Сайт вебмастеров .

Принцип работы солнечной батареи: преобразование энергии в электрическую в пасмурную и хорошую погоду

Опубликовано: 05.09.2018

До недавнего времени идея обеспечить свой дом автономным источником электрического питания казалась чем-то фантастическим и нереальным. В наши дни такая возможность появилась благодаря разработанным учеными и конструкторами специальным фотопластинам, которые лежат в основе принципа работы солнечной батареи. В Европе многие владельцы частных домов уже установили подобное оборудование и даже продают излишки полученной энергии. Такие устройства применимы в регионах, где очень много солнечных дней.

Важная информация о технологии

Если детально рассматривать солнечную батарею, принцип работы понять несложно. Отдельные участки фотопластины меняют проводимость на отдельных участках под воздействием ультрафиолетового излучения.

В результате происходит преобразование солнечной энергии в электрическую, которую можно сразу использовать для электроприборов, или же накапливать на съёмных автономных носителях.

Чтобы более подробно понять такой процесс, нужно оценить несколько важных аспектов :

Солнечная батарея — это специальная система фотоэлектрических преобразователей, которые образуют общую конструкцию и соединены в определенной последовательности. В структуре фотопреобразователей находится два слоя, которые могут отличаться типом проводимости. Для изготовления этих преобразователей используют кремниевые пластины. Также к кремнию добавляется фосфор в слое n -типа, что вызывает появление избытка электронов с отрицательно заряженным показателем. Слой р-типа изготовляют из кремния и бора, что приводит к образованию так называемых «дыр». В конечном итоге оба слоя располагаются между электродами с разным зарядом.

Принцип действия

Эти устройства многие экологи называют источником энергии будущего. Дело в том, что они, если не считать само производство приборов, экологически безопасны.

На панель с отрицательным зарядом воздействует ультрафиолетовый свет, который способствует прогрессивному формированию дополнительных отрицательных электронов и так называемых «дырок». Воздействие электрического поля, находящегося в р- n переходе, начинается разделение положительно и отрицательно заряженных частиц.

Первые элементы уходят в верхний слой, а вторые — в нижний. В результате образуется разность потенциалов, или постоянное напряжение. Если вкратце описать дальнейший процесс, то здесь фотопреобразователь работает словно батарейка. И как только на него воздействует дополнительная нагрузка, в цепи появляется электрический ток, сила которого зависит от разных факторов, включая:

Уровень инсоляции. Размер преобразователя. Тип фотоэлемента. Общее сопротивление электроприборов, которые присоединены к панели.

Виды панелей

В настоящее время распространены разные виды солнечных батарей. В их числе:

Поли- и монокристаллические. Аморфные.

Для монокристаллических панелей характерна невысокая продуктивность, однако они стоят относительно недорого, поэтому очень популярны . Если необходимо оборудовать дополнительную систему электропитания для альтернативной подачи тока при отключении основной, то покупка такого варианта вполне оправдана.

Поликристаллы находятся на промежуточной позиции по этим двум параметрам. Такие панели можно использовать для обеспечения централизованной подачи электроэнергии в тех местах, где доступа к стационарной системе по каким-либо причинам нет.

Что касается аморфных панелей, то они демонстрируют максимальную продуктивность работы, но это существенно повышает стоимость оборудования. В устройствах этого типа присутствует аморфный кремний. Стоит отметить, что приобрести их пока нереально, поскольку технология находится на стадии экспериментального применения.

Роль контроллера в батареях

Описанные выше фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии могут быть достойной альтернативой для централизованных систем подачи электрической энергии, при условии, что их перестанут оснащать контроллерами, регулирующими степень заряда оборудования.

Предназначение таких элементов заключается в эффективном перераспределении получаемой энергии и дальнейшем направлении её к источнику потребления . Также эти детали способны сохранять полученный запас в аккумуляторе.

Сегодня распространены разные типы контроллеров, которые могут отличаться друг от друга степенью увеличения общей эффективности системы.

Кроме крупных, недешевых панелей в продаже предлагается множество доступных приборов, которые работают по такому же принципу. В последнее время получили популярность так называемые солнечные фонари, которые используются для декоративного освещения в ландшафтном дизайне .

Подобные осветительные приборы работают по тому же принципу: в верхней части размещена фотопластина. На протяжении солнечного дня эта деталь улавливает и преобразует солнечную энергию, которая затем сохраняется в небольшой батарее, размещенной у основания фонарика. Прибор расходует энергию в ночное время суток.

Аморфные кремниевые панели

Изделия аморфного типа, изготовленные из кремния, получают широкое распространение. В каждой панели есть пластины из стека, пластика или же фольги, на которые нанесен слой кремния, который создаются с помощью технологии напыления частиц в вакуумной среде.

Коэффициент полезного действия намного ниже, чем у остальных типов, т. к. он составляет всего лишь 6 процентов. К тому же кремниевые слои способны выгорать на солнце и уже через шесть месяцев эксплуатации терять эффективность. В конечном итоге она падает на 15, а иногда и на 20 процентов. Срок службы подобных приборов ограничивается двумя годами.

У подобных батарей есть определенные плюсы, которые делают их очень популярными :

Системы способны работать даже в пасмурную погоду. Их стоимость на фоне модернизированных изделий более привлекательна.

В последнее время популярность стремительно набирают гибридные фотопреобразователи . В их основе — микрокристаллы, которые размещены на аморфном кремнии. По принципу действия эти панели сходны с поликристаллическими, отличаясь лишь более высокими мощностями вырабатываемого тока при воздействии рассеянного солнечного света, например, в пасмурную погоду или на рассвете.

К тому же их можно использовать не только под прямым ультрафиолетовым излучением, но и в инфракрасном диапазоне.

Пленочные полимерные преобразователи

Считаются достойной альтернативой для кремниевых изделий и заслуживают лидирующей позиции в списке самых продуктивных панелей на рынке. Уже из названия понятно, что такие батареи — это пленка, состоящая из нескольких слоев. Это сетка алюминиевых проводников, полимерный слой активного вещества, органическая подложка и защитная пленка.

Фотоэлементы соединены воедино и формируют пленочную солнечную батарею рулонного типа. В процессе производства выполняется многослойное нанесение на пленку фотоэлемента.

Такие приборы обладают небольшим весом и компактнее классическим кремниевых моделей. Для изготовления не нужно использовать дорогие материалы, а сам производственный процесс гораздо дешевле. В результате рулонные панели более востребованы из-за своей дешевизны.

Однако простой принцип действия существенно снижает показатели коэффициента полезного действия, поэтому он составляет всего лишь 6 процентов. Из минусов также отмечается лишь небольшая распространённость, т. к. модели пока находятся на стадии экспериментирования и практически не доступны для общего пользования.

Среди весомых преимуществ технологии — возможность изменять размер батареи, подгоняя его под любые параметры . Как считают эксперты, вскоре такие изобретения станут очень популярными, поэтому компании смогут запустить производство в больших масштабах.

Обустройство системы отопления

В настоящее время набирает популярность инновационные отопительные системы, работающие на основе солнечных преобразователей. Это самостоятельные устройства с уникальными конструктивными и техническими параметрами, отличающимися от солнечных батарей.

В качестве основного рабочего элемента для отопительных систем используется коллектор, который принимает солнечный свет и автоматически преобразовывает его в кинетическое электричество . Площадь такой части варьируется от 30 до 70 квадратных метров. Чтобы зафиксировать коллектор нужно применять дополнительную технику, а для соединения пластин между собой используются металлические контакты.

Следующий компонент системы солнечного отопления — накопительный бойлер . Он обеспечивает эффективную трансформацию кинетической энергии в тепловую, и вызывает нагревание жидкости, объёмом до 300 литров. В некоторых случаях для поддержания оптимальной температуры воды используются дополнительные котлы на сухом топливе.

Завершающим узлом подобной системы являются напольные и настенные элементы, где по медным трубам циркулирует подогретая вода. За счёт низкой температуры запуска батарей и равномерной теплоотдачи, прогрев помещения осуществляется достаточно быстро.

Чтобы понять, как работают системы отопления дома на солнечных панелях, необходимо более подробно рассмотреть принцип их действия.

Между температурными показателями коллектора и накопительного элемента формируется определенная разница. Теплоноситель, в роли которого используется вода с антифризом, стремительно циркулирует по системе, в результате чего образуется кинетическая энергия.

После прохождения жидкости через отдельные слои системы, полученная энергия становится теплом, которое и обогревает помещение. Из-за таких особенностей в доме всегда сохраняется оптимальный температурный диапазон независимо от времени суток и года. Кстати, рынок таких систем постоянно расширяется, поэтому в ближайшем будущем они будут доступны для каждой среднестатистической семьи.

Как работают гелиосистемы

Однако мощности одного фотоэлемента не хватает, для обеспечения большинства хозяйственных нужд, т. к. даже при продолжительном световом дне он не способен выдавать необходимое количество электрической энергии. Потому для повышения выходной мощности используют несколько фотопреобразователей, которые объединяются друг с другом по параллельной схеме. В результате происходит регулярное увеличение постоянного напряжения. В свою очередь, силу тока повышают последовательным образом.

Продуктивность работы солнечных панелей зависит от некоторых факторов :

От температуры воздуха и самой панели. От правильно выбора адекватного сопротивления нагрузки. От угла падения ультрафиолетовых лучей. От наличия или отсутствия антибликовых покрытий. От мощности светового излучения.

Важно понимать, что чем ниже показатели внешней температуры воздуха, тем лучше будет работать фотоэлемент и гелиобатарея в целом. Здесь всё объясняется простым принципом. А вот что касается расчёта нагрузки, то в данном случае ситуация выглядит сложнее. Эти показатели подбираются с учётом выдаваемого тока, но его величина способна меняться в зависимости от погодных условий.

Вести ручной мониторинг изменяющихся параметров батареи и постоянно подстраивать их проблематично . Вместо этого, целесообразно оборудовать систему автоматическим контроллером, который будет в автоматическом режиме изменять параметры гелиопанели, стремясь достичь максимальной продуктивности работы и оптимальных конфигураций.

Наукой доказано, что идеальный угол падения ультрафиолетовых лучей на гелиобатареию — прямой. Но если замечается отклонение в радиусе 30 градусов, серьезных потерь не ожидается, ведь эффективность снижается лишь на 5−10 процентов. Если же угол продолжает меняться, КПД ФЭП существенно упадёт.

Теперь вам известно, как работают разные типы солнечных батарей, которые стремительно превращаются из предмета роскоши в необходимую часть современной жизни.

солнечные батареи

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!
Строительство под ключ © 2016 Возведение стен в малоэтажном строительстве
rss