в процессе производства используют революционные технологии 3D печати и их себестоимость при значительных объёмах существенно снижается.

2. Модули «Хевел»лишены производственного брака. Любой человек понимает, что делать такое заявление можно только имея веские аргументы. Но этот аргумент всего один. При производстве модулей «Хевел» была принципиально изменена технология самого процесса. Если остальные фотоэлементы производятся в условиях глубочайшего вакуума и космической стерильности, то для создания модулей «Хевел» применяется принципиально другая технология. Создать условия глубочайшего вакуума и идеальной стерильности крайне трудно. Но гораздо затратнее поддерживать их на должном уровне продолжительное время. Любое нарушение ведёт к браку в процессе производства. Поэтому при создании модулей «Хевел» прибегли к качественно иному методу, который можно сравнить с печатью на специальном принтере. Но вместе с принципиальным отсутствием производственного брака, революционно, на 3 (!) порядка, возросла скорость производства.

3. Растущая продолжительность эффективной эксплуатации. Дело в том, что технология, используемая при производстве модулей «Хевел» исключительно новая, прорывная. Самые первые образцы, созданные с использованием технологии «тонкой плёнки», были произведены в лабораториях НАСА 15 лет назад. По сведениям из официальных источников, эти элементы до сих пор работают в режиме повышенной эксплуатационной нагрузки и демонстрируют уникальные результаты.

4. Принципиальное изменение требований к условиям энергоэффективной эксплуатации. К этому привели новые свойства модулей созданных по технологии «тонкой плёнки»:

    • Увеличение диапазона температур работы панелей «Хевел» в энергоэффективном режиме более чем на 35%. Такой невиданный прорыв позволил повысить более чем на треть выработку электроэнергии в летний период при использовании фотоэлектрических модулей «Хевел» аналогичной площади.
    • Отличное поглощение крайних областей спектра видимого света повысило энергоэффективную работу модулей «Хевел» в условиях частичной и полной затенённости. По сравнению с моно- и поликристаллическими модулями, панели «Хевел» производят на 38% больше энергии при частичном затенении.
    • Поверхностное загрязнение не критично снижают эффективность работы модулей «Хевел». Производство солнечных элементов по технологии «тонкой плёнки», использует принципиально новые материалы, которые способные эффективно работать при рассеянном свете. И если снижение эффективности работы моно- и поликристаллических батарей даже при малой загрязнённости было катастрофичным, то для модулей «Хевел» заметить понижение мощности можно только на приборах.

5. Использование в дизайнерских решениях. Применение при производстве фотоэлектрических модулей «Хевел» новейших материалов обладающих удивительными эксплуатационными качествами, открывает широчайшую дорогу в мир наружной отделки и уличных композиций. Модули «Хевел» можно интегрировать в любой вид отделки дома или садового участка. Есть прекрасная возможность скрытого монтажа путём встраивания их в элементы отделки здания (замена окон, остекление стен, и т.п.).
 
6. Удобство при монтаже. По сравнению с моно- и поликристаллическими модулями, панели «Хевел» не требуют соблюдения определенного угла наклона (30-50 градусов) при монтаже и могут размещаться как в вертикальной так и в горизонтальной плоскости.

7. Большая эффективность — скорейший возврат инвестиций. 

Производитель гарантирует снижение мощности в течении первых 10 лет эксплуатации не более чем на 10%. И не более чем на 20% за 25 лет непрерывного использования. На все модули имеются сертификаты Евросоюза и России.

Солнечные батареи сделали прозрачными, не снизив их эффективность - Наука

ТАСС, 17 февраля. Физики создали дешевую технологию, с помощью которой органические солнечные батареи можно делать прозрачными без ущерба для эффективности их работы. Для того их нужно покрыть нанотрубками и легировать ионными жидкостями. Статью с описанием технологии опубликовал научный журнал ACS Applied Materials & Interfaces, кратко об этом пишет пресс-служба Университета ИТМО.

В последние годы физики, химики и инженеры начали работать над различными покрытиями для окон, которые позволяют стеклу избирательно поглощать тепло или свет и преобразовывать их в другие типы энергии. Подобные покрытия позволяют превращать окна в генераторы электричества или же помогают зданиям избегать перегрева летом и потерь тепла зимой.

Как правило, такие покрытия делают из органических веществ, которые могут поглощать разные формы электромагнитного излучения. При этом для человеческого глаза они остаются по большей части прозрачными. Главный недостаток этих покрытий заключается в низком КПД – в этом отношении они в несколько раз уступают непрозрачным кремниевым солнечным батареям.

"У обычных тонкопленочных солнечных батарей есть непрозрачный металлический задний контакт, позволяющий дополнительно захватить больше света в структуре. В прозрачных солнечных элементах используют светопропускающий задний электрод. В этом случае часть фотонов неизбежно теряется на пропускание, поэтому и КПД у них намного ниже, а стоимость – выше", – объяснил один из авторов исследования, научный сотрудник Университета ИТМО Павел Ворошилов.

В ходе исследования ученые решили эту проблему заменив непрозрачный электрод набором из нанотрубок и фуллеренов – шарообразных структур из атомов углерода. Эти материалы проводят ток так же хорошо, как и металлы, но при этом остаются прозрачными для света.

Российские ученые выяснили, что их свойства можно улучшить, если пропитать фуллерены и нанотрубки ионными жидкостями. Так называют жидкие соли, которые состоят по большей части из положительно и отрицательно заряженных ионов, а не нейтральных молекул, как вода.

Руководствуясь подобными соображениями, физики изготовили солнечную батарею из набора органических молекул, которые могут поглощать свет и преобразовать его энергию в электричество. Затем ее покрыли нанотрубками и фуллеренами и обработали их ионной жидкостью, проследив, как от этого поменялся уровень КПД устройства.

Оказалось, что добавление наноструктур и ионной жидкости повысило эффективность работы прозрачных солнечных батарей примерно в 50 раз. Они практически вернулись на уровень производительности, характерный для их непрозрачных аналогов.

Ученые надеются, что созданная ими технология быстро найдет свое место в производстве прозрачных фотоэлементов и значительно расширит их практическое применение, попутно удешевив подобные устройства для конечного потребителя.

Насколько выгодно переводить дома на альтернативную энергию?

Экологичность ведения хозяйства – тренд последних лет. Есть немало компаний, которые предлагают услуги по установке и обслуживанию солнечных модулей. Насколько эффективным может быть перевод дома на альтернативную энергию в России и можно ли это сделать, телеканалу «МИР 24» рассказал ведущий аналитик Фонда национальной энергетической безопасности, эксперт Финансового университета при Правительстве России Игорь Юшков.

- Насколько эффективно использовать солнечные батареи в средних российских широтах?

Игорь Юшков: Основной вопрос – экономический, насколько рентабельно у нас развивать возобновляемую энергетику: и солнечные панели, и ветряки. Все упирается в деньги, пока что мы видим такую практику: если у кого-то свой частный дом, если есть доступ к традиционной энергетике, то есть они могут получать электроэнергию из общей сети, тогда солнечные панели неконкурентоспособны, потому что стоимость электроэнергии из общей сети невелика, а затраты на установку комплекта оборудования для получения энергии от солнечных панелей довольно велики.

Помимо солнечных панелей нужно купить систему накопления, аккумуляторы, и только вместе это будет работать. У нас не так много солнечных дней, но это не основная проблема. Современные солнечные панели работают, когда солнце заходит за тучу. Основная проблема – это себестоимость самого оборудования и соотношение с возможностью получать электроэнергию из общей сети. Там, где нет такой возможности, где изолированный объект, и нужно строить эту сеть, когда затраты на строительство будут большими, там есть смысл развивать автономную электроэнергетику, в том числе за счет солнечных панелей. Этот вариант можно рассматривать.

Стоит отметить, что солнечные панели в России производятся в небольшом количестве, многие из них иностранные. Производство солнечных панелей – не самое экологически чистое, и аккумуляторов, и накопителей, поэтому люди, которые говорят, что возобновляемая энергетика спасет весь мир, он станет чистым и зеленым, им надо задуматься, из чего делают солнечные панели и аккумуляторы к ним. Это довольно грязное производство. Там, где добывают тот же самый литий, это места, где нам не хотелось бы, наверное, жить.

- В южных регионах были успешные проекты умного дома, где он сам себя обеспечивает светом и теплом. Насколько это может быть затратно? Какие именно факторы на это влияют?

Игорь Юшков: Первый фактор, который влияет, насколько дорог будет пассивный дом, который сам себя обеспечивает, это температура окружающей среды. На юге построить такие пассивные дома проще, там должна быть система утепления, современные строительные материалы позволяют строить пассивные дома в России, особенно, если мы говорим про южные регионы – Краснодарский край, Крым. Можно это делать, но эти стройматериалы не такие массовые, как обычные, либо нужно делать очень толстую стену из того же пенобетона.

И второй элемент – автономная система ввода нагрева и получения электроэнергии. Здесь можно использовать небольшие ветряки либо солнечные панели – они удобнее и проще в бытовом исполнении. Есть также всевозможные тепловые насосы, которые используют геотермальное тепло, но здесь вопрос в том, что это все нужно обслуживать. Основной статьей расходов в данной системе при получении солнечной энергии будет система аккумуляторов. Саму панель поставил, она работает, но аккумуляторы дорогие и постепенно теряют свою емкость.

Мы даже на смартфонах можем это заметить, что постепенно он быстрее разряжается, так же происходит с аккумуляторами. Пока значимого прогресса глобального в мировой технике не происходит, иначе, может быть, возобновляемая энергетика победил бы, и везде была бы одна зеленая энергетика. Затраты, в основном, идут на систему накопления энергии, и это основная проблема.

- Если умный дом отапливать не на юге, а в средней полосе, цена будет намного выше?

Игорь Юшков: Да, это довольно затратно. Вам потребуется довольно большая площадь, чтобы разместить больше солнечных панелей, потому что мы говорим, скорее, про пассивный дом, к которому не подходят другие коммуникации – нет электроэнергии из сети, нет газопровода, и там единственная возможность получить электроэнергию – это солнечные панели. Но, чтобы отапливаться постоянно солнечными панелями, не использовать, например, дровяную печь, это будет сложно. Основные затраты пойдут именно на отопление – нужно будет очень сильно утеплиться, подумать насчет размера окон – через них основные энергопотери проходят, поэтому я бы не рискнул делать такой пассивный дом. Хотя бы дровяную печь для отопления всегда нужно устанавливать, потому что солнце не гарантирует вам полное энергообеспечение.

- Насколько сложны такие системы в эксплуатации?

Игорь Юшков: Монтаж должны выполнить профессионалы, кто понимают, как это должно работать, по сути, это отдельная система проводки, вам в дом надо завести питание от самих панелей, электроэнергия будет сначала приходить в эти аккумуляторы, а потом расходиться по общедомовой проводке, по розеткам, выключателям и так далее. Здесь немножко сложнее, чем бытовая починка выключателя.

Обслуживать современные системы довольно легко. Не надо туда лезть, датчики вам все подскажут, что сломалось, достаточно или недостаточно энергии, насколько хватит запасов в аккумуляторе, и когда нужно будет выключить прибор.

- В 2020 году был принят закон о микрогенерации, благодаря которому люди могли продавать энергетические излишки. Насколько этот закон оказался рабочим?

Игорь Юшков: Пока мы видим создание нормативной базы в этом направлении. Действительно, представляется, что это будет определенным подспорьем для развития возобновляемой энергетики, потому что если ты сам потребляешь от солнечных панелей, например, энергию, то они, допустим, у тебя не окупаются, по сравнению с тем, если бы ты брал энергию из общей сети, сколько бы ты платил. Предполагается, чтобы убрать эти убытки, человеку можно дать возможность зарабатывать, то есть продавать лишнюю энергию в сеть, но пока это разрешили на уровне законодательства. Нужны дальше подзаконные акты, всевозможные инструкции, как это на практике реализовать.

Поэтому на практике сейчас никто из физических лиц обратно в сеть энергию не продает, еще нужна соответствующая нормативная база, как это все будет происходить, кто должен подключить тебя, какие деньги тебе за это надо платить, как устанавливается этот тариф, который тебе будут платить, какие приборы. Самое важное, что, может, растянет эту возможность на долгие годы, отдалит ее, это то, что подобная система завязана на установку по всей стране так называемых умных сетей – Smart grid, которые, получая из множества источников, а не с одной электростанции электроэнергию, будут сами автоматически распределять ее среди тех потребителей, которым она нужна.

По сути, необходимо обновить полностью все сетевое хозяйство, перевести с обычных электросетей на Smart grid – это может занять и пять, и десять лет.

- Видите будущее у таких независимых энергосистем в средней полосе России? Что нужно сделать, чтобы солнце на нас работало активнее?

Игорь Юшков: Для России вопрос заключается в том, а нужно ли в принципе это делать. Ведь возобновляемая энергетика традиционно развивалась там, где не было альтернативы, где не было других источников энергии, в частности, углеводородов, газа. Россия – мировой лидер по запасам газа, поэтому здесь большой вопрос, нужно ли это нам.

В Европе, если у них было столько запасов газа, как в России, я очень сомневаюсь, что они бы сейчас рассказывали нам про глобальное потепление, необходимость ВИЭ и так далее. Поэтому вопрос – зачем, а дальше уже можно говорить о том, как это мы будем развивать.

Я думаю, в России будет развиваться ветровая энергетика и солнечная. Может, отдельно для производства водорода, потому что с помощью возобновляемой энергетики можно производить так называемый зеленый водород и продавать его в Европу. Может быть, это будет экспортоориентированная отрасль, но пока она экономически неконкурентоспособна по сравнению с традиционной энергетикой – газовой, атомом.

Из чего сделаны фотоэлектрические панели? | Фотоэлектрическая энергия Atum Energy из Лодзи

Прочтите нашу статью и узнайте, из чего сделаны солнечные батареи!

Фотоэлектрические панели в настоящее время являются самым популярным источником возобновляемой энергии (ВИЭ) в мире. До недавнего времени солнечная энергия составляла лишь небольшой процент польского энергетического баланса. Сегодня фотоэлектричество играет важную роль в энергетической политике нашей страны.

Прежде чем решиться на установку, следует изучить основы солнечных модулей! Благодаря нашим руководствам вы избежите ошибок и лишних затрат, связанных с ремонтом фотогальваники .

фотогальванические элементы (часто называемые фотогальваническими элементами и солнечными элементами) представляют собой полупроводники , которые преобразуют солнечную энергию в электричество. Для этого они используют свои физические свойства. Фотогальваническое явление возникает, когда солнечный свет попадает на установленные элементы.

Из чего сделаны фотоэлектрические элементы?

Чтобы фотогальванические элементы выполняли все свои функции, в их конструкции должны быть использованы соответствующие элементы, обладающие свойствами полупроводников.Селен, кремний и германий чаще всего используются для производства модулей. Кремний играет важнейшую роль в проводимости. Почему его использование так важно? Он имеет четыре валентных электронов на последней оболочке, которые ответственны за явление фотоэмиссии. При создании фотоэлектрических модулей кремний соединяется с селеном, получая большее количество электронов. Чем больше валентных электронов, тем явление фотоэмиссии сильнее.

Как устроены солнечные батареи?

Солнечные панели

Стандарт состоят из модулей, соединенных между собой последовательно и параллельно.Для получения максимальной отдачи от фотоэлектрических модулей необходимо установить их под правильным углом, который обеспечит наиболее эффективный сбор энергии солнечного излучения. Также помните, что все утвержденные солнечные панели устойчивы к загрязнению, коррозии, влаге и другим погодным условиям.

Существуют следующие технологии производства фотоэлектрических панелей :

  • кристаллический,
  • органический,
  • тонкая пленка,
  • многослойный.

Для солнечных панелей предусмотрено два типа электрических соединений:

  • Параллельные соединения - это соединения, наиболее часто используемые в автономных системах , где упор делается на максимально возможный уровень тока, получаемый в системе для зарядки аккумуляторов.
  • Последовательные соединения - представляют собой соединения, в которых суммируются напряжения отдельных панелей системы, а ток остается постоянным.Этот тип соединения используется в сетевых системах строк . Важно не забывать использовать панели одной серии и типа данной серии.

Силиконовые панели – избегайте затенения!

Затенение может отрицательно сказаться на силиконовых панелях! Это один из самых больших недостатков таких элементов PV . Кристаллические ячейки, используемые в модулях, соединены последовательно друг с другом, благодаря чему вся серия работает так же, как и самая слабая ячейка.Если часть фотогальванического модуля , который был установлен в вашем доме, заштрихована, вы должны считаться с тем, что вся установка будет работать как заштрихованная область, поэтому рентабельность солнечных панелей будет низкой.

Боитесь, что ваши солнечные панели не обеспечат обещанной производительности? Воспользуйтесь предложением Atum Energy ! Профессиональная сборка фотогальванической установки гарантирует вам. Перед установкой мы проведем аудит здания и подберем необходимые решения, которые позволят вам избежать затенения солнечных панелей! Если вы хотите воспользоваться нашим многолетним опытом – обращайтесь к нам за установкой фотоэлектрической установки!

.

Как производятся фотоэлектрические элементы?

Каждый, будь то проектировщик или подрядчик по установке систем, рано или поздно заинтересуется фотоэлектричеством. Особенно после объявленного повышения цен на электроэнергию. Поэтому стоит познакомиться с ними «изнутри», ведь это отрасль, которая развивается очень динамично. Возможно, скоро фотогальваническая установка станет стандартным оборудованием почти в каждом доме. Высокая в настоящее время стоимость во многом является следствием производственного процесса.

Что такое ФЭ?

Фотогальваника — это отрасль науки и техники, которая занимается преобразованием солнечной энергии в электричество с использованием фотогальванического явления… то есть производством электричества из солнечного излучения.
Солнечная фотоэлектрическая батарея часто описывается как: фотоэлектрическая. Это международная аббревиатура фотогальванического эффекта: PhotoVoltaic (PV): фото - свет; вольтовый - напряжение.

Старая новая технология

Краткая история развития фотовольтаики, в которой также участвуют поляки:
• в 1839 г. Эдмунд Беккерель замечает явление образования электрического тока в некоторых материалах, подвергнутых облучению, которое он не мог объяснить…
• только в 1905 г. Альберт Эйнштейн описал образование фотогальванического эффекта, за который получил Нобелевскую премию
• В 1918 г. польский ученый Ян Чохарский открыл способ получения монокристаллов кремния, который в 1941 г.стал основным компонентом первого кремниевого фотоэлектрического элемента
• первый фотоэлектрический элемент с КПД около 6% на основе кремниевого p-n перехода был создан в 1954 г. в Bell Laboratories в США,
• четыре года спустя ( 1958 г.) был запущен в космос первый спутник с питанием от фотоэлектрических элементов,
• с 1975 г. - первые коммерческие применения фотоэлектрических элементов,
• в 2013 г. запатентована новая технология фотоэлектрических элементов на основе перовскита, разработанная поляком Ольгой Малинкевич ,
• Текущие исследования в целях разработки дешевой технологии производства фотоэлектрических элементов при одновременном повышении их эффективности и срока службы в основном относятся к тонкопленочным элементам.

Производство поликристаллических элементов в обучающих видеороликах
Производство и принцип работы на основе фильмов SolarWorld:
Производство солнечного элемента
Как изготавливаются фотоэлементы

Как делается ссылка?

Поликристаллические элементы изготовлены из пластин, вырезанных из кремниевых блоков.
Основным материалом является кремний, который при кристаллизации связывается с атомами бора (B).Из большого блока кремния вырезаются более мелкие, с размерами, соответствующими кремниевой пластине будущего фотоэлемента.

В стерильных условиях необработанные силиконовые пластины тщательно очищаются. Травление удаляет даже мельчайшие загрязнения, оставшиеся после резки кремниевых блоков на пластины. С применением химических веществ происходит дальнейшая очистка и формирование поверхности солнечных пластин – так называемаятекстурирование.

Текстурирование создает на пластине неровности (углубления), которые увеличивают площадь поверхности клетки. Таким образом, площадь, покрываемая солнечными лучами, увеличивается. В результате клетка поглощает больше солнечной энергии и может производить больше электроэнергии.

После этого плитка "фосфатируется". Подвешенные попарно спиной к спине плитки помещаются в специальную печь. Там при температуре 800°С одна сторона пластины напыляется фосфором.

На свободных поверхностях отложение газа - фосфора. Он проникает в пластину на уровне атома. Таким образом, в пластине образуются два слоя с разными потенциалами:
• отрицательный («-»), в части атомов фосфора (P) пластины, называемой кремнием «n»-типа;
• положительный («+»), содержащий атомы бора (B), называемый слоем кремния «p»-типа. Таким образом получается пластина, преобразующая солнечную энергию в электрическую. Можно сказать, что у нас уже есть фотоэлектрический элемент.Но это еще не все...

Пластина толщиной 0,2 мм подвергается последовательной ванне с кислотой, которая травит дно ячейки и ее края. В результате этого нижняя положительная часть ячейки «p» («+») электрически изолируется от верхней части «n» с отрицательным зарядом («-»).

Следующий шаг — поместить ячейку в плазменную камеру. В камере серая пластина становится синей.Темный цвет уменьшает оптические потери. Он увеличивает поглощение солнечной радиации, что приводит к лучшему использованию солнечной энергии и ее преобразованию в электричество.
Для того, чтобы электричество (электроны) вышло из клетки, нужны электрические контакты - "электрические провода". На пластину методом трафаретной печати наносятся специальные проволоки.
А для передней части тонкие контактные провода.

При высокой температуре контактные провода "вжигаются" в пластину - прочно прикреплены к пластине.Таким образом, солнечный элемент был создан из кремниевой пластины.
Каждое звено проверяется на наличие трещин, царапин и других возможных повреждений. Также проверяется их эффективность и электрические свойства.
В зависимости от результатов проверки ячейки сортируются по классам. Даже для 32 классов ячеек с разными параметрами.

В статье использована графика из SolarWorld.

.

Photovoltaics: Из чего сделаны солнечные панели?

Скорость добавления панелей должна быть впечатляющей. Фотоэлектричество уже отвечает за 99 процентов. в нашей стране установлены возобновляемые источники энергии, и на конец июня общая мощность всех польских установок, производящих электроэнергию от солнца, составляла 5,357 мегаватт. Это означает увеличение на целых 117%. по сравнению с июнем 2020 года. Только в июне 2021 года мощность польских фотоэлектрических систем увеличилась на 384 МВт благодаря более чем 35 тыс.новые установки.

На первый взгляд панели выглядят как единый лист, но каждая панель изготовлена ​​из различных материалов, каждый из которых играет определенную роль в своей функции. Важнейшим элементом каждой панели являются пластины кристаллического кремния, которые используются для преобразования фотонов в электричество. Кремний является основным составляющим материалом более чем на 95 процентов. ячеек, доступных на рынке. Остальные 5 процентов. использует разрабатываемые экспериментальные материалы, такие как органические фотоэлектрические элементы.Лаборатории работают над панелями следующего поколения на основе более экзотических материалов, таких как перовскиты, но они, вероятно, не появятся на рынке еще несколько лет.

В основе работы панелей лежит так называемый фотоэлектрический эффект. Все началось с Эдмона Беккереля, молодого физика, работавшего во Франции, который в 1839 году заметил, что некоторые материалы производят электричество при воздействии света.

На практике это работает таким образом, что когда солнечные лучи попадают на поверхность материала, они выбивают электроны, содержащиеся в структуре материала.Высвобожденные таким образом электроны начинают течь между электродами, создавая разность потенциалов и электрический ток.

Первые патенты на световые устройства начали появляться еще в 1888 году. Однако первые элементы были очень сложными в производстве и дорогими. Изобретатель из Нью-Йорка Чарльз Фриттс создал свой первый солнечный элемент, покрыв селен тонким слоем золота.Его элемент достиг скорости преобразования энергии от 1 до 2 процентов, то есть только 1-2 процента энергии, попадающей на панели, преобразовывались в электричество. Большинство современных солнечных элементов работают с эффективностью от 15 до 20 процентов.

В 1950-х годах в Bell Laboratories поняли, что полупроводниковые материалы, такие как кремний, более эффективны, чем селен. Им удалось создать солнечный элемент с КПД 6 процентов. У кремния есть одно огромное преимущество: это один из самых распространенных элементов на Земле.Это буквально везде. В результате стоимость ячеек может резко снизиться.

Конечно, одного кремния недостаточно. Фотоэлектрические панели также состоят из многих других компонентов, включая стекло, пластик, металл и проводку. Солнечные панели обычно покрыты слоем стекла и антибликовым покрытием для защиты чувствительных кремниевых солнечных элементов при передаче света. Все поддерживается на полимерной раме для монтажа на крыше или в системе заземления.

Кремний как материал для фотогальванических элементов имеет много преимуществ.Он широко доступен (часто получают из обычных кварцитовых пород и песка) и дешев, что делает его идеальным для массового производства. Его можно легко оптимизировать, чтобы максимизировать эффективность фотогальванического эффекта, увеличивая эффективность ячеек. Также он очень прочный, благодаря чему устройства, построенные на его основе, служат долго.

Наиболее распространенными типами солнечных панелей являются монокристаллические солнечные панели, поликристаллические солнечные панели и тонкопленочные солнечные панели:

Монокристаллические кремниевые панели изготовлены из монокристалла.Они самые эффективные, но и самые дорогие. Солнечные элементы из поликристаллического кремния состоят из множества кристаллов, соединенных вместе. Они не так эффективны, как монокристаллические панели, но значительно дешевле. Тонкопленочные солнечные элементы изготовлены из аморфного кремния, что делает их наиболее гибкими солнечными панелями, но и наименее эффективными.

Чтобы удовлетворить постоянно растущий спрос на фотоэлектрические элементы, процесс производства необходимо было максимально упростить, упростить и стандартизировать.

Первый шаг — расплавить кремний и смешать его с дополнительными материалами. Затем он формируется в листы, которые можно разрезать и превращать в составные ячейки. Готовые ячейки затем закрепляются слоем материала, например стекла или пластика.

После создания солнечных элементов их необходимо соединить вместе в правильном размере, форме и конфигурации. Для этого производители припаивают их к основе панели, которая изготовлена ​​из токопроводящего металла.База не только служит элементом крепления для ячеек, но и несет вырабатываемую ими электроэнергию.

Затем этот модуль соединяется с внешней рамой, обычно изготовленной из полимеров, которая стабилизирует и защищает всю панель, одновременно изолируя электрические компоненты. Все это дело покрыто защитным слоем стекла. Готовую панель можно упаковать и отправить монтажникам.

Фотоэлектрические панели не появляются из ниоткуда по мановению волшебной палочки, поэтому их производство также связано с воздействием окружающей среды.

Производство панелей часто требует использования агрессивных химикатов, таких как гидроксид натрия и фтористоводородная кислота, а в процессе используются вода и электричество, производство которых приводит к выбросам парниковых газов. Процесс производства фотогальванических элементов требует температур до 2000. градусов, что требует энергии. Часто получают из традиционных загрязняющих источников.

Однако технология производства панелей постоянно совершенствуется, а степень воздействия на окружающую среду продолжает снижаться.Важно отметить, что даже с учетом этапа производства энергия, вырабатываемая фотоэлектричеством, связана с выбросами от 3 до 25 раз меньше, чем производство такого же количества энергии из ископаемого топлива.

Технологии переработки уже использованных панелей постоянно совершенствуются. Это одна из основных проблем, связанных с технологией: Международное агентство по возобновляемым источникам энергии (IRENA) в 2016 году подсчитало, что на конец этого года во всем мире было около 250 000 метрических тонн отходов солнечных панелей.К 2050 году их должно было быть 78 миллионов тонн.

Однако весьма вероятно, что они не окажутся на свалках. В том же отчете IRENA говорится, что «при полном повторном внедрении в экономику стоимость материала, извлеченного из панелей, может превысить 15 миллиардов долларов к 2050 году».

Картина

.

Почему производство солнечных панелей переместилось в Азию? [КОММЕНТАРИЙ]

Хотя Европа остается на втором месте по производству солнечной энергии (общая установленная мощность ЕС составляет 131,7 ГВт, что соответствует почти 21% мирового потенциала), она находится в хвосте производителей солнечной инфраструктуры.

Не глядя можно догадаться, какая страна в последнее десятилетие взошла на трон производителя как панелей, так и солнечной энергии. Безусловным лидером является Китай, который один обладает третью часть мирового потенциала.Почти две трети всех панелей в мире производятся в Китае.

С 2008 года наблюдается массовый отток растений из Европы, Японии или США в Китай, а также в Малайзию, Филиппины и Тайвань.

Причины этого процесса те же, что и для других отраслей. В этих азиатских странах производство просто дешевле, хотя, и здесь мы затрагиваем деликатный вопрос, есть еще и аспект воздействия производства фотоэлектрической инфраструктуры на окружающую среду.

Нечистая энергия

В двух словах - чаще всего солнечная панель начинается с кварца, наиболее распространенной формы диоксида кремния, который перерабатывается в элементарный кремний. И тут есть проблема - из рудников добывают кварц, что подвергает горняков профессиональному заболеванию, силикозу легких. Довольно редко в медиапространстве путь возобновляемой энергии солнца начинается почти точно там же, где начинается добыча энергии из угля.

Предварительное рафинирование превращает кварц в металлургический кремний, вещество, в основном используемое для упрочнения стали и других металлов. Это происходит в гигантских печах, и поддержание в них высокой температуры требует много энергии. К счастью, уровни этих выбросов — в основном двуокиси углерода и серы — не могут нанести большого вреда людям, работающим на кремниевых заводах, или ближайшей окружающей среде, хотя они все равно выбрасывают в атмосферу тонны этих газов.

Однако на следующем этапе — превращении металлургического кремния в более чистую форму, называемую поликремнием, — образуется высокотоксичное соединение — тетрахлорид кремния.В процессе очистки соляная кислота сочетается с металлургическим кремнием для преобразования его в так называемые трихлорсиланы. Затем трихлорсиланы реагируют с добавленным водородом с образованием поликремния вместе с жидким тетрахлоридом кремния - три или четыре тонны тетрахлорида кремния на каждую тонну поликремния.

Большинство производителей перерабатывают эти отходы для производства большего количества поликремния. Для извлечения кремния из тетрахлорида кремния требуется меньше энергии, чем для его извлечения из необработанного кремнезема, поэтому переработка этих отходов может сэкономить деньги производителям.Однако оборудование для переработки может стоить десятки миллионов долларов. Поэтому некоторые компании просто выбрасывают побочный продукт. При контакте с водой, что трудно предотвратить при случайном выбросе, тетрахлорид кремния выделяет соляную кислоту, подкисляя почву и выделяя ядовитые пары.

Когда фотогальваническая промышленность была меньше, производители солнечных элементов получали кремний от производителей микросхем, которые отказывались от пластин, не отвечающих требованиям компьютерной индустрии к чистоте.Но фотоэлектрический бум требовал большего, чем остатки полупроводниковой промышленности, и в Китае было построено много новых заводов по переработке поликремния. Немногие страны в то время имели строгие законы о хранении и утилизации отходов тетрахлорида кремния, и Китай не был исключением.

Журналисты Washington Post в 2008 году сообщили о заводе Luoyang Zhonggui High-Technology Co., который расположен недалеко от реки Янцзы. Он поставлял поликремний крупнейшему в то время производителю солнечных панелей в мире Suntech Power Holdings.Журналисты выяснили, что компания выбрасывала тетрахлорид кремния на соседние поля вместо того, чтобы инвестировать в оборудование для его переработки. Пары этого химического соединения делают почву бесплодной и угрожают здоровью обитателей.

С тех пор ситуация улучшилась, и производители панелей все чаще обращаются к поставщикам поликремния с просьбой об охране окружающей среды. Кроме того, простое «вырезание» панелей из кирпичоподобных блоков на одной из последних стадий производства предполагает наличие многих опасных химических веществ, что увеличивает риск для рабочих.

Европа вернется в игру?

Европа, однако, не складывает оружия. Годовой оборот фотогальванической промышленности на Старом континенте в настоящее время оценивается примерно в 5 миллиардов евро. В мае около ста компаний и организаций из 15 стран сформировали коалицию Solar Europe Now, целью которой является поддержка и развитие европейской фотоэлектрической отрасли. Коалиция обратилась к учреждениям ЕС с просьбой о большей нормативной и финансовой поддержке фотогальваники, в том числе в области исследований, инноваций и внедрения новых технологий, утверждая, что фотоэлектрический сектор является частью «Зеленого курса» и может внести значительный вклад в реализацию климатической политики ЕС.

Согласно отчету Solar Europe Now, опубликованному в мае, доля фотогальваники в настоящее время составляет около 3 процентов. общий спрос на энергию в ЕС с расчетным потенциалом до 15%. до 2030 года. Между тем - хотя в 2007 году на долю Европы приходилось 30 процентов. мировое производство фотоэлектрических модулей — на данный момент его доля снизилась до 3%. С другой стороны, около 2/3 мирового производства приходится на Китай.

Следует также помнить, что рынок в 2007 г. был намного меньше, падение с 30% до 3% не означает, что промышленность сократилась в 10 раз, а то, что новые заводы не создаются.

Несмотря на преимущества китайских производителей, в Европе по-прежнему можно построить процветающую промышленность по производству фотогальванических элементов и модулей, - говорит Solar Europe Now, указывая, что это может обеспечить около 100 000 рабочих мест во всей цепочке поставок. новые рабочие места. Однако для того, чтобы это стало возможным, ЕС должен признать солнечные фермы стратегическим сектором.

«Развитие и популяризация этой технологии, как и любой другой технологии, зависят от финансовых ресурсов. Следовательно, любые ресурсы, которые Европейский союз или правительства выделяют на развитие таких проектов, являются хорошей инициативой.Однако бюджеты на продвижение этой технологии нельзя отделять от законодательства, которое должно поддерживать их параллельно», — говорит Михал Скорупа, глава компании Foton Technik, входящей в Innogy Group.

«Если европейский рынок на самом деле должен быть хорошим противовесом Китаю, который сегодня является основным производителем, то мы должны думать о не менее 10 ГВт установленной мощности производственных линий в год для достижения этой цели и для того, чтобы этот рынок действительно был способны конкурировать с азиатским рынком», — добавляет он.

ЕС может поддерживать сектор разными способами. Выделение средств из бюджета на развитие фотоэлектрического производства представляется наиболее простым и очевидным. Сокращение количества правил для этого сектора также является решением.

Брюссель должен зависеть от крупнейшей в Европе солнечной промышленности, во-первых, из-за планов по борьбе с изменением климата, а во-вторых, из-за рабочих мест. Хотя на самом деле климатических целей можно достичь, производя энергию из панелей, закупленных в Китае.

Трудно судить, можно ли конкурировать с Поднебесной сейчас или когда это станет возможным, но отдать рынок без боя, безусловно, сложно.

newseria.pl/washingtonpost.com/energetyka24.com/dcz

.

Как работают фотогальванические элементы? Выяснить!

О конструкции фотоэлемента

Прежде чем перейти к принципу работы фотоэлемента, давайте обсудим его конструкцию. Ячейка является важным и основным элементом фотоэлектрической панели. Как уже было сказано, он чаще всего изготавливается из кремния. Также стоит знать, что элементы также сделаны из селена или германия. Почему?

Ну это так называемые полупроводниковые материалы. Именно они позволяют панелям преобразовывать энергию солнечных лучей в электричество.Как именно это происходит? Начнем с полупроводникового p-n перехода. Есть два слоя - положительный (p) и отрицательный (n). В верхнем слое, обращенном к источнику света, имеется избыток электронов. В свою очередь, в нижнем слое - дефицит. Под действием фотонов электроны перемещаются из отрицательной области (n — от англ.: , отрицательная ) в положительную область (р — , положительная ). В результате возникает движение электронов, которое есть не что иное, как протекание электрического тока.

В основе работы фотогальванического элемента лежит т.н. фотогальваническое явление (также фотогальванический эффект ), открытое и описанное в 1839 году Александром Эдмундом Беккерелем. За десятилетия мы научились использовать энергию, образующуюся в процессе воздействия этого явления. Здесь необходимо помнить, что ток, получаемый в ячейке, является током постоянным. Вам нужен переменный ток дома или в офисе. Поэтому для преобразования константы в переменную используется устройство, называемое инвертором или инвертором.Это неотъемлемый элемент любой фотогальванической установки.

Принцип работы фотогальванических элементов

Выше мы обрисовали контекст производства электроэнергии в фотогальванических элементах. Основной целью работы этих ячеек мы считаем получение электрического тока. Принцип их работы основан на приеме солнечного излучения и преобразовании его в постоянный ток. Фотоны играют важную роль в этом процессе. Как вы знаете, они образуются на солнце и являются частицами электромагнитного излучения.

Затем фотоны поглощаются кремнием фотогальванического элемента. Здесь электрон полностью поглощает энергию фотона. В этот момент электрон смещается и меняет свои свойства. Это движение считается электрическим током. Здесь мы имеем дело с реальным преобразованием солнечной энергии в электрическую. В общем, принцип работы фотоэлементов тоже основан на этом. В дальнейшем постоянный ток будет преобразован в переменный.Это следующий этап, на котором вышеупомянутые инверторы играют ключевую роль.

Каковы преимущества использования элементов

Основная причина, по которой мы решили использовать фотогальванические решения, это экология, а в долгосрочной перспективе - возможная экономия. Финансовая перспектива явно заманчива, но стоит помнить, что выбирая фотоэлектрические панели, мы стремимся уменьшить выброс загрязняющих веществ в окружающую среду.

Еще одним важным аспектом является долговечность панелей, включая солнечные элементы. Они могут служить нам даже десятилетиями, и по истечении гарантийного срока во многих случаях мы не заметим значительного снижения эффективности фотоэлектрических устройств. Фотоэлектрические элементы не требуют слишком частого обслуживания, и это опять-таки приведет к большей экономии.

Что еще нужно знать?

В настоящее время существует несколько поколений фотоэлектрических элементов.Первое поколение, вероятно, является наиболее известным разделением на моно- и поликристаллические ячейки. Это различие в основном основано на форме используемого кремния. У первого типа это монокристалл кремния (отсюда и название типа панели), у второго — кремниевая пластина. Производство монокристаллических ячеек занимает больше времени, поэтому монокристаллические панели сейчас считаются более дорогими (но и более эффективными!). Поликристаллические панели, в свою очередь, являются менее эффективным вариантом, и в то же время более дешевым. Оба они относятся к группе толстопленочных клеток.

Среди клеток второго поколения наиболее распространены аморфные клетки. Ячейки названы в честь аморфного кремния, используемого в производстве. По сравнению с кристаллическим кремнием аморфный кремний имеет более тонкий слой. Отсюда определение ячеек второго поколения как тонкопленочных ячеек. Они не очень популярны на рынке. Хотя их цена кажется намного ниже, эффективность и долговечность второго поколения ставят второе поколение намного дальше в рейтинге симпатий клиентов.

Клетки третьего поколения в настоящее время находятся на стадии исследований. Уже известно, что они основаны на разных технологиях. Кроме того, отказ от p-n полупроводниковых переходов может вскоре привести нас к пересмотру принципа работы фотогальванических элементов. На данный момент, однако, мы знаем, что элементы этого поколения еще достаточно неэффективны, но технология, используемая в нем, дешева в производстве, а сами элементы долговечны и хорошо противостоят неблагоприятным условиям.

Похожие статьи

Заполните форму

Напишите нам, наш специалист свяжется с вами и подготовит индивидуальное предложение ESOLEO.

Имя и фамилия *

Адрес электронной почты *
Номер телефона *

Я заявляю, что ознакомился с Регламентом и Политикой конфиденциальности и принимаю их содержание *
Я даю согласие на обработку предоставленных мной персональных данных ESOLEO Sp. о.о. со штаб-квартирой на ул. Wyścigowa 6, 02-681 Варшава, чтобы представить коммерческое предложение ESOLEO по телефону, SMS, MMS, электронной почте или во время визита коммерческого консультанта (основание - статья 6 пар.1 лит. a GDPR).*
Я даю согласие на обработку моих персональных данных в области имени, фамилии, номера телефона, адреса электронной почты с целью маркетинга продуктов и услуг ESOLEO по телефону, SMS, MMS или электронной почте ( основанием является пункт 1 (а) GDPR).

* Обязательные поля

Благодарим вас за интерес к нашему предложению, благодаря которому вы сэкономите на счетах за электроэнергию и позаботитесь об окружающей среде.

Ваша заявка зарегистрирована в нашей системе. Наш консультант свяжется с вами для организации бесплатного аудита в течение 8 рабочих дней.

С уважением, ESOLEO

Этот веб-сайт использует файлы cookie
. Файлы cookie необходимы для правильного функционирования веб-сайта. Чтобы предоставлять услуги в соответствии с индивидуальными интересами, мы используем их для запоминания деталей отправки контактных данных и сбора статистических данных для оптимизации функциональности веб-сайта. Нажмите кнопку «Перейти на страницу», чтобы принять использование файлов cookie и перейти непосредственно на страницу Перейти на страницуПолитика конфиденциальности .

Электричество от Солнца - как оно производится?

Фотоэлектрические панели появляются на все большем количестве крыш в Польше, а общая мощность фотоэлектрических установок в нашей стране достигает 6 ГВт. Вы, наверное, уже знаете, что инвестиции в фотоэлектрическую установку — это простой способ сократить счета за электроэнергию. Но задумывались ли вы, как на самом деле производится электричество от солнца и от чего оно зависит? Мы объясняем.

Что такое ФЭ?

Фотоэлектричество — технология, позволяющая производить электроэнергию из энергии, получаемой от солнечного излучения.Принцип работы такой системы довольно прост и основан на фотоэлектрическом явлении, широко известном в мире науки с середины девятнадцатого века.

Что такое фотогальванический эффект?

Это явление происходит в фотогальванических элементах, из которых состоят характеристические панели. Эти элементы изготовлены из полупроводниковых материалов — кремний был доминирующим сырьем в течение многих лет. О чем этот процесс? Вкратце:

  • лучей солнечного света падают на фотогальванические элементы, которые сделаны из кристаллов кремния,
  • когда фотоны солнечной энергии поглощаются кремниевым элементом (обычно снабженным p-n переходом, являющимся потенциальным барьером), происходит выбивание электронов из полупроводникового материала,
  • возбуждение электронов вызывает смещение положительных и отрицательных зарядов в ячейке друг относительно друга, что приводит к выработке электричества.

Важно отметить, что фотоэлектрические модули производят постоянный ток. Поэтому преобразование солнечной энергии в электрическую — это только первый шаг в ее преобразовании.

Что происходит с энергией, вырабатываемой солнечной панелью?

Постоянный ток, вырабатываемый фотогальваническими панелями, затем передается по солнечным кабелям на инвертор. Инвертор часто называют сердцем фотоэлектрической системы. Именно здесь солнечная энергия, а точнее постоянный ток, вырабатываемый солнечными панелями, преобразуется в переменный ток.Его параметры соответствуют требованиям сети, которую он будет снабжать.

Таким образом, можно сказать, что фотогальванические установки позволяют производить электроэнергию с техническими характеристиками, аналогичными электроэнергии из энергосистемы. Разница между ними в том, что благодаря фотовольтаике можно бесплатно получать электроэнергию от солнца, производство которой не загрязняет окружающую среду и является экологически чистым.

Где установлена ​​фотоэлектрическая установка?

Электроэнергия от солнца может быть произведена для собственных нужд, например.для дома, а также с целью его передела. Так работают большие солнечные фермы. Одно можно сказать наверняка: фотогальваническая установка является выгодным решением для очень широкой группы пользователей.

Это связано, в частности, с большими возможностями установки системы производства электроэнергии. Условие простое: электричество можно производить только тогда, когда солнечные панели должным образом подвергаются воздействию солнечных лучей. Поэтому чаще всего их монтируют:

  • на крышах зданий - обязательно в не затененных местах и ​​ориентированных нужной стороной к солнцу.Наиболее рекомендуется устанавливать фотогальванические элементы на южном скате крыши, но хорошие результаты достигаются и при направлении их на запад или восток. Север наименее благоприятен;
  • на земле - на специальных конструкциях панели устанавливаются в первую очередь для создания фотоэлектрической фермы, потому что тогда нужно много модулей. Однако это решение можно использовать и в районе односемейного дома или фермы, если нет возможности разместить модули на крыше.

Как фотоэлектрические панели получают солнечную энергию?

Солнечные панели собирают энергию солнца в течение дня - когда на них светит солнце. Это происходит автоматически — так работает фотогальваническое явление. Однако стоит знать, что от расположения панелей во многом зависит то, насколько эффективно будет поглощаться и использоваться солнечное излучение. Важны:

  • угол наклона панелей,
  • их воздействие на солнце - даже незначительное затенение может снизить эффективность всей системы (в зависимости от того, как подключены модули),
  • направление установки.

Преимущества получения электричества от солнца

Получение электричества от солнца имеет много преимуществ. Прежде всего:

  • позволяет сократить счета за электроэнергию до 90%,
  • является проэкологичным - солнечная энергия, как и другие возобновляемые источники энергии, является нулевой эмиссией,
  • позволяет повысить энергонезависимость и минимизировать «восприятие» последующих цен увеличивается текущими.

Установка фотогальваники также субсидируется, что означает, что срок окупаемости инвестиций составляет от 5 до 8 лет.

Сколько энергии может производить фотоэлектрическая установка?

Количество энергии, выделяемой Солнцем, зависит, среди прочего, от от широты установки. В Польше она составляет в среднем 1000 кВтч/м2/год, однако эти значения в различных районах страны колеблются от 900 до 1200 кВтч/м2/год. Конечно, больше радиации доступно весной и летом и меньше осенью и зимой. Тем не менее, даже в пасмурные зимние дни номинальная мощность элементов не падает до нуля, а просто становится меньше.

Мощность установки зависит от мощности отдельных панелей - она ​​должна быть адаптирована к потребностям домохозяйства или компании. Потребуется больше электроэнергии, например, если в здании установлен тепловой насос.

Начните производить электроэнергию из солнца - инвестируйте в фотоэлектричество вместе с нами!

Вы хотите начать генерировать бесплатную электроэнергию из фотогальваники? Свяжитесь с нами, чтобы получить бесплатное предложение и обсудить детали сотрудничества со специалистами. Мы приглашаем!

.

Как работают солнечные панели - Pioneer Energy

Все чаще мы задумываемся об альтернативных источниках энергии и рано или поздно начинаем задаваться вопросом, как работают солнечные батареи? Солнечная энергия является третьим по величине возобновляемым источником энергии в мире. Он вырабатывает электроэнергию не только для нужд домохозяйств, но и промышленных предприятий, значительно сокращая счета. При рассмотрении вопроса об установке нового источника энергии стоит знать, как работают солнечные панели и из чего состоит фотоэлектрическая установка.

Так как же работают солнечные панели?

Действие панелей основано на фотоэлектрическом явлении. О чем это?

Фотогальваническое явление использует функционирование двух элементов:

Фотогальванические элементы (фотоэлементы), в которых в качестве полупроводника используется кремний, основанный на разности потенциалов
потока солнечного света (фотонов), несущих определенный энергетический заряд.

Следствием фотогальванического явления является фотогальванический эффект, т.е. реакция, происходящая в полупроводнике под действием солнечного света.Это приводит к образованию носителей заряда.

Хотя первая солнечная панель в истории была сделана из селеновых элементов, сегодня широко используется кремний.

Есть три вида:

  • монокристаллический кремний, с высокоупорядоченной структурой. Элементы из этого типа кремния характеризуются наивысшей эффективностью преобразования солнечной энергии в электрическую (так называемый КПД). КПД такого модуля находится на уровне 15-19%.На практике это означает, что 15%-19% энергии солнечного излучения, приходящейся на 1 м2 ячеек, преобразуется в электроэнергию.
  • поликристаллический кремний , с менее упорядоченной структурой и большим количеством дефектов. КПД этих модулей достигает 14-16%.
  • Аморфный кремний , который не имеет форму кристалла, поэтому имеет сильно хаотичную структуру с очень большим количеством дефектов. КПД этих модулей составляет всего 9-14%.

Из-за более дорогого производства монокристаллических элементов в наших домашних установках чаще всего используются элементы из поликристаллов.

Как работает солнечный элемент

Фотоэлектрический элемент состоит из двух слоев полупроводника. Первая, состоящая из атомов с большим числом электронов на последней оболочке. Он имеет отрицательный заряд. Второй слой состоит из атомов с пустыми местами после электронов, т.н. отверстие и имеет положительный электрический заряд. На границе этих двух слоев атомы первого слоя «отдают» свои лишние электроны атомам второго слоя, заполняя пустые места.Это создает соединение, состоящее из атомов с нейтральным электрическим зарядом. Для того чтобы в фотоэлементе вырабатывалось электричество, на него должен попадать солнечный свет, т.е. поток частиц (так называемых фотонов) с порцией энергии.

Кремний, поглощая фотон, приводит в движение электрон, и это движение производит электричество. Как выглядит этот процесс?

Солнечная энергия, достигающая клетки, поглощается электронами на последней из электронных оболочек.В результате подведенной энергии они «выбиваются» из покрытий и свободно циркулируют по полупроводниковому материалу в первом слое. В то же время во втором слое увеличивается количество атомов с дырками. Это приводит к различию зарядов на обоих слоях, т. е. натяжению. Свободные электроны из первого слоя стремятся снова заполнить дырки в атомах во втором слое. Однако разъем, действующий как «изолятор», эффективно препятствует им в этом.

Подключение приемника к фотогальваническому элементу и, таким образом, замыкание электрической цепи вызовет поток свободных электронов к положительно заряженным атомам.Именно это упорядоченное движение электронов и есть наш ток! Его интенсивность пропорциональна интенсивности солнечного излучения, а также поверхности фотогальванического элемента.

Элементы, маленькие квадраты - кремниевые пластины являются основными элементами, которые объединяются в фотоэлектрические модули для получения большего количества энергии. Так делают солнечные батареи.

Сколько энергии производит солнечная панель?

В оптимальных лабораторных условиях панели производят от 900 кВт до примерно 1100 кВтч на 1 кВт мощности установки в течение 12 месяцев.

На то, сколько панель фактически производит в реальных условиях, влияет множество факторов:

  • Атмосферные условия (идеальные 25 градусов С, интенсивность солнечного излучения 1000кВт на м2, ветер 1м/с, практически отсутствуют в природе)
  • место установки (без шторки, южная сторона)
  • Технология
  • использовала технологию для создания фотоэлектрического модуля.

Поэтому вся фотогальваническая установка должна быть оптимально адаптирована к преобладающим условиям.Каждый из элементов инсталляции оказывает на нее влияние. Основным и наиболее заметным элементом являются, конечно же, фотоэлектрические панели, но они являются частью более крупной системы.

Постоянный ток, генерируемый в ячейках, направляется на инвертор. Инвертор (инвертор) — это устройство, которое можно уподобить мозгу всей установки, потому что оно направляет ее работу. Он преобразует постоянное напряжение, генерируемое панелями, в переменное напряжение, которое мы можем использовать для питания всех устройств в нашем доме (или на рабочем месте).

Установка также включает в себя более мелкие, но не менее важные элементы, такие как соединительные кабели, которые используются для соединения фотоэлектрических панелей и инвертора вместе, а также для подключения инвертора к распределительному устройству в нашем доме. При установке солнечной установки нельзя забывать о защите как со стороны постоянного тока (постоянного тока), так и со стороны переменного тока (переменного тока).

Еще одним элементом электростанции являются монтажные комплекты (несущие конструкции), на которые панели будут монтироваться на крыше.Они обеспечивают устойчивость и правильное расположение фотоэлектрических панелей, позволяют надежно закрепить солнечные панели, чтобы в случае сильных порывов ветра их не сорвало.

Солнце в возобновляемых источниках энергии — наш союзник.

Благодаря солнечным панелям мы можем бесплатно пользоваться «собственной» электроэнергией, вырабатываемой нашей фотогальванической установкой. Экология и экономия в одном.

Нужна дополнительная информация?

Свяжитесь с нами!

Вы также можете запросить БЕСПЛАТНОЕ предложение!

.

Смотрите также