Как работают солнечные батареи?
Это то, что мы подразумеваем под фотоэлектрическим напряжением, создающим свет, и это один из видов того, что ученые называют фотоэлектрическим эффектом .
Видимый солнечный свет состоит из невидимых частиц, называемых фотонами. У них есть энергия, но нулевая масса покоя. Когда фотоны сталкиваются с другими частицами, их энергия преобразуется в другие формы в зависимости от вида атомов, к которым они прикасаются. Большинство столкновений создают только тепло.
Но электричество также может быть произведено, когда фотоны делают электроны в атомах настолько возбужденными, что они отрываются и перемещаются свободно. Кремниевые электроны n-типа ищут электроны в кремнии p-типа, чтобы заменить отсутствующие электроны и поток между двумя полученными типами.
Замечательные свойства полупроводников, таких как кремний, позволяют поддерживать электрический дисбаланс. Это означает постоянную подачу электричества, пока фотоны попадают на солнечные панели. Ток собирается по проводам и распространяется по всей системе.
Солнечный элемент представляет собой сэндвич из кремния n-типа (синий) и кремния p-типа (красный). Он генерирует электричество, используя солнечный свет, чтобы электроны перепрыгивали через соединение между различными ароматами кремния:
- Когда солнечный свет падает на клетку, фотоны (легкие частицы) бомбардируют верхнюю поверхность.
- Фотоны (желтые капли) несут свою энергию через клетку.
- Фотоны отдают свою энергию электронам (зеленым пятнам) в нижнем слое p-типа.
- Электроны используют эту энергию, чтобы перепрыгнуть через барьер в верхний слой n-типа и уйти в контур.
- Обтекание цепи электронами заставляет лампу загореться.
- Тень. Затененные солнечные панели не будут вырабатывать столько же энергии, сколько панели на полноценном солнце. Если ваша крыша лишена солнечного света, затенена необрезанными деревьями или зданиями, солнечная энергия может оказаться не лучшим выбором.
- Сезонность. Как и погода, выработка солнечной энергии меняется день ото дня и месяц за месяцем. Облачный зимний день не будет таким же продуктивным, как солнечный летний. Но важно сосредоточиться на круглогодичной картине. Например, снег иногда может отражать свет и улучшать фотоэлектрические характеристики. Таким образом, в действительности холодный месяц станет солнечным антагонистом, только если слякоть не покроет панели.
- Наклон. Солнечные панели должны иметь хороший наклон. Направление, в котором стоит ваш дом, его расположение, и даже уклон крыши, оказывают существенное влияние на эффективность работы солнечной солнечной системы. В идеале солнечные панели должны находиться под тем же углом, что и широта, на которой они установлены. Отклонения от 30 до 45 градусов обычно работают хорошо в большинстве сценариев.
- Азимут. Угол солнечного азимута — это направление компаса, откуда идет солнечный свет. В полдень солнечный свет исходит с юга в северном полушарии и с севера в южном полушарии. Неправильный угол азимута может снизить эффективность солнечной панели дома до 35%. Азимут нуля (обращенный к экватору) обычно является лучшим выбором.
Мощность гелиосистем можно увеличивать, наращивая панели и увеличивая площадь фотоэлектрических преобразователей.
Солнечные батареи. Виды и устройство. Работа и применение
Гибкие солнечные батареи и жесткие конструкции – разница в технологиях и характеристиках
В сфере солнечных панелей наметилась жесткая конкуренция между:
- С одной стороны – традиционными поликристаллическими и монокристаллическими батареями в исполнении на жесткой раме;
- С другой – гибкими панелями на базе аморфного кремния, полиморфными и полимерными солнечными элементами.
У каждой из групп есть собственные достоинства и недостатки.
Жесткие моно- и поликристаллические кремниевые батареи с 30% и 53% рынка соответственно, пока, безусловно, лидируют. Для такого положения дел есть веские основания:
Многие производители выпускают действительно достаточно солидные объемы одиночных элементов, а также и готовых панелей, которые способны полноценно удовлетворить множество запросов предприятий-сборщиков, кроме того удовлетворить львиную долю потребностей конечного пользователя.
Эти модули остаются лидерами по эффективности преобразования среди изделий массового производства. Речь идет, прежде всего, о монокристаллических панелях с КПД серийных образцов на уровне 24% и некоторых поликристаллических, достигающих 18%-ной эффективности.
Используемые технологии сборки и защиты панелей гарантируют их высокую надежность, устойчивость к различным атмосферным воздействиям и длительный срок службы.
Именно по этой причине спрос на моно-/поликристаллические солнечные батареи продолжает расти, заинтересованность в них частных покупателей уже практически достигла уровня покупок предприятиями.
Взрывной рост этого спроса сдерживают несколько факторов:
Некоторые специфические свойства солнечных элементов, например, ускоренная деградация при воздействии температур. Последний фактор имеет важное значение, поскольку максимальный прогрев панелей приходится на моменты максимума солнечного излучения.
Свои особенности есть и у каждой из разновидностей гибких панелей.
Виды солнечных батарей
Виды и свойства гибких солнечных панелей
Сегодня разрабатываются и выпускаются несколько принципиально разных видов гибких солнечных батарей. Они отличаются используемыми материалами и технологиями, что, в свою очередь определяет как характеристики, так и особенности монтажа и эксплуатации.
Аморфные панели (элементы из аморфного кремния)
Аморфные гибкие солнечные панели создаются на базе элементов из аморфного кремния (a-Si). Такое название получил гидрид кремния, образующийся в результате распада силана или кремневодорода (SiH4) под воздействием электрического разряда.
Соединение превосходит кристаллический кремний по коэффициенту поглощения – для полного поглощения солнечного излучения достаточно слоя толщиной 0.5-1 мкм по сравнению со 100-300 мкм для кремниевых кристаллов.
Кроме того, достаточно низкая температура осаждения (порядка 150 о С) позволяет формировать пленки необходимой для фотовольтатики толщины не только на металлической или стеклянной, но и на полимерной основе, причем сделать этот процесс непрерывным.
Еще одно достоинство технологии – дешевизна сырья, поскольку для получения кремневодорода не требуется высокая степень очистки кремния. Это позволяет использовать в производстве отходы предприятий металлургической отрасли, поступающие на утилизацию кремниевые солнечные батареи и другие дешевые источники.
В результате аморфные солнечные панели считаются одним из наиболее перспективных на ближайшие годы направлений развития гелиоэнергетики. Прогнозируется, что к 2024-2025 гг. эти модули на основе аморфных элементов станут лидерами рынка, значительно потеснив и поли- и монокристаллические изделия.
Из серьезных недостатков технологии следует выделить:
- Ускоренную деградацию пленок под воздействием ультрафиолета и высокой температуры, что снижает срок службы панелей до 3-5 лет. Бороться с ним можно применением защищающих от УФИ ламинирующих пленок и применение в конструкции эффективных теплоотводов.
- Относительно низкий по сравнению с кристаллическим кремнием коэффициент конверсии, что снижает КПД батареи в целом и требует значительного увеличения площади панелей для обеспечения необходимой потребителям мощности генерации. В настоящий момент единственный путь повышения эффективности – совершенствование технологий.
