Как работает солнечная батарея


Принцип работы солнечной батареи: как устроена панель

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

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

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

Содержание статьи:

Солнечные батареи: терминология

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

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

Галерея изображений

Фото из

Установка из солнечных панелей позволяет рационально использовать бесплатную, к тому же неисчерпаемую энергию солнечных лучей

Миниатюрные электростанции, собранные из солнечных батарей, обеспечат энергией неэлектрифицированные объекты и дома, расположенные в регионах с перебоями в поставке электричества

Установки, перерабатывающие УФ излучение в электроэнергию, занимают минимум места. их располагают на крышах домов, хозпостроек, гаражей, беседок, веранд. Реже их располагают на открытых, не занятых постройками и насаждениями площадках

Солнечные батареи - незаменимое оборудование для любителей путешествий. Оно обеспечит энергией вдали от источников электропитания

Использование солнечной энергии предоставит возможность существенно сократить затраты на содержание дач и загородных домов. собрать и установить экономически полезную систему без затруднений можно собственными руками

Расположенные на корме яхты, палубе корабля или носу катера солнечные батареи обеспечат электроэнергией, благодаря которой можно поддерживать стабильную связь с берегом

Портативная солнечная панель с аккумулятором исключит возникновение экстремальных ситуаций вдали от населенных пунктов, гарантирует зарядку мобильных устройств для общения с близкими

Выпускаемые специально для походов легкие компактные зарядные устройства на основе солнечных батарей обеспечат энергией телефоны, рации, планшеты и медиа-технику

Рациональное использование природных ресурсов

Обеспечение энергией неэлектрифицированных объектов

Монтаж солнечных панелей на крыше

Мобильная солнечная батарея в кемпинге

Самостоятельный монтаж на дачном участке

Генератор энергии в морских прогулках

Портативная солнечная панель с аккумулятором

Занимающий минимум места прибор

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

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

Максимум отдачи от солнечной панели можно будет получить, только зная, как она работает, из каких компонентов и узлов состоит и как все это правильно подключается

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

Солнечной панелью генерируется постоянный электроток. Чтобы преобразовать его в переменный (используемый в быту), в схеме должен присутствовать инвертор

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

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

Внутреннее устройство гелиобатареи

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

Гелиобатарея состоит из множества фотоэлементов (фотоэлектрических преобразователей ФЭП), преобразующих энергию фотонов с солнца в электроэнергию

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

Виды кристаллов фотоэлементов

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

Кремниевые полупроводники используются при изготовлении солнечных батарей из-за своей дешевизны, особо высоким КПД они похвастаться не могут

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

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

Кремниевые пластины фотоэлементов различаются по технологии изготовления на:

  1. Монокристаллические.
  2. Поликристаллические.

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

Галерея изображений

Фото из

Гелио-электростанция на загородном участке

Солнечные монокристаллические батареи

Внешний вид солнечных батарей на монокристаллах

Монокристаллическая единица солнечной батареи

Поставка готовой к монтажу солнечной батареи

Поликристаллический фотоэлемент для солнечной батареи

Гелио-батарея из поликристаллических фотоэлементов

Изготовление солнечной батареи своими руками

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

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

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

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

В общий модуль отдельные фотоэлементы собираются на алюминиевой раме, а для защиты их сверху закрывают прочным стеклом, которое нисколько не препятствует солнечным лучам

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

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

Галерея изображений

Фото из

Гибкий вариант солнечной батареи

Наклейка гибкого фотоэлемента на жалюзи

Зарядка для мобильников на гибкой батарее

Устойчивая к механическим воздействиям панель

Принцип работы солнечной панели

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

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

Разность потенциалов (напряжение) между контактами фотоэлемента появляется из-за изменения числа «дырок» и электронов с разных сторон p-n-перехода в результате облучения n-слоя солнечными лучами

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

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

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

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

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

Солнечная батарея может работать как летом, так и зимой (ей нужен свет, а не тепло) – чем меньше облачность и ярче светит солнце, тем больше гелиопанель сгенерирует электрического тока

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

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

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

Эффективность батарей гелиосистемы

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

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

Эффективность солнечных панелей зависит от:

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

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

Гелиопанели выпускаются с расчетом на выходное напряжение, кратное 12 В – если на аккумулятор надо подать 24 В, то две панели к нему придется подсоединить параллельно

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Схема электропитания дома от солнца

Система солнечного электроснабжения включает:

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

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

Аккумуляторные батареи для гелиопанелей следует подбирать одинаковые по возрасту и емкости, иначе зарядка/разрядка будут происходить неравномерно, что приведет к резкому снижению срока их службы

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

Выводы и полезное видео по теме

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

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

Как устроены солнечные батареи смотрите в следующем видеоролике:

Сборка солнечной панели из фотоэлементов своими руками:

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

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

из чего делают, принцип работы и характеристики

СодержаниеПоказать

Устройство солнечной батареи и принцип ее работы зависит от того, из каких материалов и по какой технологии она изготовлена. Поэтому надо разобраться в особенностях основных вариантов, чтобы понимать, в чем их отличия и выбрать подходящее решение для использования. Все данные актуальны для качественных изделий, дешевые батареи могут не соответствовать заявленным параметрам, так как зачастую изготавливаются с нарушениями технологии.

Стандартная конструкция жесткой солнечной батареи.

Терминология

Основные термины, используемые в этой сфере:

  1. Солнечная энергия – электричество, которое получают от солнца при использовании панелей.
  2. Солнечная инсоляция – показывает, сколько солнечного света приходится на квадратный метр поверхности, расположенной перпендикулярно лучам.
  3. Фотоэлектрические элементы – модули, способные преобразовывать солнечный свет в электрическую энергию. Обычно вырабатывают от 1 до 2 Вт энергии, но есть и более производительные варианты.
  4. Фотогальваническая система – комплект оборудования, преобразовывающий свет солнца в электроэнергию.
  5. Солнечные батареи или панели – группа фотоэлектрических элементов, сгруппированных в большой модуль и соединенных последовательным или последовательно-параллельным способом. Обычно в одну батарею входит от 36 до 40 сегментов.
  6. Массив – несколько солнечных панелей, соединенных чтобы получить нужное количество тока.
  7. Каркасные модули – конструкции в алюминиевом каркасе, прочные и герметичные.
  8. Бескаркасные элементы – гибкие варианты, их используют в условиях меньших нагрузок.
  9. Киловатт-час (кВт) – стандартный показатель измерения электрической мощности.
  10. КПД (эффективность) – солнечных панелей. Показывает, какое количество солнечной энергии, попавшей на поверхность, преобразуется в электричество. Обычно показатель составляет 15-24%.
  11. Деградация – уменьшение емкости солнечных батарей, происходящее по естественным причинам. Измеряется в процентах от первоначальных показателей.
  12. Пиковые нагрузки – моменты, когда требуется наибольшее количество электроэнергии.
  13. Кристаллический кремний – сырье для изготовления солнечных панелей. Самый распространенный и долговечный вариант на сегодня.
  14. Аморфный кремний – состав, нанесенный на поверхность методом испарения и закрытый защитным составом.
  15. Полупроводники – вещества, которые при определенных условиях могут проводить ток. Сюда относится большинство новых материалов, используемых при производстве солнечных батарей.
  16. Инвертор – устройство для преобразования постоянного тока в переменный.
  17. Контроллер – регулирует выходное напряжение с солнечных модулей для правильной зарядки аккумуляторов.

Карта инсоляции на территории России.

Это только самые распространенные термины, есть и дополнительные варианты. Но даже знание основ поможет намного лучше разобраться в теме.

Категории качества

Чтобы оценить качество солнечной панели, надо в первую очередь выяснить класс использованного для производства фотоэлектрических элементов сырья. От этого зависят эффективность и срок службы готовых изделий. Основных классов 4:

  1. Grade A – лучший вариант, в котором отсутствуют любые повреждения и трещины. Однородность заполнения и гладкость поверхности гарантируют высокие эксплуатационные характеристики, которые чаще всего даже выше, чем заявлено в документации. Кроме того, этот вариант имеет самый низкий показатель деградации и сохраняет хорошие характеристики длительный срок.
  2. Grade B немного хуже по качеству, на поверхности могут быть дефекты. Но при этом чаще всего использование позволяет получить изделия, сопоставимые по эффективности с классом А. Показатели деградации на порядок хуже, поэтому теряют первоначальные характеристики быстрее.
  3. Grade C – вариант, в котором могут быть достаточно серьезные дефекты – от трещин до сколов и других повреждений. По цене такие модули намного дешевле, но и их эффективность не бывает больше 15%. Недорогое решение, которое подойдет для небольших нагрузок.
  4. Grade D – про сути, это отходы, остающиеся после изготовления фотоэлементов, которые не должны использоваться для изготовления батарей. Но многие не очень честные производители, особенно из Азии, применяют их при производстве. Показатели работы у этого варианта крайне низкие.

Лучше выбирать первый вариант, на крайний случай подойдет и второй. Только они смогут обеспечить нормальную эффективность и будут служить долгое время.

Защитная пленка на солнечных панелях тоже должна быть качественной.

Ламинирующий материал EVA – это специальная пленка, которая располагается с лицевой стороны и может использоваться на изнаночной. Главное назначение – защита рабочих элементов от неблагоприятных воздействий без создания помех для солнечного света. Качественные варианты служат около 25 лет, некачественные – от 5 до 10. Определить разновидность на глаз невозможно, поэтому проще исходить из цены – у добротных вариантов она не будет низкой.

В видео на примере наглядно разбирают, как воздействии солнечного света возникает электрический ток.

Принцип работы

Разъяснить особенности работы солнечной батареи достаточно сложно, но можно разобраться в общих моментах:

  1. Когда солнечный свет попадает на фотоэлементы, там начинается образование неравновесных электронно-дырочных пар.
  2. Из-за избытка электронов они начинают перемещаться в нижний слой полупроводника.
  3. Во внешней цепи возникает напряжение. Положительный полюс возникает на контакте р-слоя, а на контакте n-слоя появляется отрицательный.
  4. Если к фотоэлементам подключена аккумуляторная батарея, то получается замкнутый круг и постоянно движущиеся электроны обеспечивают постепенный заряд аккумулятора.
  5. Обычные кремниевые модули относятся к однопереходным элементам, которые могут генерировать энергию только от определенного спектра солнечного света. Именно из-за этого КПД оборудования невысокий.
  6. Чтобы решить проблему, изготовители разработали каскадные варианты, они могут брать энергию у разных лучей солнечного спектра. Это повышает КПД, но за счет высокой себестоимости производства цена таких панелей намного выше.
  7. Та энергия, которая не преобразовалась в электричество, превращается в тепло, поэтому солнечные батареи греются в процессе работы до 55 градусов, а полупроводниковые – до 180. Причем по мере нагревания эффективность работы солнечной батареи снижается.

Простейшая схема работы солнечной батареи.

Кстати! Наибольшая эффективность работы солнечных панелей достигается в ясные зимние дни, когда света хватает, а низкая температура остужает поверхность.

Из чего сделаны

Чтобы изучить устройство солнечной батареи, нужно разобраться в основных разновидностях, так как технология производства имеет существенные различия в зависимости от используемого сырья:

  1. Батареи CdTe. Теллурид кадмия применяется при изготовлении пленочных модулей. Слоя в несколько сотен микрометров хватает для того, чтобы получить КПД порядка 11% или немного выше. Это откровенно низкий показатель, зато в пересчета на 1 Ватт мощности себестоимость электроэнергии получается как минимум на 30% дешевле, чем у традиционных вариантов из кремния. При том, что данная разновидность намного тоньше и легче.
  2. Тип CIGS. Аббревиатура обозначает, что в состав входят медь, индий, галлий и селен. Получается полупроводник, который также наносится небольшим слоем, но в отличие от первого варианта тут эффективность на порядок выше и составляет 15%.
  3. Типы GaAs и InP отличает возможность нанесения тонкого слоя в 5-6 мкм, при этом КПД будет составлять около 20%. Это новое слово в технологиях добычи электроэнергии из солнечного света. Благодаря высоким рабочим температурам батареи могут сильно нагреваться без потери эксплуатационных характеристики. Но из-за того, что при производстве используются редкоземельные материалы, себестоимость этого типа высока.
  4. Батареи с квантовыми точками (QDSC). В них в качестве поглощающего материала для преобразования солнечной энергии используются квантовые точки вместо традиционных объемных материалов. За счет особенностей настройки запрещенных зон можно делать многопереходные модули, поглощающие солнечную энергию более эффективно.
  5. Аморфный кремний наносится методом испарения и имеет неоднородную структуру. Он не отличается высокими показателями КПД, но однородная поверхность очень хорошо поглощает даже рассеянный свет.
  6. Поликристаллические варианты изготавливаются путем плавления кремния и его охлаждения при определенных условиях, чтобы получить однонаправленные кристаллы. Одно из самых распространенных решений благодаря дешевизне производства и неплохим показателям КПД.
  7. Монокристаллические элементы состоят из цельных кристаллов, разрезанных на тонкие пластинки и легированных фосфором. Самое долговечное решение, у которого низкие показатели деградации и срок службы, составляющий как минимум 30 лет, но чаще всего больше на 10-15 лет.

Батареи из теллурида кадмия – одни из самых выгодных по себестоимости киловатта электроэнергии.

Кстати! Эффективность того или иного варианта зависит от технологии производства, поэтому ее нужно уточнять.

Читайте также

Виды и способы установки солнечных панелей

 

Плюсы и минусы солнечных панелей

У каждого типа есть свои особенности, которые стоит учесть при выборе, чтобы решить, какой вид подойдет больше всего:

  1. Монокристаллические панели имеют самый большой КПД и за счет этого экономится площадь под размещение модулей. Они служат как минимум 25 лет и медленно теряют показатели мощности. При этом поверхность очень чувствительна к загрязнениям, ее нужно часто мыть. А цена самая высокая из всех вариантов на основе кремния.
  2. Поликристаллические варианты не так эффективно поглощают солнечные лучи, но зато лучше работают при рассеянном освещении. По соотношению цены и качества они выгоднее, но занимают больше места из-за меньшего КПД.
  3. Батареи из аморфного кремния можно размещать где угодно, в том числе и на стенах зданий, так как они хорошо поглощают рассеянный свет. При невысоком КПД они имеют низкую цену, поэтому могут использоваться как эконом-вариант. При этом служат долго и не так боятся загрязнения поверхности.
  4. Варианты из редкоземельных металлов имеют схожие преимущества и недостатки, поэтому можно рассмотреть их вместе. По эффективности они превосходят классические панели, могут наноситься на пленку, что удобно. Температурный диапазон у них больше, поэтому нагревание не сказывается на эффективности работы. Но из-за высокой цены и редкости металлов такие варианты не используются массово.

Вариант с размещением на стенах упрощает работу по монтажу.

Где используются

Все рассмотренные варианты можно устанавливать в частном секторе, чтобы получать электроэнергию от солнца и сэкономить на энергоресурсах или даже добиться полной автономности. Что касается использования, нужно учесть несколько простых рекомендаций:

  1. Монокристаллические и поликристаллические варианты лучше всего ставить на кровле или на земле, предварительно соорудив каркас под нужным углом. Желательно, чтобы угол наклона регулировался, так можно подстраиваться под солнце.
  2. Пленочные модули можно располагать где угодно, как на стенах, так и на крышах. Они хорошо работают даже если лучи попадают на поверхность не под прямым углом, что очень важно.
  3. В промышленных масштабах также отдают предпочтение пленочным батареям как более дешевым и простым в монтаже.

Пленочные варианты проще устанавливать при больших объемах работы.

Есть несколько разновидностей солнечных батарей, но около 90% рынка занимают традиционные кремниевые модели благодаря низкой цене и хорошим характеристикам. Можно выбрать и одно из полупроводниковых решений, но тогда придется потратить в полтора-два раза больше средств.

Солнечные батареи: принцип работы, как сделать своими руками в домашних условиях

Использование солнечной энергии для обеспечения жизненных потребностей в 21 веке является актуальным вопросом не только для корпораций, но и для населения. Теперь использование солнечных батарей для получения экологической электроэнергии привлекает много людей своей доступностью, автономностью, неиссякаемостью и минимальными вложениями. Теперь эти явления настолько привычны и обыденны, что уже давно прочно обосновались в нашу каждодневную жизнь.

Данный источник электроэнергии используется для освещения, функционирования бытовых электроприборов и отопления. Уличные фонари на солнечных батареях используются повсеместно в городской черте, на дачных участках и территориях загородных коттеджей.

Содержание

Принцип работы солнечной батареи

Устройство предназначено для непосредственного преобразования лучей солнца в электричество. Этот действие называется фотоэлектрическим эффектом. Полупроводники (кремневые пластины), которые используются для изготовления элементов, обладают положительными и отрицательными заряженными электронами и состоят их двух слоев n-слой (-) и р-слой (+). Излишние электроны под воздействием солнечного света выбиваются из слоев и занимают пустые места в другом слое. Это заставляет свободные электроны постоянно двигаться, переходя из одной пластины в другую вырабатывая электричество, которое накапливается в аккумуляторе.

Как работает солнечная батарея, во многом зависит от ее устройства. Первоначально фотоэлементы изготавливались из кремния. Они и сейчас очень популярны, но поскольку процесс очистки кремния достаточно трудоемок и затратен, разрабатываются модели с альтернативными фотоэлементами из соединений кадмия, меди, галлия и индия, но они менее производительны.

КПД солнечных батарей с развитием технологий вырос. На сегодняшний день это показатель возрос от одного процента, который регистрировался в начале столетия, до более двадцати процентов. Это позволяет в наши дни использовать панели не только для обеспечения бытовых нужд, но и производственных.

Технические характеристики

Устройство солнечной батареи довольно простое, и состоит из нескольких компонентов:

  • Непосредственно фотоэлементы / солнечная панель;
  • Инвертор, преобразовывающий постоянный ток в переменный;
  • Контроллер уровня заряда аккумулятора.

Аккумуляторы для солнечных батарей купить следует с учетом необходимых функций. Они накапливают и отдают электроэнергию. Запасание и расход происходит в течение всего дня, а ночью накопленный заряд только расходуется. Таким образом, происходит постоянное и непрерывное снабжение энергией.

Чрезмерная зарядка и разрядка батареи укорачивает ее эксплуатационный срок. Контроллер заряда солнечной батареи автоматически приостанавливают накопление энергии в аккумуляторе, когда он достиг максимальных параметров, и отключают нагрузку устройства при сильной разрядке.

(Tesla Powerwall - аккумулятор для солнечных панелей на 7 КВт - и домашняя зарядка для электромобилей)

Сетевой инвертор для солнечных батарей является самым важным элементом конструкции. Он преобразовывает полученную от солнечных лучей энергию в переменный ток различной мощности. Являясь синхронным преобразователем, он совмещает выходное напряжение электрического тока по частоте и фазе со стационарной сетью.

Фотоэлементы могут соединяться как последовательно, так и параллельно. Последний вариант увеличивает параметры мощности, напряжения и тока и позволяет устройству работать, даже если один элемент потеряет функциональность. Комбинированные модели изготовлены с использованием обеих схем. Эксплуатационный срок пластин около 25 лет.

Установка солнечных батарей

Если конструкции будут использоваться для электрообеспечения жилых пространств, то место установки следует выбирать тщательно. Если панели будут загорожены высотными зданиями или деревьями, то трудно будет получить необходимую энергию. Их необходимо разместить там, где поток солнечных лучей максимален, то есть на южную сторону. Конструкцию лучше установить под наклоном, угол которого равен географической широте месторасположения системы.

Солнечные панели должны размещаться таким образом, чтобы хозяин имел возможность периодически очищать поверхность от пыли и грязи или снега, поскольку это приводит к более низкой способности выработки энергии.

Солнечная батарея своими руками

Те, кто хочет сэкономить, задумываются, как сделать солнечную батарею в домашних условиях самостоятельно, чтобы она обладала необходимыми эксплуатационными параметрами и полностью обеспечивала энергетические потребност. Это особенно актуально для мест отдаленных от главных артерий цивилизации.

Солнечные батареи своими руками в домашних условиях изготавливаются из соответствующих элементов, которые можно купить в открытом доступе в специализированных компаниях или через интернет магазины. Если кремниевые пластины должны приобретаться у производителей, то остальные элементы, такие как лента, рамка, пленка, стекло, припой и прочее можно вполне обнаружить и дома в хозяйстве.

Солнечная батарея своими руками из подручных средств изготавливается некоторыми умельцами из медных листов, зажимов, мощных электроплит, соли и из других материалов. Такие кустарные устройства не смогут полностью обеспечить необходимой электроэнергией и могут использоваться лишь в небольших масштабах.

Лучше всего солнечные батареи купить у производителя, поскольку они обладают гарантией и необходимыми функциональными и эксплуатационными параметрами, и, значит, не подведут. Производство солнечных батарей базируется на применении новейших технологий, которые постоянно развиваются, предлагая более усовершенствованные модели. В зависимости от размеров устройств, они могут использовать для различных целей в местах, где нет снабжения электроэнергией. Они встречаются на калькуляторах, часах, различных мобильных устройствах.

Так, например, рюкзак с солнечной батареей будет незаменимым помощником тех, кто любит путешествовать с комфортом. Он накопит достаточно энергии, чтобы зарядить фонарик для освещения туристической палатки или чтобы во время похода заряжать необходимые гаджеты. Судя по отзывам, солнечные батареи используются часто и с удовольствием для удовлетворения разнообразных нужд не только на природе, но и в быту.

Современные устройства со встроенными солнечными модулями

  • Power bank с солнечной батареей – внешний накопитель с фотоэлементами для преобразования солнечных лучей в заряд аккумулятора. Он обладает несколькими портами и предназначен для зарядки смартфонов или планшетов. Это незаменимое устройство для тех кто, много времени тратят в дороге и пользуются гаджетами. Устройство, зависимо от модели может дополняться различными функциями, как, к примеру, фонариком.
  • Робот конструктор – наборы с различными элементами, из которых можно собрать несколько конструкций, которые двигаются автономно. Это лучшая игрушка для любознательных детей. Робот конструктор на солнечной батарее купить интересно будет не только малышам, но и вполне взрослым дяденькам, поскольку захватывающим является не только движение робота, но и сам процесс сборки.
  • Уличные садовые светильники на солнечных батареях – идеальное решение для сада, огорода или приусадебного участка. Благодаря накопленному заряду они будут светиться всю ночь. Для этого не нужно прокладывать специальную проводку. Их можно брать с собой на рыбалку или семейный поход. Чрезвычайная мобильность, компактность и удобство делают фонари самыми востребованными изделиями на солнечных батареях.

Возможности эксплуатации настолько разнообразны, а технологии так быстро развивается, что скоро солнечные модули охватят все сферы жизни современного человека.

Принцип работы солнечной батареи - как работает гелиобатарея ,виды, плюсы и минусы

Здесь вы узнаете:

Принцип работы солнечной батареи основан на фотоэлектрическом эффекте. Солнечный свет, попадая на кремниевый полупроводник, преобразуется в электрический ток. Затем он накапливается в аккумуляторах и используется для бытовых нужд.

Принцип работы солнечных батарей

Солнечные батареи считаются очень эффективным и экологически чистым источником электроэнергии. В последние десятилетия данная технология набирает популярность по всему миру, мотивируя многих людей переходить на дешевую возобновляемую энергию. Задача этого устройства заключается в преобразовании энергии световых лучей в электрический ток, который может использоваться для питания разнообразных бытовых и промышленных устройств.

Правительства многих стран выделяют колоссальные суммы бюджетных средств, спонсируя проекты, которые направлены на разработку солнечных электростанций. Некоторые города полностью используют электроэнергию, полученную от солнца. В России эти устройства часто используются для обеспечения электроэнергией загородных и частных домов в качестве отличной альтернативы услугам централизованного энергоснабжения. Стоит отметить, что принцип работы солнечных батарей для дома достаточно сложный. Далее рассмотрим подробнее, как работают солнечные батареи для дома подробно.

Как было сказано раньше, принцип работы заключается в эффекте полупроводников. Кремний является одним из самых эффективных полупроводников, из известных человечеству на данный момент.

При нагревании фотоэлемента (верхней кремниевой пластины блока преобразователя) электроны из атомов кремния высвобождаются, после чего их захватывают атомы нижней пластины. Согласно законам физики, электроны стремятся вернуться в свое первоначальное положение. Соответственно, с нижней пластины электроны двигаются по проводникам (соединительным проводам), отдавая свою энергию на зарядку аккумуляторов и возвращаясь в верхнюю пластину.

Эффективность фотоэлементов, созданных при помощи монокристаллического метода нанесения кремния, является существенно выше, поскольку в такой ситуации кристаллы кремния имеют меньше граней, что позволяет электронам двигаться прямолинейно.

Технические характеристики

Устройство солнечной батареи довольно простое, и состоит из нескольких компонентов:

  • Непосредственно фотоэлементы / солнечная панель;
  • Инвертор, преобразовывающий постоянный ток в переменный;
  • Контроллер уровня заряда аккумулятора.

Аккумуляторы для солнечных батарей купить следует с учетом необходимых функций. Они накапливают и отдают электроэнергию. Запасание и расход происходит в течение всего дня, а ночью накопленный заряд только расходуется. Таким образом, происходит постоянное и непрерывное снабжение энергией.

Чрезмерная зарядка и разрядка батареи укорачивает ее эксплуатационный срок. Контроллер заряда солнечной батареи автоматически приостанавливают накопление энергии в аккумуляторе, когда он достиг максимальных параметров, и отключают нагрузку устройства при сильной разрядке.

(Tesla Powerwall - аккумулятор для солнечных панелей на 7 КВт - и домашняя зарядка для электромобилей)

Сетевой инвертор для солнечных батарей является самым важным элементом конструкции. Он преобразовывает полученную от солнечных лучей энергию в переменный ток различной мощности. Являясь синхронным преобразователем, он совмещает выходное напряжение электрического тока по частоте и фазе со стационарной сетью.

Фотоэлементы могут соединяться как последовательно, так и параллельно. Последний вариант увеличивает параметры мощности, напряжения и тока и позволяет устройству работать, даже если один элемент потеряет функциональность. Комбинированные модели изготовлены с использованием обеих схем. Эксплуатационный срок пластин около 25 лет.

Внутреннее устройство гелиобатареи

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


Гелиобатарея состоит из множества фотоэлементов (фотоэлектрических преобразователей ФЭП), преобразующих энергию фотонов с солнца в электроэнергию

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

Виды кристаллов фотоэлементов

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


Кремниевые полупроводники используются при изготовлении солнечных батарей из-за своей дешевизны, особо высоким КПД они похвастаться не могут

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

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

Кремниевые пластины фотоэлементов различаются по технологии изготовления на:

  1. Монокристаллические.
  2. Поликристаллические.

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

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

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

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

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


В общий модуль отдельные фотоэлементы собираются на алюминиевой раме, а для защиты их сверху закрывают прочным стеклом, которое нисколько не препятствует солнечным лучам

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

Принцип работы солнечной панели

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

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


Разность потенциалов (напряжение) между контактами фотоэлемента появляется из-за изменения числа «дырок» и электронов с разных сторон p-n-перехода в результате облучения n-слоя солнечными лучами

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

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

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

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

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


Солнечная батарея может работать как летом, так и зимой (ей нужен свет, а не тепло) – чем меньше облачность и ярче светит солнце, тем больше гелиопанель сгенерирует электрического тока

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

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

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

Виды солнечных батарей

В настоящее время солнечные батареи представлены несколькими вариантами в зависимости от типа их устройства, и от материала, из которого изготовлен фотоэлектрический слой.

I. Классификация по типу их устройства:

  1. 1. Гибкие;
  2. 2. Жёсткие.

II. В зависимости от материала, из которого изготовлен фотоэлектрический слой выделяют:

  1. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из кремния. Они в свою очередь бывают монокристаллическими, поликристаллическими и аморфными. Монокристаллические панели достаточно дорогой вариант, но они отличаются высокой мощностью. Поликристаллические дешевле, чем монокристаллические панели. Такие панели медленней теряют свою эффективность с увеличением сроков службы, а так же при нагревании. Аморфные представлены в основном тонкопленочными панелями. Такое устройство солнечной батареи позволяет генерировать солнечный свет, даже в плохих погодных условиях;
  2. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из теллурида кадмия;
  3. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из селена;
  4. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из полимерных материалов;
  5. Из органических соединений;
  6. Из арсенида галлия
  7. Из нескольких материалов одновременно.

Основные типы, которые получили распространение, это многопереходные кремниевые фотоэлементы.

Фотоэлементы, выполненные из кремния, отличаются высокой чувствительностью к нагреванию, компактностью, надежностью и высоким уровнем КПД (коэффициента полезного действия).

Другие материалы не получили широкого распространения в связи с большой стоимостью.

Сфера применения солнечной энергии

Есть три направления использования солнечной энергии:

  • Экономия электроэнергии. Солнечные панели позволяют отказаться от централизованного электроснабжения или уменьшить его потребление, а также продавать излишки электричества электроснабжающей компании.
  • Обеспечение электроэнергией объектов, подведение к которым линии электропередач невозможно или невыгодно экономически. Это может быть дача или охотничий домик, находящийся далеко от ЛЭП. Такие устройства используются также для питания светильников в отдаленных участках сада или автобусных остановках.
  • Питание мобильных и переносных устройств. При походах, поездках на рыбалку и других подобных мероприятиях есть необходимость зарядки телефонов, фотоаппаратов и прочих гаджетов. Для этого также используются солнечные элементы.


Солнечные батареи удобно применять там, куда нельзя подвести электричество

Преимущества солнечных батарей

Солнечная энергия — это перспективное направление, которое постоянно развивается. Они имеют несколько основных достоинств. Удобство использования, долгий срок службы, безопасность и доступность.

Положительные стороны применение данной разновидности аккумуляторных батарей:

  • Возобновляемость – этот источник энергии практически не имеет ограничений притом бесплатный. По крайней мере на ближайшие 6.5 миллиардов лет. Нужно подобрать оборудование, установить его и использовать по назначению (в частном доме или коттеджном участке).
  • Обильность – Поверхность земли в среднем получает около 120 тысяч терравват энергии что в 20 раз превышает нынешнее энергопотребление. Солнечные батареи для коттеджей или частных домов имеют огромный потенциал для использования.
  • Постоянство – солнечная энергия постоянна поэтому человечеству не грозит перерасход в процессе ее использования.
  • Доступность – солнечная энергия может вырабатывать на любой территории, при наличии естественного света. При этом чаще всего она применяется для отопления жилища.
  • Экологическая чистота – солнечная энергетика является перспективной отраслью, которая в будущем заменит электростанции, работающие на невозобновляемых ресурсах: газ, торф, уголь и нефть. Безопасны для здоровья людей и домашних животных.

Важно: Отдельно хочется подчеркнуть термоядерную энергию. Несмотря на то, что «мирный атом» позиционируется, как безопасный, при авариях на АЭС этот фактор полностью перечеркивается (Три-Лонг-Айленд, Чернобыль, Фукусима).

  • При производстве панелей и монтаже солнечных электростанций в атмосферу не происходят значительные выбросы вредных или токсичных веществ.
  • Бесшумность – выработка электроэнергии производится практически бесшумно, и поэтому этот вид электростанций лучше ветровых электростанций. Их работа сопровождается постоянным гулом из-за чего оборудование быстро выходит из строя, а сотрудники должны делать частые перерывы на отдых.
  • Экономичность – при использовании солнечных батарей владельцы недвижимости ощущают значительное снижение коммунальных расходов на электроэнергию. Панели имеют долгий срок службы – производитель дает гарантию на панели от 20 до 25 лет. При этом обслуживание всей электростанции сводится к периодической (раз в 5-6 месяцев) очистке поверхностей панелей от грязи и пыли

Недостатки солнечных батарей

К сожалению, и этот практически неисчерпаемый источник энергии имеет определенные ограничения и недостатки:

  • Высокая стоимость оборудования – автономная солнечная электростанция даже небольшой мощности доступна далеко не каждому. Оборудование частного дома такими аккумуляторами стоит недешево, но помогает снизить расходы на оплату коммунальных услуг (электроэнергии).
  • Обустройство собственного жилища солнечными батареями потребует финансовых затрат.
  • Периодичность генерации — солнечная электростанция не способна обеспечить полноценную бесперебойную электрификацию частного дома.

 Важно: Проблему можно решить, установив аккумуляторы высокой емкости, однако из-за этого возрастет стоимость получения энергии, что сделает ее невыгодной по сравнению с традиционными энергоносителями.

  • Хранения энергии – в солнечной электростанции аккумуляторная батарея является самым дорогим элементом (даже батареи небольшого объема и панели на гелевой основе).
  • Низкий уровень загрязнения окружающей среды – солнечная энергия считается экологически чистой, однако производственный процесс батарей сопровождается выбросами трифторида азота, оксидов серы. Все это создает «парниковый эффект».
  • Использование в производстве редкоземельных элементов – тонкопленочные солнечные панели имеют в своем составе теллурид кадмия (CdTe).
  • Плотность мощности – это количество энергии, которое можно получить с 1 кв. метра энергоносителя. В среднем этот показатель составляет 150-170 Вт/м2. Это гораздо больше по сравнению с другими альтернативными источниками энергии. Однако несравнимо, ниже чем у традиционных (это касается атомной энергетики).

Отопление солнечной энергией домов

Принцип работы солнечной батареи для отопления дома кардинально отличает их от всех описанных выше приспособлений. Это совершенно другое устройство. Описание следует ниже.

Главной деталью отопительной системы, работающей на энергии солнца, является коллектор, принимающий его свет и преобразовывающий его в кинетическую энергию. Площадь этого элемента может варьироваться от 30 до 70 квадратных метров.

Для крепления коллектора используется специальная техника. Между собой пластины соединены металлическими контактами.

Следующим компонентом системы является накопительный бойлер. В нем происходит трансформация кинетической энергии в тепловую. Он участвует в нагревании воды, литраж которой может достигать 300 литров. Иногда такие системы поддерживаются дополнительными котлами на сухом топливе.

Завершают систему солнечного отопления настенные и напольные элементы, в которых по тонким медным трубам, распределенным по всей их площади, циркулирует нагретая жидкость. Благодаря низкой температуре запуска панелей и равномерности теплоотдачи, помещение прогревается достаточно быстро.

Как работает солнечное отопление

Давайте подробно рассмотрим принцип работы солнечных батарей от ультрафиолетового света.

Между температурой коллектора и накопительного элемента появляется разница. Носитель тепла, что чаще всего является водой, в которую добавлен антифриз, начинает циркулировать о системе. Совершаемая жидкостью работа является именно кинетической энергией.

По мере прохождения жидкости через слои системы кинетическая энергия преобразовывается в тепло, которое и используется для отопления дома. Этот процесс циркуляции носителя обеспечивает помещение теплом и позволяет сохранять его в любое время суток и года.

Итак, мы выяснили принцип работы солнечных батарей.

Принцип работы солнечной батареи - как работает гелиобатарея ,виды, плюсы и минусы

Плюсы и минусы

Использование гелиоустановок, как в прочем и любого технического устройства, имеет свои достоинства и недостатки, которые можно сформулировать следующим образом:

  1. Достоинства применения гелиосистем, как источника энергии:
  • Солнце, это источник бесплатной энергии, количество которой несоизмеримо больше, чем потребности человека на текущий момент времени.
  • Это возобновляемый ресурс, процесс воспроизводства которого, не зависит от процессов его потребления и переработки.
  • Экологическая безопасность процесса получения и преобразования энергии.
  • Возможность создания автономных систем энергоснабжения, вне зависимости от вида энергии получаемого в процессе преобразования.
  • Осуществление работы в автоматическом режиме, без постоянного контроля пользователя установок подобного типа.
  1. Недостатки, свойственные гелиоустановкам:
  • Зависимость от погодных условий, времени года и географического месторасположения.
  • Низкий КПД – для гелиосистем, использующих солнечные батареи (электрические системы) и большие габаритные размеры, для получения большой мощности, как при производстве тепловой, так и электрической энергий.

Виды солнечных панелей

Кроме мощности и других рабочих параметров, солнечные панели различаются по материалам, используемым в их конструкции.

Монокристаллический кремний

В наиболее качественных панелях применяется монокристаллический кремний. Данные элементы изготавливаются в форме квадрата с закругленными углами. Такая конфигурация обусловлена технологией изготовления, когда выращенные кристаллы изначально принимают цилиндрическую форму. Далее края цилиндров обрезаются и основание принимает нужную конфигурацию, из чего потом делаются заготовки.

Готовые ячейки устанавливаются на подложку и накрываются стеклом или ламинированным покрытием. Полученные таким способом батареи имеют максимально возможный КПД, отличаются высоким качеством и надежностью в работе.

Поликристаллический кремний

Технология изготовления почти такая же за исключением формы кристалла, который в конце изготовления принимает не круглую, а квадратную форму. В его структуру входят мелкие кристаллы в большом количестве, поэтому конечный продукт и получается в квадратной конфигурации.

Сырьем служат отходы, полученные при изготовлении фотоэлементов и микросхем. В результате, готовые приборы обладают более низким КПД, однако конкретные параметры зависят от производителя, и нередко совпадают с монокристаллическими изделиями.

Аморфный кремний

Используется в производстве гибких солнечных панелей. Вместо кристаллов здесь выполняется напыление тонкого слоя кремния со всеми добавками, после чего образуется покрытие нужной толщины. После разрезания листов и приклеивания на них токопроводя

Как работает солнечная батарея?

Сегодня у всех на слуху понятие альтернативной энергетики. Уже ни для кого не секрет, что запасы нефти, газа и других видов топлива на Земле не безграничны, поэтому ученые и инженеры продолжают искать возможности эффективного применения возобновляемых ресурсов для получения столь необходимого всем электричества. В последние годы солнечные элементы перестали быть экзотикой, используемой только в космических аппаратах, они получили широкое распространение для электроснабжения зданий, автомобилей, автономного питания мелкой бытовой техники и электроники. Поскольку Солнце – огромный источник энергии, который доступен каждому, полезно знать, как преобразовать свет в электричество или как работает солнечная батарея.

  • Принцип работы солнечной батареи
  • Преобразование энергии, полученной с помощью солнечных батарей

Принцип работы солнечной батареи

Это устройство, называемое также солнечной панелью, состоит из совокупности соединенных определенным способом фотоэлектрических преобразователей, в состав которых входят два слоя полупроводников с различными типами проводимости – p и n. В качестве вещества, обладающего такими свойствами, чаще всего используется кремний с определенными примесями. При добавлении к нему фосфора в полученной структуре возникает избыток электронов (отрицательных зарядов) и образуется полупроводник n-типа, а при подмешивании бора – p-типа, характеризуемый недостатком электронов или наличием дырок. Если разместить эти слои между двумя электродами так, как показано на картинке, и обеспечить к верхнему доступ света, получится фотоэлектрический преобразователь.

При освещении элемента им поглощается часть падающей энергии, в результате чего происходит дополнительная генерация дырок и электронов. Электрическим полем, существующим в p-n переходе, первые перемещаются в p-область, а вторые – в n-область. При этом на нижнем электроде скапливаются положительные заряды, на верхнем – отрицательные, то есть возникает разность потенциалов – постоянное напряжение U. Таким образом, фотоэлектрический преобразователь работает как источник электродвижущей силы (ЭДС) – небольшая батарейка. Если к ней подсоединить нагрузку, в цепи возникнет ток I, значение которого будет зависеть от вида фотоэлемента, его размеров, интенсивности солнечного излучения и сопротивления подключенных потребителей. ЭДС батареи снижается с повышением температуры приблизительно на 0,4%/°С. Поэтому для эффективной и долговременной работы панель необходимо охлаждать с помощью вентиляторов или водяных систем.

Важнейшим параметром солнечного источника энергии является мощность P=UI. Естественно, что ток и напряжение, получаемые в результате работы одного фотоэлемента, невелики, поэтому в батарее они комбинируются определенным образом для увеличения указанных показателей. Если соединить преобразователи последовательно, то общее выходное напряжение будет пропорционально их количеству. Параллельное подключение отдельных элементов приводит к увеличению тока. Сочетая определенным образом оба типа соединений так, как показано на картинке, получают требуемые выходные параметры батареи, а следовательно, и ее мощность.

При освещении батареи не вся энергия солнечного излучения преобразуется в электричество – часть ее отражается, а также тратится на нагрев элементов. Большинство выпускаемых промышленностью фотоэлектрических панелей имеют эффективность 9-24%. Также важно знать, как работает солнечная батарея в условиях, когда некоторые из элементов затемнены. В данном случае преобразователи, на которые не попадает солнечный свет, будут превращаться в потребителей энергии и нагреваться. Поэтому группы фотоэлементов шунтируются низкоомными диодами, препятствующими прохождению тока через затемненные компоненты батареи. Панель при этом будет функционировать с меньшей мощностью.

к содержанию ↑

Преобразование энергии, полученной с помощью солнечных батарей

Фотоэлектрические элементы вырабатывают постоянное напряжение, но многие виды аппаратуры питаются переменным, что требует наличия соответствующих преобразователей. Кроме того, солнечные батареи производят электричество днем, а его потребление происходит круглосуточно, следовательно, необходимы дополнительные компоненты, которые будут запасать и распределять энергию. Рассмотрим пример системы электроснабжения здания с использованием солнечных источников – небольшой гелиоэлектростанции, структура которой представлена на картинке.

Эта схема может функционировать в зданиях, где присутствует электросеть, а солнечная батарея используется для экономии потребления энергии из нее, а также в качестве резервного источника при отключении основного. Общий принцип работы системы такой: постоянное напряжение, вырабатываемое фотоэлектрическими преобразователями, поступает на инвертор, преобразующий его в переменное, и на аккумуляторы, которые, заряжаясь под управлением специального контроллера, накапливают энергию.

В данном случае приборы в доме подразделяются на резервируемые – те, для которых отключение электричества может привести к нежелательным последствиям (холодильник, системы видеонаблюдения, сигнализации), и нерезервируемые – все остальные. При отключении сети инвертор питает резервируемые устройства от солнечной батареи, а если энергии от нее недостаточно, то от аккумуляторов. Когда сеть подключена, электричество, вырабатываемое панелью, в первую очередь поступает на их зарядку. А когда в этом уже нет необходимости, инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное, от которого питается нагрузка. Тем самым экономится потребление из основного источника.

Солнечные батареи могут использоваться без рассмотренной дополнительной аппаратуры для питания или зарядки портативной электронной техники, работающей от постоянного напряжения, например, калькуляторов, плееров, фонариков, мобильных устройств.

Помимо электричества, из энергии света можно непосредственно получать тепло. Для этого применяются солнечные коллекторы. Учитывая, что сегодня прослеживаются тенденции снижения стоимости фотоэлектрических преобразователей и повышения их эффективности, в целом гелиоэнергетика – перспективное направление, позволяющее бесшумным и экологически чистым способом получать бесплатное электричество, а также тепло для отопления и горячего водоснабжения.

Как хранится солнечная энергия в 2019 году?

Последнее обновление 15.07.2020

Системы солнечных панелей стали одними из самых быстрорастущих источников энергии в США. По данным Ассоциации производителей солнечной энергии, ожидается, что к 2023 году рынок солнечной энергии увеличится вдвое и к тому времени составит 4,5 миллиарда долларов.

Популярность солнечной энергии привела к появлению другой возобновляемой технологии: солнечных батарей, которые могут накапливать дополнительную солнечную энергию для последующего использования.Такие компании, как Tesla, разрабатывают батареи, которые можно устанавливать вместе с солнечными панелями, чтобы создать системы «солнечная энергия плюс накопитель» для вашего дома. Читайте дальше, чтобы узнать больше о солнечных батареях для жилых помещений и узнать, стоит ли вам подумать об установке системы солнечной энергии и накопления в вашем доме.

Solar plus storage: описание солнечных батарей для дома

Чтобы понять, почему вы можете выбрать установку солнечной системы с накоплением в своем доме, вам сначала нужно понять, как работает стандартная домашняя солнечная фотоэлектрическая система.

Типичная солнечная энергетическая система включает солнечные панели, инвертор, оборудование для монтажа панелей на крыше и систему мониторинга производительности, которая отслеживает производство электроэнергии. Солнечные панели собирают энергию солнца и превращают ее в электричество, которое проходит через инвертор и преобразуется в форму, которую вы можете использовать для питания вашего дома.

Подавляющее большинство бытовых солнечных энергетических систем подключены к электросети (или «привязаны к сети»). Когда ваши панели производят больше электроэнергии, чем нужно вашему дому, избыток возвращается в электросеть.И наоборот, когда вашему дому требуется больше электроэнергии, чем вырабатывают солнечные батареи, вы можете получать электроэнергию из электрической сети.

В большинстве случаев вы получаете кредит на счет за электроэнергию, которую вы отправляете обратно в сеть. Позже, когда вы потребляете больше электроэнергии, чем произведено вашими солнечными панелями, вы можете использовать эти кредиты вместо того, чтобы платить больше коммунальному предприятию. Этот процесс известен как чистое измерение.

Как солнечная энергия хранится в батареях?

Солнечные батареи работают, накапливая энергию, произведенную вашими солнечными панелями, для дальнейшего использования.В некоторых случаях солнечные батареи имеют собственный инвертор и предлагают интегрированное преобразование энергии. Чем выше емкость вашего аккумулятора, тем больше солнечной энергии он может хранить.

Когда вы устанавливаете солнечную батарею как часть вашей системы солнечных панелей, вы можете хранить излишки солнечной электроэнергии у себя дома, а не отправлять ее обратно в сеть. Если ваши солнечные панели производят больше электроэнергии, чем вам нужно, избыточная энергия идет на зарядку аккумулятора. Позже, когда ваши солнечные панели не производят электричество, вы можете использовать энергию, которую вы ранее хранили в батарее, для использования в ночное время.Вы будете отправлять электричество обратно в сеть только тогда, когда ваша батарея полностью заряжена, и вы будете получать электричество из сети только тогда, когда ваша батарея разряжена.

На практике это означает, что дома с солнечной батареей и накопителем могут накапливать излишки солнечной энергии на месте для использования позже, когда не светит солнце. В качестве бонуса, поскольку солнечные батареи хранят энергию в вашем доме, они также предлагают краткосрочное резервное питание на случай отключения электричества в вашем районе.

Домашний накопитель энергии может быть полезен даже без солнечной энергии

Хотя батареи обычно используются вместе с домашними солнечными энергетическими системами, они также могут быть полезны домовладельцам без солнечных панелей.Маломасштабное накопление энергии, технология, используемая в системах солнечного накопления и накопления, также может заряжаться электричеством из сети для обеспечения резервного питания без использования резервного генератора с дизельным двигателем.

Стоит ли устанавливать у себя дома солнечную батарею?

Сможете ли вы сэкономить деньги, установив солнечную батарею, зависит от того, каким образом ваше коммунальное предприятие компенсирует вам солнечную энергию. Большинство коммунальных предприятий предлагают полное нетто-измерение, что означает, что вы получаете кредит на счет за электроэнергию за каждый киловатт-час электроэнергии, производимой вашими солнечными панелями (даже если вы не используете их сразу).Это означает, что вы не получите дополнительной экономии на ежемесячном счете за электроэнергию, если установите солнечную батарею.

Однако есть много ситуаций, когда солнечная батарея может улучшить экономику солнечных панелей для вашего дома или бизнеса. Если ваша коммунальная компания имеет тарифы на время использования или плату за потребление или не предлагает нетто-учет, солнечные батареи могут помочь вам сэкономить больше , когда вы перейдете на солнечную энергию.

Хранение в солнечной сети: как солнечные батареи вписываются в более широкую экосистему электроэнергии

Солнечные батареи и другие технологии хранения энергии, возможно, еще не стали обычным явлением, но так будет ненадолго.GTM Research и Ассоциация по хранению энергии ожидают, что к 2020 году он станет рынком в США с оборотом 2,5 млрд долларов.

Почему ожидается, что накопление энергии будет расти такими быстрыми темпами? Те же преимущества, которые солнечные батареи предлагают домовладельцам, а именно возможность хранить возобновляемую электроэнергию для последующего использования, также могут быть применены в более широком масштабе для всей электросети. Технологии хранения энергии, такие как солнечные батареи, предоставляют электроэнергетическим компаниям и потребителям энергии большую гибкость в том, как они производят и используют электричество, особенно электричество, получаемое от солнца и ветра.

У электроэнергетических компаний и менеджеров сетей сложная задача. Им необходимо предоставить своим клиентам постоянный и надежный доступ к электричеству, которое питает их дома и предприятия. Для этого они должны убедиться, что в сети достаточно электроэнергии для удовлетворения спроса. Если в данный момент в системе слишком мало или слишком много электроэнергии, клиенты с большей вероятностью будут отключены.

Этот тщательный баланс спроса и предложения становится еще более сложной задачей по мере того, как в сеть добавляется больше возобновляемых ресурсов, таких как солнечная и ветровая энергия.Солнечные панели производят электричество, когда светит солнце, а ветряные турбины производят электричество, когда дует ветер. В отличие от традиционных электростанций, работающих на угле или природном газе, мощность солнечных панелей и ветряных турбин не может быть быстро увеличена для удовлетворения спроса - мы не можем заставить солнце выходить в ночное время!

Установив больше технологий хранения энергии, таких как солнечные батареи, электроэнергетические компании и операторы сетей смогут легче управлять потоками электроэнергии из возобновляемых источников.В долгосрочной перспективе это означает, что в структуру электроэнергетики нашей страны будет интегрировано больше возобновляемых источников энергии, включая домашние системы солнечных батарей.

Начните свое солнечное путешествие сегодня с EnergySage

EnergySage - это национальный онлайн-рынок солнечной энергии: когда вы регистрируете бесплатную учетную запись, мы соединяем вас с солнечными компаниями в вашем районе, которые конкурируют за ваш бизнес с индивидуальными ценами на солнечную энергию, адаптированными к вашим потребностям. Ежегодно в EnergySage приходят более 10 миллионов человек, чтобы узнать о солнечной энергии, сделать покупки и инвестировать в нее.Зарегистрируйтесь сегодня, чтобы узнать, сколько солнечной энергии можно сэкономить.

.

Как работают солнечные батареи?

Солнечные батареи - неотъемлемая часть энергетической независимости дома. Здесь мы подробно рассмотрим, как именно работают солнечные батареи. В этом примере мы предположим, что батарея работает в паре с солнечной системой, а не просто с отдельной батареей.

Шаг 1: Солнечная энергия

Процесс начинается с солнечной батареи на крыше, производящей энергию.Солнечный свет попадает на панели, которые преобразуют видимый свет в электрический ток.

Электроэнергия постоянного тока, производимая солнечной системой, затем может быть преобразована в мощность переменного тока или сохранена как мощность постоянного тока, в зависимости от того, использует ли система аккумулятор переменного или постоянного тока. Подробнее об этом чуть позже.

Шаг 2: Зарядка аккумулятора

Дом будет иметь первостепенное значение для солнечной энергии. Электроэнергия, производимая панелями, будет напрямую питать главную электрическую панель дома и питать все в доме, от телевизоров и освещения до кондиционирования воздуха и зарядки электромобилей.

Часто солнечные системы могут производить больше энергии, чем требуется дому в данный момент. Представьте себе прекрасный весенний день, когда погода умеренная и дом не потребляет много электроэнергии, но панели вырабатывают много энергии. В таких условиях мощность солнечной системы может легко превысить потребности дома.

Без батареи эта дополнительная энергия будет возвращаться в сеть через процесс, известный как чистое измерение. Фактически, эта дополнительная мощность будет «вращать счетчик в обратном направлении» и предоставить домовладельцу кредит, который поможет компенсировать мощность, потребляемую из сети, когда система не удовлетворяет все потребности дома (например, ночью).

С батареей, вместо того, чтобы идти в сеть, дополнительное электричество, производимое солнечной системой, поступает в батарею и заряжает ее. Скорость зарядки аккумулятора зависит от количества производимой дополнительной энергии, что само по себе зависит от множества факторов, таких как размер солнечной системы и текущая потребность в электроэнергии в доме.

Шаг 3: зарядка постоянным током и переменным током

Когда дома работают от переменного тока, все батареи нуждаются в постоянном токе для зарядки.Вот почему на кабеле вашего ноутбука есть такая большая коробка - он преобразует мощность переменного тока, идущую от стены, в мощность постоянного тока для зарядки аккумулятора ноутбука.

Если для зарядки всех батарей требуется постоянный ток, то что же такое батарея переменного тока?

Аккумулятор переменного тока - это аккумулятор, который может принимать входящую мощность переменного тока, и он использует встроенный инвертор для преобразования его в мощность постоянного тока, который затем заряжает аккумулятор. Когда аккумулятор подает электроэнергию в дом, инвертор затем преобразует мощность постоянного тока, поступающую от аккумуляторного блока, обратно в переменный ток, который затем подается в дом.

Большинство современных солнечных батарей, включая Tesla Powerwall, являются батареями переменного тока. Самым большим преимуществом батарей переменного тока является то, что их можно использовать с любой солнечной системой. С ними можно сопрягать любой солнечный инвертор, включая микроинверторы, поскольку они могут принимать выход переменного тока от любой системы. Это делает их очень гибкими и легкими для модернизации существующих солнечных систем.

Напротив, батареи постоянного тока, такие как LG Chem, не имеют встроенного инвертора.В результате их необходимо заряжать напрямую от источника постоянного тока. Для этого требуется специализированный инвертор, который может передавать мощность постоянного тока, вырабатываемую солнечными панелями, непосредственно в батарею, не преобразуя ее сначала в переменный ток. Когда аккумулятор нуждается в питании дома, мощность постоянного тока из источника питания подается во внешний солнечный инвертор, где она преобразуется в мощность переменного тока, которая затем питает дом.

Самым большим преимуществом батарей постоянного тока является то, что они имеют более высокую эффективность при прохождении цикла приема-передачи. Каждый раз, когда электричество переключается с постоянного тока на переменный (или наоборот), примерно 5% мощности теряется на тепло.Следовательно, чем больше раз вы инвертируете мощность, тем больше энергии вы потеряете. В результате батареи постоянного тока более эффективны, чем батареи переменного тока, поскольку они реже инвертируют мощность. Батареи постоянного тока также обычно дешевле, поскольку в них нет дополнительного инверторного оборудования.

Шаг 4: Разрядка батареи

Теперь, когда аккумулятор заряжен дополнительной солнечной энергией, будь то переменный или постоянный ток, эта накопленная энергия может быть использована в доме позже.Есть две основные причины, по которым домовладелец хотел бы иметь дополнительную энергию, запасенную для дальнейшего использования.

Первая причина заключается в том, что в доме отключено электричество из сети. Как только произойдет отключение электроэнергии, резервный шлюз аккумуляторной системы изолирует дом от сети и активирует аккумулятор, чтобы немедленно обеспечить питание цепей, к которым он подключен. В этом отношении аккумулятор будет работать как обычный генератор, за исключением того, что аккумуляторы намного лучше генераторов во всех важных аспектах.

Вторая причина хранить энергию для последующего использования - это воспользоваться тарифными планами по времени использования (TOU) от коммунальных компаний. Многие коммунальные предприятия переводят домовладельцев на тарифы TOU, потому что эти планы более точно отражают изменения оптовых цен на электроэнергию в течение дня. В Калифорнии домовладельцы крупных коммунальных предприятий, принадлежащих инвесторам (PGE, SCE, SDGE), должны переходить на тарифный план TOU при установке солнечных батарей.

Согласно тарифному плану TOU дополнительная энергия, которую панели производят в середине дня, менее ценно, чем энергия, потребляемая из сети в ночное время.В результате использование солнечной батареи может помочь домовладельцам сэкономить больше денег, так как они не будут платить за коммунальные услуги в вечернее время. Вы можете узнать больше о ставках TOU и экономии здесь.

Заключение

Это действительно так просто! Солнечные батареи улавливают излишки солнечной энергии и позволяют использовать эту энергию, когда это наиболее выгодно для домовладельца, например, во время отключения электричества или для дополнительной экономии на счетах за электричество. Поговорите с одним из наших консультантов по энергетике, чтобы увидеть вашу индивидуальную солнечную и аккумуляторную систему!

.

Все, что вам нужно знать о зарядных устройствах для солнечных батарей

Солнечная энергия - это преобразование солнечного света в полезные формы энергии. Солнечная фотоэлектрическая энергия (PV), солнечное тепловое электричество и солнечное отопление и охлаждение - все это хорошо зарекомендовавшие себя солнечные технологии.

Эти технологии становятся все более распространенными. Хотя солнечная энергия в настоящее время составляет только около 3% мирового производства энергии, ее использование быстро растет.

В настоящее время наибольшая мощность солнечной энергии в Китае составляет 130 гигаватт , а в Соединенных Штатах - более 62 гигаватт .Однако многие другие страны также работают над быстрым расширением своих мощностей по производству солнечной энергии.

СВЯЗАННЫЙ: НОВОЕ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЛНЕЧНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ СЛЕДУЕТ СОЛНЦЕ

Как работает солнечная зарядка?

Чтобы уловить солнечную энергию и преобразовать ее в электрическую, необходимо выполнить несколько шагов.

Фотоны солнечного света несут достаточно энергии, чтобы вытолкнуть электроны со своей орбиты в некоторых элементах, особенно в кремнии, материале, который используется в большинстве солнечных элементов.Способность фотонов распутывать электроны называется фотоэлектрическим эффектом.

Первым шагом является создание дисбаланса между положительно заряженными и отрицательно заряженными частицами кремния. Это делается путем добавления бора и фосфора. Дисбаланс, создаваемый добавлением этих примесей, создает электрическое поле в кремнии. Когда фотоны сталкиваются с кремнием, электрическое поле подталкивает электроны к передней части солнечного элемента, создавая отрицательно заряженную сторону. Протоны, которые остались на другой стороне поверхности клетки, создают положительный заряд.

Когда две стороны соединены с использованием непрямой цепи, такой как клеммы зарядного устройства солнечной батареи, электроны перетекают в нагрузку и создают электричество.

Зарядные устройства для солнечных батарей не заряжают напрямую литий-ионную батарею в вашем мобильном телефоне или iPad. Вместо этого они обычно заряжают внутреннюю аккумуляторную батарею. Он заряжается через солнечные модули, а затем их заряд перераспределяется на ваш гаджет, так что внешний источник электричества не требуется.

Эффективны ли зарядные устройства для солнечных батарей?

Преимущества зарядных устройств для солнечных батарей легко увидеть - они позволяют заряжать гаджеты и даже автомобильные аккумуляторы без внешнего источника электроэнергии.

Есть и более тонкие преимущества. Например, после изготовления солнечные элементы не производят никаких выбросов, отходов или побочных продуктов.

Хотя солнечные зарядные устройства работают очень хорошо, у них есть некоторые ограничения. Во-первых, мощность зарядного устройства на солнечной батарее нельзя сравнить с обычным зарядным устройством.Эти зарядные устройства не такие мощные, поэтому для зарядки аккумуляторов требуется больше времени.

Во-вторых, солнечное зарядное устройство выдает минимальный ток, поэтому оно более полезно для поддержания заряда, чем для зарядки полностью разряженного аккумулятора. Итак, вы должны быть осторожны, если думаете полностью полагаться на зарядное устройство для солнечных батарей.

Использовать зарядные устройства на солнечных батареях в небольших устройствах по-прежнему удобнее, чем в более крупных.

Solartab - отличный пример такого продукта.Он имеет батарею 13000 мАч , что больше, чем у любого среднего смартфона, и имеет выходную мощность, которая является минимальным количеством, которое использует смартфон. Это современное солнечное зарядное устройство хранит достаточно энергии, чтобы использовать ее в дальнейшем. Устройство можно легко носить с собой, поскольку оно плоское и легко помещается рядом с iPad. Более того, солнечное зарядное устройство для телефона Solartab настолько хорошо, что полностью разряженный iPhone 6 можно полностью зарядить всего за два часа.

Однако для полной зарядки зарядного устройства потребуется 12 часов прямых солнечных лучей.

Solartab эффективен в качестве солнечного зарядного устройства для телефона, но для зарядки аккумулятора 12 В и все работает немного иначе. Для зарядки 12-вольтовой батареи вам потребуется около 10 ампер постоянного тока на входе каждый раз, когда на выходе будет 100 ватт .

Зарядному устройству 10 А потребуется около 6 часов для зарядки полностью разряженной батареи. Точно так же требования будут выше для батареи 24 В .

Тем не менее, солнечные зарядные устройства имеют много преимуществ.Одна из их лучших особенностей может заключаться в том, что они маломощны, поэтому они хорошо работают в качестве зарядных устройств для обслуживания.

Зарядное устройство на солнечной батарее также может спасти вас в случае внезапной разрядки аккумулятора. Это может помочь продлить срок службы аккумулятора неподвижного автомобиля. И, конечно же, они экологичны, поэтому могут помочь вам уменьшить углеродный след.

В конце концов, это может стоить вложений.

Некоторые из лучших зарядных устройств 12 вольт - это зарядное устройство для морских аккумуляторов DuraVolt 20 Вт, солнечное зарядное устройство для тендера аккумуляторов, устройство для обслуживания магнитных аккумуляторов DuraVolt и некоторые другие.Другими хорошими из них являются зарядные устройства NOCO Battery Life 2.5-Watt и ALLPowers Portable Solar Battery для автомобилей.

Как правильно выбрать солнечное зарядное устройство?

При таком большом количестве солнечных зарядных устройств, доступных на рынке, бывает сложно выбрать хорошее. Некоторые особенности, на которые следует обратить внимание при выборе солнечного зарядного устройства в соответствии с вашими требованиями к питанию:

Эффективность

Эффективное зарядное устройство быстро использует солнечную энергию, поэтому вам не нужно беспокоиться, даже если солнца недостаточно. .Следовательно, они полезны и зимой, когда у вас сравнительно меньше солнца.

Размер

Солнечные зарядные устройства доступны в различных размерах. Однако чем больше мощности вам нужно, тем больше размер зарядного устройства. Если вы хотите зарядить автомобильный аккумулятор, вы можете выбрать зарядное устройство 12 В , потому что оно легкое и обычно удобное для переноски.

Их легко хранить в машине, и вы можете легко носить с собой. Более того, у него достаточно мощности, чтобы выдерживать большие вещи, такие как автомобили, велосипеды, лодки и т.

Power

Обычно зарядные устройства солнечных батарей имеют мощность от до 18 вольт . Те, что имеют более высокую мощность, можно заряжать быстро, но те, которые имеют более низкую мощность, не представляют опасности для вашей батареи.

Кабели и соединители

Наличие солнечной батареи с несколькими разъемами дает вам различные варианты на выбор. Вы также должны выбрать размер кабеля питания.

Если он слишком мал, вам может быть трудно подключить его к зарядному устройству.

Зарядное устройство для солнечных батарей - отличное изобретение, которое может помочь нам стать более экологичными за счет использования солнечной энергии. Таким образом, вложение в него может быть правильным шагом к сокращению выбросов углекислого газа и максимально эффективному использованию солнца.

.

Как работают зарядные устройства для солнечных батарей

Ой ой. Тот кратчайший путь, который вы прошли через лес, привел вас в лабиринт. Вы заблудились и каким-то образом оказались на главной дороге, и пути назад не было видно - а в вашей машине заканчивается бензин. Что еще хуже, вы никому не сказали, куда собираетесь, и у вашего телефона заканчивается заряд. Размеренные звуковые сигналы, которые он издает, чтобы предупредить вас о неминуемой кончине, также напоминают ваше собственное напоминание.

К счастью, в пологе леса есть пролом. Вы видите впереди широкий луг, залитый солнечным светом, стекающий в высокую траву. Вы паркуете машину и идете на луг. Выбравшись из-за деревьев, вы смотрите вверх, и в небе нет ни облачка. Да, у тебя все будет хорошо. Порывшись немного в перчаточном ящике, вы достаете зарядное устройство на солнечной батарее . Вы подключаете USB-кабель от зарядного устройства к мобильному телефону, переворачиваете зарядное устройство так, чтобы его небольшая солнечная панель смотрела в небо, обнаруживаете сигнал сотового телефона, кладете всю установку на пень, откидываете назад и ждете.Вероятно, сейчас хорошее время, чтобы расслабиться и почитать книгу, поскольку вы знаете, что помощь уже скоро.

До первого десятилетия 21 века вам бы не повезло, если бы вы оказались в подобном сценарии. Однако в последнее время ряд компаний создали серию зарядных устройств, которые используют энергию солнца для питания всего, от автомобилей до гаджетов и батарей AA. Узнайте о механике зарядных устройств для солнечных батарей на следующей странице.

.

Все, что вам нужно знать о солнечных зарядных устройствах

Дождь или солнце, мы получаем огромное количество звонков о солнечной энергии каждый день. Мы постараемся ответить на наиболее часто задаваемые вопросы, чтобы сэкономить на телефонном звонке.

Прежде чем мы начнем, вы должны знать, что солнечная энергия не является панацеей для замены израсходованной энергии. Например, некоторые люди пытаются перезарядить аккумуляторы для троллингового мотора, лодки, дома на колесах, дома, электросамоката, кабины в глуши и т. Д., И они хотят, чтобы это было сделано в очень короткие сроки, обычно всего за несколько дней.Предположим, вы берете разряженную батарею на 100 ампер-часов и заряжаете ее 30-ваттной солнечной панелью в идеальных летних условиях освещения. Через неделю аккумулятор будет почти полностью заряжен. Используя этот пример, вы можете увидеть, что для перезарядки 100-ампер-часового аккумулятора за несколько дней потребуется не менее 100 Вт солнечной энергии.

Также имейте в виду, что для получения максимальной мощности солнечной панели требуется прямой солнечный свет на поверхности панели. Такие условия, как пасмурное небо, тени, неправильный угол установки, экваториальное направление или короткие зимние дни, снизят фактическую мощность солнечной панели ниже номинальных значений.

НОМИНАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Большинство солнечных зарядных устройств рассчитаны на 12 В постоянного тока, но у нас ограниченная доступность для 24-вольтовых панелей. Обычно, когда требуется 24 В или больше, солнечные панели могут быть подключены последовательно, или мы можем по специальному заказу солнечные панели, которые сделаны для подачи большего напряжения постоянного тока, такого как 24 В, 36 В, 48 В и т. Д.

КОНТРОЛЛЕРЫ

Каждый раз, когда вы используете панель с номинальной выходной мощностью более 5 Вт, мы рекомендуем использовать солнечный контроллер заряда. На самом деле, контроллер заряда является хорошей идеей для большинства приложений, поскольку он может обеспечить несколько преимуществ, таких как предотвращение перезарядки, улучшение качества заряда и предотвращение разряда батареи в условиях низкой или полной освещенности.Некоторые солнечные панели сделаны с предварительно установленными блокирующими диодами, которые предотвращают разрядку батареи в условиях низкой освещенности или отсутствия света. В большинстве случаев, когда установлена ​​солнечная панель мощностью 6 Вт или больше, настоятельно рекомендуется использовать контроллер зарядного устройства. В двух словах, контроллер заряда от солнечной батареи действует как переключатель включения и выключения, позволяя пропускать энергию, когда она нужна батарее, и отключая ее, когда батарея полностью заряжена. При выборе контроллера следует помнить о том, что они обычно рассчитываются в амперах, а фотоэлектрические панели - в ваттах.Это означает, что контроллер заряда от солнечной батареи, такой как Morning Star SS6L, 6-амперный контроллер, будет работать почти со всеми панелями, которые мы продаем, мощностью до 70 Вт.

НОМИНАЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ, ВАТТ И АМПЕР

Производители солнечных батарей оценивают мощность солнечной энергии в ваттах. Как показывает практика, мощность в 15 Вт обеспечивает около 3600 кулонов (1 Ач) в час прямого солнечного света. Например, панель Pulse Tech SP-5 может выдавать 0,33 Ач в час прямого солнечного света. Это очень популярная панель для обслуживания одиночных и сдвоенных батарей в режиме ожидания и хранения.

КАК ПОКАЗАТЬ РАЗМЕР СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ

Первое, что нужно помнить о солнечной энергии, это то, что все дело в числах. Требуемая мощность и мощность, которую может выдать панель. Прежде чем вы даже сможете приступить к покупке панели, вам необходимо знать, сколько ампер-часов или ватт вам нужно будет выработать за установленный период времени. Эта цифра может измеряться часами или днями. Поскольку в сутках 24 часа, мы предлагаем вам использовать их в качестве базовых показателей. Во-первых, определите общее потребление электроэнергии за этот период времени.Затем подсчитайте количество прямого солнечного света, которое солнечная панель получит за этот период времени, и получите общее количество необходимых ватт-часов. Вы всегда должны проявлять осторожность и переоценивать свои потребности в энергии. Обычно мы видим в среднем 4 часа пригодного для использования солнечного света зимой и 6 часов пригодного для использования солнечного света летом. Конечно, есть исключения из этих средних значений, но осторожность создает более надежную солнечную систему. Эти средние значения также помогают компенсировать такие переменные, как тень, облака, угол наклона панели и т. Д.Как только вы разберетесь с потребностями в электроэнергии, я предлагаю вам перейти к нашему солнечному калькулятору.

УСЛОВИЯ ВЫХОДА

Параметры солнечных панелей рассчитываются при ярком прямом солнечном свете. Такие условия, как непрямой солнечный свет, пасмурная погода и полутень, снизят производительность. Мы всегда рекомендуем увеличивать размер вашей солнечной батареи, так как эти условия возникают часто. Также помните, что продолжительность светового дня летом по сравнению с зимой может иметь значение.

Одна из самых больших ошибок, которые часто наблюдаются, - это когда солнечная батарея проектируется летом с использованием летнего светового дня, но затем она также используется зимой.Первая жалоба часто связана с тем, что батареи больше не выдерживают нагрузки. Это постепенный процесс, который начинается, когда вы теряете световой день и начинаете выводить аккумуляторную батарею за пределы глубины разряда 50%. Когда это происходит, аккумуляторы начинают сульфатироваться намного быстрее и перестают держаться под нагрузкой. Как вы понимаете, это дорогостоящая ошибка! Решение обычно включает в себя больше панелей и новые батареи с большим запасом ампер / час. Поэтому мы советуем нашим клиентам быть консервативными при учете дневного времени.Кроме того, если вы планируете использовать солнечную батарею круглый год, вам необходимо учитывать дневное потребление солнечной энергии зимой.

УПРАВЛЕНИЕ УСТРОЙСТВОМ НЕПОСРЕДСТВЕННО ОТ ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА НА СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ

У нас есть несколько складных / переносных солнечных панелей для пеших прогулок, которые поставляются с адаптером для прикуривателя. Этот адаптер позволяет запитать аксессуары 12 В, которые обычно используют штекер 12 В постоянного тока. Для прямого подключения к панели устройство не может быть чувствительным к колебаниям напряжения - в противном случае они могут отключиться.Чтобы решить эту проблему, лучше всего использовать небольшую батарею в качестве емкости для хранения энергии, которая будет обеспечивать постоянный источник стабильной и надежной энергии. Для этого мы рекомендуем использовать контроллер заряда от солнечной батареи, Y-образный соединитель с аккумулятором на одной ножке и гнездо для сигарет на другой ножке.

СОЛНЕЧНЫЕ ПАНЕЛИ ЗАЩИТА ОТ ПОГОДЫ

Почти все солнечные панели предназначены для установки на открытом воздухе, так как именно здесь они получают наилучшее прямое воздействие солнечного света.Помните, что любое меньшее значение приведет к тому, что панель будет производить меньше своей полной номинальной мощности.

ОБЯЗАТЕЛЬНО ОБСЛУЖИВАТЬ СОЛНЕЧНЫЕ ПАНЕЛИ

Все, что необходимо - это периодический осмотр с целью удаления грязи, мусора и проверки электрических соединений. Очистка панели от снега и мусора позволит добиться лучших результатов.

СКОЛЬКО ДЛИННЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ ПАНЕЛИ ДЕЙСТВУЮТ

Производительность солнечной панели может отличаться, но в большинстве случаев ожидаемый срок службы гарантированной выходной мощности составляет от 3 до 25 лет.Этот гарантированный рейтинг продолжительности жизни обычно составляет 80% от опубликованного рейтинга солнечной панели. Конечно, это будет варьироваться от производителя к производителю, и, как всегда, вы обычно получаете то, за что платите. Не упустите эти дешевые панели, сделанные в пакистанском китайском нам-истане.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНВЕРТОРА

Многие люди используют инвертор постоянного тока в переменный для преобразования 12 В постоянного тока в 110 В переменного тока. Поскольку они меняют мощность с одной формы на другую, инверторы - это монстры, поглощающие энергию, и их следует по возможности избегать.Если у вас есть выбор между 12-вольтовым устройством с питанием от постоянного тока или 110-вольтным устройством переменного тока, выберите 12-вольтное устройство постоянного тока. На рынке есть устройства постоянного тока, которые либо понижают, либо повышают мощность постоянного тока, и они также потребляют значительно больше энергии.

FORMULA DC в переменный ток через инвертор

Формулы и примеры для систем постоянного тока 12 и 24 В

Это «практическое правило» предназначено в качестве общего руководства для оценки силы постоянного тока, необходимой для работы преобразователя постоянного тока в переменный. Поскольку расчеты дают приблизительные значения, при проектировании и указании компонентов системы, таких как провод, размер и длина, следует учитывать соответствующий коэффициент безопасности.Это в основном означает «увеличить размер вашей системы».

Системы постоянного тока 12 В

Формула: Для 12-вольтных инверторов требуется приблизительно десять входных сигналов постоянного тока по 10 А на каждые 100 Вт выходной мощности, используемые для работы с нагрузкой переменного тока.

Пример: Сколько ампер постоянного тока потребуется 12-вольтовому инвертору для работы трех кварцевых ламп мощностью 500 Вт или электрического нагревателя на 1500 Вт?

Ответ:

  • 1) Общая мощность = 1500
  • 2) 1500 Вт / 100 (по формуле) = 15
  • 3) 15 X 10 ампер (из формулы) = 150 ампер.

Это постоянный ток, который инвертор будет использовать для работы нагрузки 1500 Вт. Примечание: Если эти 150 ампер потребляются от батареи в течение одного часа, будет использовано 150 ампер-часов энергии батареи.

Для поддержки 150 ампер-часов заряда батареи необходимо использовать ее 300 ампер для максимального срока службы и производительности.

Системы постоянного тока 24 В

Формула: 24-вольтовые инверторы требуют приблизительно 5 ампер постоянного тока на входе на каждые 100 ватт выходной мощности, используемой для работы с нагрузкой переменного тока.

Пример: Сколько ампер постоянного тока потребуется инвертору на 24 В для работы трех кварцевых фонарей на 500 Вт или электрического нагревателя на 1500 Вт?

Ответ:

  • 1) Общая мощность = 1500
  • 2) 1500 Вт / 100 (по формуле) = 15
  • 3) 15 X 5 ампер (из формулы) = 75 ампер.

Это постоянный ток, который инвертор будет использовать для работы нагрузки 1500 Вт. Примечание: Если эти 75 ампер потребляются от батареи в течение одного часа, будет использовано 75 ампер-часов энергии батареи.

Для поддержки заряда батареи 75 ампер-часов необходимо использовать батарею емкостью 150 ампер для максимального срока службы и производительности.

Готовы использовать силу солнца? Купите солнечное зарядное устройство и аксессуары.

Солнечный калькулятор

Нужны ли вам солнечные зарядные устройства для лодок, солнечные капельные зарядные устройства для автомобильных аккумуляторов или солнечные зарядные устройства переменного тока, у нас есть подходящие зарядные устройства для любого применения.

Выберите солнечное зарядное устройство

Была ли эта информация полезной? Подпишитесь, чтобы получать обновления и предложения.

.

Как работает аккумуляторная батарея | Решения Solargain Solar Power Solutions

Должно быть ясно, что наличие батарей не означает автоматически, что у вас есть резервное питание. Для резервного питания требуются дополнительные компоненты, и не все аккумуляторные инверторы и гибридные инверторы могут обеспечивать резервное питание даже с этими компонентами. Первая проблема с резервным питанием - это необходимость предотвращения возврата электроэнергии в сеть. В новых системах резервного копирования это делается с помощью автоматического переключателя передачи (ATS), который отключается при отключении сети и повторно активируется при ее повторной активации.После того, как этот переключатель был выключен, он должен сообщить инвертору с резервным питанием, что теперь он может безопасно вырабатывать электроэнергию.

Наличие существующей солнечной энергосистемы может работать против вас, когда дело касается функции резервного копирования. Когда ваша резервная система вырабатывает электроэнергию, существующий инвертор также начнет вырабатывать электроэнергию, принимая его за сеть. Когда это происходит, питание от существующего инвертора означает, что имеется либо слишком много, либо слишком мало доступной мощности, которой не может управлять резервный инвертор, и вся система отключится.

Некоторыми инверторами можно управлять с помощью резервного инвертора, что предотвращает эту проблему. Наличие гибридного инвертора также может предотвратить это, поскольку наличие всего в одном устройстве делает это не проблемой. Вот почему вам, вероятно, потребуется заменить существующий солнечный инвертор, если вы хотите добавить резервную мощность в систему солнечной энергии вашего дома, и именно поэтому мы обычно все больше и больше рекомендуем гибридные инверторы, поскольку варианты резервного питания и хранения батарей становятся более частая забота среднего потребителя.

При использовании резервного питания, если ваша система резервного копирования не может удовлетворить требуемую потребность, она отключится. Например, если ваш кондиционер включен и произойдет сбой, большинство систем резервного копирования не смогут удовлетворить это требование к питанию. Некоторые кондиционеры могут потреблять более 5000 Вт во время работы, поэтому, хотя у вас может быть полная батарея, ваша система отключается, потому что вы не можете удовлетворить исходящую потребность в электроэнергии. По этой причине мы рекомендуем разделить ваши основные нагрузки в доме, чтобы в случае отключения электросети второстепенные устройства отключились автоматически, и были покрыты только основные нагрузки, такие как охлаждение, освещение и потенциально медицинское оборудование. .

Эти важные нагрузки должны быть подключены к отдельной цепи или цепям и могут включать все, что вам нравится. Мы бы порекомендовали маломощные нагрузки, такие как лампы и холодильники, оттуда вы также можете добавить свой Wi-Fi, систему безопасности, любое медицинское оборудование и даже несколько аварийных розеток. Обратите внимание: чем больше вы добавляете, тем больше мощности вам потребуется и тем меньше вероятность того, что ваша система сможет удовлетворить спрос.

.

Смотрите также