În zilele noastre, aproape toată lumea poate asambla și are la dispoziție propria sursă independentă de energie electrică folosind baterii solare (în literatura științifică sunt numite panouri fotovoltaice).
În timp, echipamentele scumpe sunt compensate de posibilitatea de a primi electricitate gratuită. Este important ca panourile solare să fie o sursă de energie ecologică. În ultimii ani, prețurile la panourile fotovoltaice au scăzut de zeci de ori și continuă să scadă, ceea ce indică perspective mari de utilizare a acestora.
ÎN forma clasica o astfel de sursă de energie electrică va consta din următoarele părți: direct, o baterie solară (generator de curent continuu), o baterie cu dispozitiv de control al încărcării și un invertor care transformă curentul continuu în curent alternativ.
Panourile solare constau dintr-un set de celule solare (convertoare fotovoltaice) care convertesc direct energia solara in energie electrica.
Majoritatea celulelor solare sunt fabricate din siliciu, care este destul de scump. Acest fapt va determina costul ridicat al energiei electrice, care se obține prin utilizarea panourilor solare.
Există două tipuri comune de convertoare fotovoltaice: cele din siliciu monocristalin și policristalin. Ele diferă în tehnologia de producție. Primele au o eficiență de până la 17,5%, iar cele din urmă - 15%.
Cel mai important parametru tehnic al unei baterii solare, care are un impact major asupra randamentului intregii instalatii, este puterea sa utila. Este determinat de tensiune și curent de ieșire. Acești parametri depind de intensitatea luminii solare care lovește bateria.
Forța electromotoare a celulelor solare individuale nu depinde de zona lor și scade atunci când bateria este încălzită de soare, cu aproximativ 0,4% la 1 g. C. Curentul de ieșire depinde de intensitatea radiației solare și de dimensiunea celulelor solare. Cu cât lumina soarelui este mai strălucitoare, cu atât mai mult curent este generat de celulele solare. Curentul de încărcare și puterea de ieșire sunt reduse drastic pe vreme înnorată. Acest lucru se întâmplă prin reducerea curentului furnizat de baterie.
Dacă o baterie iluminată de soare este conectată la orice sarcină cu rezistență R, atunci a electricitate I, a cărui valoare este determinată de calitatea convertorului fotoelectric, de intensitatea luminii și de rezistența la sarcină. Puterea Pн, care este eliberată în sarcină, este determinată de produsul Pн = InUn, unde Un este tensiunea la bornele bateriei.
Cea mai mare putere este eliberată în sarcină la o anumită rezistență optimă Ropt, care corespunde cu cea mai mare eficiență de conversie a energiei luminoase în energie electrică. Fiecare convertor are propria sa valoare Ropt, care depinde de calitatea, dimensiunea suprafeței de lucru și gradul de iluminare.
O celulă solară constă din celule solare individuale care sunt conectate în serie și paralel pentru a crește parametrii de ieșire (curent, tensiune și putere). Când elementele sunt conectate în serie, tensiunea de ieșire crește, iar când sunt conectate în paralel, curentul de ieșire crește.
Pentru a crește atât curentul, cât și tensiunea, aceste două metode de conectare sunt combinate. În plus, cu această metodă de conectare, defectarea uneia dintre celulele solare nu duce la defectarea întregului lanț, adică. crește fiabilitatea întregii baterii.
Prin urmare, baterie solară constă din celule solare conectate în serie paralelă. Curentul maxim posibil furnizat de baterie este direct proporțional cu numărul de celule solare conectate în paralel, iar forța electromotoare este proporțională cu numărul de celule solare conectate în serie. Deci, prin combinarea tipurilor de conexiune, este asamblată o baterie cu parametrii necesari.
Celulele solare ale bateriei sunt manevrate de diode. De obicei, sunt 4 dintre ele - câte unul pentru fiecare ¼ din baterie. Diodele protejează părțile bateriei de defecțiuni care din anumite motive sunt întunecate, adică dacă la un moment dat lumina nu cade pe ele.
Bateria generează temporar cu 25% mai puțină putere decât atunci când soarele luminează în mod normal întreaga suprafață a bateriei.
În absența diodelor, aceste celule solare se vor supraîncălzi și se vor defecta, deoarece în timpul întunecării se transformă în consumatori de curent (bateriile sunt descărcate prin celulele solare), iar atunci când sunt utilizate diode, sunt manevrate și nu trece curent prin ele.
Energia electrică rezultată este stocată în baterii și apoi transferată la sarcină. Bateriile sunt surse chimice de curent. Bateria este încărcată atunci când i se aplică un potențial mai mare decât tensiunea bateriei.
Numărul de celule solare conectate în serie și paralel trebuie să fie astfel încât tensiunea de funcționare furnizată bateriilor, ținând cont de căderea de tensiune în circuitul de încărcare, să depășească puțin tensiunea bateriei, iar curentul de sarcină al bateriei să ofere cantitatea necesară de curent de încărcare.
De exemplu, pentru a încărca un lead baterie 12 V necesită o baterie solară formată din 36 de elemente.
În lumina slabă a soarelui, încărcarea bateriei scade și bateria își pierde puterea energie electrica receptor electric, de ex. Bateriile reîncărcabile funcționează în mod constant în modul de descărcare și reîncărcare.
Acest proces este controlat de un controler special. Încărcarea ciclică necesită o tensiune constantă sau un curent de încărcare constant.
Când există o iluminare bună, bateria se încarcă rapid la 90% din capacitatea sa nominală și apoi la o rată de încărcare mai mică până la capacitatea maximă. Trecerea la o rată de încărcare mai mică este efectuată de controlerul încărcătorului.
Cea mai eficientă utilizare a bateriilor speciale sunt bateriile cu gel (bateria folosește acid sulfuric ca electrolit) și bateriile cu plumb, care sunt fabricate folosind tehnologia AGM. Aceste baterii nu necesită condiții speciale de instalare și nu necesită întreținere. Durata de viață certificată a unor astfel de baterii este de 10 - 12 ani, cu o adâncime de descărcare de cel mult 20%. Bateriile nu trebuie să fie niciodată descărcate sub această valoare, altfel durata lor de viață va fi redusă drastic!
Bateria este conectată la panoul solar printr-un controler care îi controlează încărcarea. Când bateria este încărcată la capacitate maximă, la panoul solar este conectată o rezistență, care absoarbe puterea în exces.
Pentru a converti tensiunea continuă de la baterie în tensiune alternativă, care poate fi folosită pentru a alimenta majoritatea receptoarelor electrice, puteți folosi împreună baterii solare. dispozitive speciale- invertoare.
Fără a utiliza un invertor, o baterie solară poate fi utilizată pentru a alimenta receptoarele electrice care funcționează la tensiune constantă, incl. diverse echipamente portabile, surse de lumină cu economie de energie, de exemplu, aceleași lămpi LED.
Autorul textului: Andrey Povny. Textul a fost publicat pentru prima dată pe site-ul Electrik.info. Retipărit cu acordul editorilor.
Sursele alternative de energie care transformă lumina soarelui în electricitate devin din ce în ce mai solicitate în viața de zi cu zi și în industrie. Ele sunt folosite în aviație, dezvoltare spațială, electronică și pentru a crea transport ecologic. Dar cea mai promițătoare industrie este considerată a fi furnizarea de energie a clădirilor: energia aparate electrocasnice si sisteme de incalzire a locuintei, incalzire apa fierbinte. Avantajele includ: independență față de sezon și utilități, capacitatea de a acumula rezerve de energie, fiabilitate și durată lungă de viață. Dar pentru a obține efectul maxim din utilizare, este important să cunoașteți principiul de funcționare al bateriilor și să respectați condițiile de instalare și funcționare a acestora.
Convertoarele fotovoltaice sau acumulatorii solari sunt o napolitană cu proprietăți semiconductoare care produce curent continuu atunci când razele de lumină o lovesc. Baza poate fi siliciul (cel mai comun tip) și compușii săi cu cupru, galiu, cadmiu, indiu, amforă, celule solare organice sau chimice și film polimeric.
Fiecare material are propriul coeficient PV solar (de la 5 la 30%) și, ca urmare, produce o anumită putere la aceeași intensitate a fluxului luminos. Depinde mult de zona bateriei; un singur cip semiconductor produce o cantitate mică de energie; în medie, este necesar 1 m2 de panou pentru a produce 0,15 kW. Excepție fac compușii polimeri multistrat inovatori (monocristale), eficiența lor ajunge la 30%, dar această tehnologie nu este încă disponibilă pentru consumatorul mediu.
Pe lângă placă, circuitul bateriei solare include dispozitive auxiliare (pentru transmiterea, distribuția și stocarea energiei):
- Invertor sau convertor DC/DC.
- Depozitare pentru funcționarea neîntreruptă a sistemului pe timp de noapte sau pe vreme înnorată.
- Regulator de voltaj.
- Controler de urmărire a încărcăturii.
În funcție de zonă, se folosesc baterii miniaturale de putere redusă (până la 10 W) sau panouri staționare mari. Primele sunt portabile (populare pentru încărcarea unui laptop, calculator, dispozitive mobile). Acestea din urmă servesc adesea la furnizarea de energie și la încălzirea casei și sunt de obicei amplasate pe acoperiș. Întrucât puterea bateriilor este complet proporțională cu intensitatea solară, a devenit recomandabil să se plaseze panouri de urmărire (care modifică unghiul de amplasare în funcție de mișcarea Soarelui). Grosimea opțiunilor de semiconductor este nesemnificativă (de la 10 microni la 10 cm), dar ținând cont de dispozitivele auxiliare, modulele cântăresc mai mult, ceea ce este luat în considerare la calcularea sarcinii pe căpriori și suprafața acoperișului.
Principiul conversiei fotoelectrice
Pentru a înțelege cum funcționează o baterie solară, ar trebui să vă amintiți cursul de fizică din școală. Când lumina lovește o placă formată din două straturi de semiconductori de conductivitate diferită, apare efectul joncțiune p-n, electronii din catod își părăsesc atomii și sunt capturați la nivelul anodului. Când sunt conectate la un circuit de sarcină (baterie), ei renunță la energia încărcată pozitiv și revin la stratul n. Acest fenomen este mai bine cunoscut sub numele de „efect fotoelectric extern”, iar placa cu dublu strat ca „fotocelulă”. Cel mai adesea, se folosește același material: un semiconductor de bază cu un anumit tip de conductivitate este acoperit cu un strat cu o sarcină opusă, dar cu o concentrație mare de impurități dopante.
Acest principiu de funcționare al celulelor solare a rămas neschimbat de la descoperirea efectului; La limita zonei are loc tranziția electron-gaură. Când sunt expuse la lumina soarelui, particulele încărcate diferit se mișcă în ambele direcții; când circuitul fotovoltaic este închis, ele efectuează lucrări asupra sarcinii. Pentru transmisia completă (colectarea și îndepărtarea electronilor), este utilizat un sistem de contact (partea exterioară a bateriei seamănă cu o grilă sau un pieptene, iar spatele este de obicei solid). Cu cât mai sus zona p-n tranziția și raportul de conversie fotoelectrică al semiconductorului, cu atât mai multă putere produce dispozitivul. Fenomenul fizic și principiul de funcționare nu depind de temperatura aerului, ci doar intensitatea luminii solare este importantă. Ca rezultat, eficiența panoului este influențată de condițiile meteorologice, climă, sezon și latitudinea geografică.
Modalități de îmbunătățire a eficienței bateriei
Chiar și în centrul Rusiei, instalarea bateriilor solare se amortiza în 3-5 ani, deoarece razele sunt absolut gratuite și disponibile pe tot parcursul anului. Dar pentru a încălzi integral o casă cu 100 m2 suprafață utilă vor fi necesare aproximativ 30 m2 de panouri. Pentru a îmbunătăți principiul efectului fotoelectric, se recomandă efectuarea următoarelor lucrări:
- Așezați bateriile pe partea de sud la un unghi de cel puțin 30°.
- Nu instalați panouri solare la umbra copacilor înalți.
- O dată la 2 ani, curățați suprafața de murdărie.
- Instalați sisteme de urmărire a luminii solare.
Nu merită să abandonați complet alimentarea externă cu energie; chiar și complexele moderne nu sunt capabile să acumuleze o cantitate suficientă de energie pentru a alimenta complet clădirea în timpul vremii rea prelungite. Cel mai bine sunt utilizate ca parte a unui sistem combinat.
Bateriile solare sunt deja folosite pentru a alimenta o mare varietate de echipamente: de la gadgeturi mobile la vehicule electrice. Veți afla din acest articol cum funcționează, ce sunt și de ce sunt capabile bateriile solare moderne.
Istoria creației
Din punct de vedere istoric, panourile solare sunt a doua încercare a umanității de a valorifica energia nelimitată a Soarelui și de a o face să funcționeze în beneficiul său. Primii care au apărut au fost colectoarele solare (centrale solare termice), în care electricitatea este generată de apa încălzită până la punctul de fierbere sub lumina concentrată a soarelui.
Panourile solare produc electricitate direct, ceea ce este mult mai eficient. La transformarea directă se pierde semnificativ mai puțină energie decât la transformarea în mai multe etape, ca și la colectoare (concentrarea razelor solare, încălzirea apei și eliberarea aburului, rotația turbinei cu abur și numai la sfârșit generarea de energie electrică de către un generator). ).
Panourile solare moderne constau dintr-un lanț de fotocelule - dispozitive semiconductoare care transformă energia solară direct în curent electric. Procesul de transformare a energiei solare în curent electric se numește efect fotoelectric.
Acest fenomen a fost descoperit de fizicianul francez Alexandre Edmond Becquerel la mijlocul secolului al XIX-lea. Prima fotocelulă funcțională a fost creată o jumătate de secol mai târziu de omul de știință rus Alexander Stoletov. Și deja în secolul al XX-lea, efectul fotoelectric a fost descris cantitativ de Albert Einstein, care nu necesită introducere.
Principiul de funcționare
Un semiconductor este un material ai cărui atomi fie au electroni suplimentari (tipul n) fie, dimpotrivă, îi lipsesc (tipul p). În consecință, o fotocelulă semiconductoare este formată din două straturi cu conductivități diferite. Un strat n este folosit ca catod, iar un strat p este folosit ca anod.
Electronii în exces din stratul n își pot părăsi atomii, în timp ce stratul p captează acești electroni. Sunt razele de lumină care „elimină” electronii din atomii stratului n, după care zboară în stratul p pentru a ocupa spațiile goale. În acest fel, electronii rulează în cerc, părăsind stratul p, trecând prin sarcină (în acest caz, baterie) și revenind în stratul n.
Primul material fotovoltaic din istorie a fost seleniul. Cu ajutorul acestuia au fost produse fotocelule la sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea. Dar având în vedere eficiența extrem de scăzută (mai puțin de 1 la sută), au început imediat să caute un înlocuitor pentru seleniu.
Producția în masă de celule solare a devenit posibilă după ce compania de telecomunicații Bell Telephone a dezvoltat o celulă solară pe bază de siliciu. Rămâne în continuare cel mai comun material în producția de celule solare. Adevărat, purificarea siliciului este un proces extrem de costisitor și, prin urmare, încetul cu încetul se încearcă alternative: compuși de cupru, indiu, galiu și cadmiu.
Este clar că puterea fotocelulelor individuale nu este suficientă pentru a alimenta aparate electrice puternice. Prin urmare, ele sunt combinate în circuit electric, formând astfel o baterie solară (un alt nume este un panou solar).
Fotocelulele sunt atașate de cadrul bateriei solare în așa fel încât în caz de defecțiune să poată fi înlocuite pe rând. Pentru a proteja împotriva factorilor externi, întreaga structură este acoperită cu plastic rezistent sau sticlă călită.
Soiuri existente
Bateriile solare sunt clasificate în funcție de puterea energiei electrice generate, care depinde de suprafața panoului și de designul acestuia. Puterea razelor solare la ecuator ajunge la 1 kW, în timp ce în zona noastră pe vreme înnorată poate scădea sub 100 W. Ca exemplu, să luăm cifra medie (500 W) și în calcule ulterioare vom construi pe ea.
Celulele solare amorfe, fotochimice și organice au cel mai mic coeficient de conversie fotoelectrică. Pentru primele două tipuri este de aproximativ 10 la sută, în timp ce pentru cele din urmă este de doar 5 la sută. Aceasta înseamnă că, cu o putere a fluxului solar de 500 W, un panou solar cu o suprafață de un metru pătrat va genera 50 și, respectiv, 25 W de energie electrică.
Spre deosebire de tipurile de fotocelule menționate mai sus, celulele solare bazate pe semiconductori de siliciu acționează. Un coeficient de conversie fotoelectrică de 20%, iar în condiții favorabile chiar 25%, este obișnuit pentru ei. Drept urmare, puterea unui contor panou solar poate ajunge la 125 W.
Doar soluțiile bazate pe arseniura de galiu pot concura în putere cu bateriile solare cu siliciu. Folosind această conexiune, inginerii au învățat să creeze celule solare multistrat cu un PFC de peste 30% (până la 150 W de energie electrică pe metru pătrat).
Dacă vorbim despre domeniul bateriilor solare, atunci există atât „plăci” miniaturale cu o putere de până la 10 W (pentru transport frecvent), cât și „foi” largi de 200 W sau mai mult (doar pentru staționare utilizare).
Performanța panourilor solare poate fi afectată negativ de o serie de factori. De exemplu, odată cu creșterea temperaturii, coeficientul de performanță al fotocelulelor scade. Acest lucru se întâmplă în ciuda faptului că panourile solare sunt instalate în țările calde și însorite. Se dovedește a fi un fel de sabie cu două tăișuri.
Și dacă întuneci o parte a panoului solar, atunci fotocelulele inactive nu numai că nu mai produc energie electrică, ci devin și o sarcină suplimentară, dăunătoare.
Cei mai mari producători
Liderii în producția globală de celule solare sunt Suntech, Yingli, Trina Solar, First Solar și Sharp Solar. Primele trei reprezintă China, al patrulea – SUA, iar a cincea, după cum ați putea ghici, este o divizie a corporației japoneze Sharp.
Compania americană First Solar nu numai că produce panouri solare, ci este și direct implicată în proiectarea și construcția centralelor solare. , care se află în Arizona, SUA, este opera inginerilor First Solar.
Cea mai mare centrală solară din Ucraina, Perovo, a fost construită și furnizată cu panouri solare de către compania austriacă Activ Solar.
Compania chineză Suntech a devenit faimoasă pentru pregătirea unui stadion de fotbal numit „Cuibul de păsări” la Beijing pentru Jocurile Olimpice de vară din 2008. Electricitatea generată pe tot parcursul zilei cu ajutorul panourilor solare este stocată și apoi folosită pentru iluminarea stadionului, udarea gazonului de pe terenul de fotbal și operarea echipamentelor de telecomunicații.
concluzii
Cu doar două decenii în urmă, microcalculatoarele cu fotocelule păreau o curiozitate, ceea ce făcea posibil să nu-și schimbe „bateria buton” ani de zile. Acum telefoane mobile cu încorporat coperta din spate panou solar nimeni nu este surprins. Dar acesta este un lucru mic în comparație cu mașinile și avioanele (chiar și fără pilot), care au învățat să se deplaseze folosind numai energia solară.
Viitorul panourilor solare pare a fi la fel de strălucitor ca soarele însuși. Aș dori să cred că panourile solare vor vindeca în sfârșit smartphone-urile și tabletele de „dependența de priză”.
În fiecare secundă, o cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafața planetei noastre, dând viață tuturor viețuitoarelor. O provocare demnă pentru mințile interesate este o soluție care ar face-o să servească nevoilor oamenilor. Iar cei care au inventat designul unei baterii solare capabile să transforme lumina solară în energie electrică încearcă deja să aducă acest lucru la viață.
Este mai ușor de înțeles cum funcționează o baterie solară folosind exemplul unui design bazat pe siliciu monocristalin.
Două straturi de siliciu cu diferite proprietăți fizice formează o placă subțire. Stratul interior este siliciu pur monocristalin cu conductivitate de tip p, care este acoperit la exterior cu un strat de siliciu „contaminat”. Acesta ar putea fi, de exemplu, un amestec de fosfor. Are conductivitate de tip n. Partea din spate a plăcii este acoperită cu un strat metalic continuu.
Fotocelulele sunt fixate in cadru in asa fel incat sa poata fi inlocuite in cazul defectarii. Întreaga structură este acoperită cu sticlă călită sau plastic, care o protejează de efectele negative ale factorilor externi.
Principiul de funcționare al unei baterii solare
Ca rezultat al fluxului de sarcini la limita straturilor p și n, în stratul n se formează o zonă de sarcină pozitivă necompensată, iar în stratul p se formează o zonă de sarcină negativă, adică. joncțiune p-n, cunoscută de toată lumea de la cursul de fizică a școlii. Diferența de potențial care apare la joncțiune, diferența de potențial de contact (bariera de potențial), împiedică trecerea electronilor din stratul p, dar permite liber purtătorilor minoritari să treacă în direcția opusă, ceea ce face posibilă obținerea unui foto- EMF atunci când lumina soarelui lovește celula fotovoltaică.
Când sunt iradiați de lumina soarelui, fotonii absorbiți încep să genereze perechi electron-gaură neechilibrate. Electronii generați în apropierea tranziției se deplasează de la stratul p în regiunea n.
Într-un mod similar, găurile în exces din stratul n intră în stratul p (Figura a). Se dovedește că o sarcină pozitivă se acumulează în stratul p și una negativă în stratul n, provocând tensiune în circuitul extern (Figura b). Sursa de curent are doi poli: pozitiv - p-layer și negativ - n-layer.
Acesta este principiul de bază de funcționare al celulelor solare. Astfel, electronii par să circule în cercuri, adică. părăsiți stratul p și reveniți la stratul n, trecând sarcina (bateria).
Fluxul fotoelectric într-un element cu o singură joncțiune este asigurat numai de acei electroni care au o energie mai mare decât lățimea unei anumite benzi interzise. Cei care au mai puțină energie nu participă la acest proces. Această limitare poate fi înlăturată prin structuri multistrat constând din mai mult de o celulă solară, cu diferite benzi interzise. Ele sunt numite cascadă, multi-joncțiune sau tandem. Conversia lor fotovoltaică este mai mare datorită faptului că astfel de celule solare funcționează cu un spectru solar mai larg. În ele, fotocelulele sunt amplasate pe măsură ce banda interzisă scade. Razele soarelui lovesc mai întâi fotocelula cu cea mai mare zonă, iar fotonii cu cea mai mare energie sunt absorbiți.
Apoi, fotonii transmiși de stratul superior ajung la următorul element și așa mai departe. În domeniul elementelor în cascadă, direcția principală de cercetare este utilizarea arseniurei de galiu ca o singură componentă sau mai multe. Astfel de elemente au o eficiență de conversie de 35%. Elementele sunt conectate într-o baterie, deoarece pot fi fabricate element separat dimensiunea mare (și, prin urmare, puterea) nu este permisă de capacitățile tehnice.
Celulele solare pot funcționa perioadă lungă de timp. S-au dovedit a fi o sursă stabilă și de încredere de energie, fiind testate în spațiu, unde principalul pericol pentru ei este praful de meteoriți și radiațiile, care duc la erodarea elementelor de siliciu. Dar, deoarece pe Pământ acești factori nu au un efect atât de negativ asupra lor, se poate presupune că durata de viață a elementelor va fi și mai lungă.
Panourile solare sunt deja în serviciu uman, servind drept sursă de energie pentru diverse dispozitive, începând de la telefoane mobileși terminând cu vehiculele electrice.
Și aceasta este deja a doua încercare a omului de a valorifica energia solară nelimitată, forțând-o să funcționeze în beneficiul său. Prima încercare a fost crearea unor colectoare solare, în care electricitatea era generată prin încălzirea apei până la punctul de fierbere cu raze concentrate ale soarelui.
Avantajul panourilor solare este că produc direct energie electrică, pierzând energie mult mai puțin decât colectoarele solare în mai multe etape, în care procesul de obținere a acesteia este asociat cu concentrarea razelor solare, încălzirea apei, degajarea aburului, rotația. turbină cu aburși numai după aceea generatorul generează energie electrică. Principalii parametri ai panourilor solare sunt, în primul rând, puterea. Atunci este important câtă energie au.
Acest parametru depinde de capacitatea bateriilor și de numărul acestora. Al treilea parametru este consumul de putere de vârf, adică numărul de simultan posibile conexiuni dispozitive. Un alt parametru important este Tensiune nominală, de care depinde alegerea echipamentelor suplimentare: invertor, panou solar, controler, baterie.
Tipuri de panouri solare
Toate panourile solare par la prima vedere a fi la fel - elemente acoperite cu sticlă închisă la culoare, cu benzi metalice care conduc curentul, plasate într-un cadru de aluminiu.
Dar, panourile solare sunt clasificate în funcție de puterea de electricitate pe care o generează, care depinde de designul și suprafața panoului (pot fi plăci miniaturale cu o putere de până la zece wați și „foi” largi cu o putere de două sute sau mai mult de wați).
În plus, ele diferă prin tipul de fotocelule care le formează: fotochimice, amorfe, organice, precum și cele create pe baza semiconductorilor de siliciu, al căror coeficient de conversie fotoelectrică este de câteva ori mai mare. În consecință, puterea este mai mare (mai ales pe vreme însorită). Un concurent al acestuia din urmă poate fi o baterie solară pe bază de arseniură de galiu. Adică, astăzi există cinci tipuri de panouri solare pe piață.
Ele diferă în ceea ce privește materialele utilizate pentru fabricarea lor:
1. Panouri din celule fotovoltaice policristaline, cu culoarea albastră caracteristică unui panou solar, structură cristalină și eficiență de 12-14%.
Panou policristalin
2. Panourile realizate din elemente monocristaline sunt mai scumpe, dar și mai eficiente (eficiență - până la 16%).
3. Panouri solare din siliciu amorf, care au cel mai mic randament - 6-8%, dar genereaza cea mai ieftina energie.
4. Panouri din telurura de cadmiu, realizate folosind tehnologii de film (eficienta - 11%).
Panou pe baza de telurura de cadmiu
5. În sfârșit, panouri solare pe bază de semiconductor CIGS, formate din seleniu, indiu, cupru, galiu. Tehnologiile pentru producerea lor sunt și film, dar eficiența ajunge la cincisprezece procente.
În plus, panourile solare pot fi flexibile și portabile.
Foarte convenabile sunt panourile flexibile care pot fi rulate cu ușurință, precum hârtia obișnuită. Deși costul lor este mai mare decât omologii lor în stare solidă, ei și-au ocupat nișa pe piață. Acestea sunt în principal solicitate în rândul turiștilor și călătorilor care, în absența electrificării, trebuie să încarce gadget-uri mobile. Principalul producător de baterii flexibile alimentate cu energie solară este Sun Charger, care, de altfel, și-a actualizat recent aliniamentul modele 34 W și 9 W.
Primul model este potrivit pentru alimentarea tabletelor, celulare, camere video, camere digitale, GPS, baterii cu gel de 6 și 12 volți, i.e. poate satisface nevoile mai multor persoane în timpul unei drumeții.
SunCharger SC-9/14 - baterie pliată
Ea este într-o formă deschisă
Caracteristici baterie: design pliabil compact, care funcționează într-un interval de temperatură de la -50 la +70 de grade, cântărind doar 420 de grame, echipat cu strat antireflex, LED încorporat, ochiuri pentru prindere. Mufa de ieșire este rotundă (5,5 mm / 2,1 mm).
Caracteristici electrice: tensiune de ieșire de funcționare 13,5 V (standard 12V), fără sarcină - 19V; curent de ieșire de funcționare – 0,65 A; dimensiuni la pliat și desfăcut - 20,5x15x3 cm și 50x41,5x0,4 cm; putere de ieșire - 8,6 W.
Al doilea model SunCharger SC-34/18 este de departe cel mai puternic din linia de panouri solare flexibile. A fost dezvoltat special pentru unități universale (laptop-uri), care au o intrare de încărcare de, de regulă, 17-19 volți. Putere maxima - 18V. Se conectează direct la unități, asigurând o potrivire perfectă. Este clar că este potrivit și pentru unități mai puțin „lacom”, inclusiv pentru bateriile plumb-acid de doisprezece volți utilizate în mașini.
Bateria solară produce 18 V la punctul său putere maximași se conectează direct la aceste unități. Astfel, ea este „perfect” aliniată cu ei.
Desigur, această baterie este potrivită și pentru încărcarea consumatorilor mai puțin voraci. După cum știți, nu există niciodată suficientă putere. De asemenea, încarcă liniștit bateriile cu plumb de 12 V, inclusiv bateriile de mașină (după câteva ore de încărcare, poți deja porni mașina). Grosimea sa este de 4 cm (adică a devenit puțin mai mare), dar bateria s-a dovedit a fi chiar puțin mai compactă decât bateriile convenționale de 12 V.
Acest lucru a fost realizat datorită țesăturii mai subțiri utilizate în producția sa și a fotocelulelor laminate de o suprafață mai mare.
S-a deschis aceeași baterie
Pe lângă caracteristicile caracteristice modelului anterior, aici, pe lângă conectorul rotund, există și o „mamă” și „tată” la ieșire.
Caracteristici electrice: putere de ieșire, după cum reiese din marcaje, 34 W; curent de ieșire de funcționare – 1,9 A; dimensiuni 40x18x4 cm (pliat) si 40x18x4 cm (deschis). Tensiune de ieșire – 18 V și 26 V (fără sarcină). Greutatea, desigur, este mult mai mare - 1,7 kg.
Baterie solară portabilă - special pentru turiști
Toată lumea are în zilele noastre gadget-uri electronice. Nu contează că unii au mai puțin și alții au mai mult. Toate trebuie să fie taxate, iar pentru asta avem nevoie dispozitiv de încărcare. Dar această problemă este deosebit de acută pentru cei care se găsesc în locuri unde nu există sursă de alimentare. Singura cale de ieșire sunt panourile solare. Dar prețurile lor rămân ridicate, iar alegerea rămâne mică. Cea mai bună opțiune, așa cum se crede în general, sunt produsele companiei Goal Zero (deși există atât produse rusești, cât și chinezești - care, ca întotdeauna, ridică îndoieli).
Dar s-a dovedit că nu tot ce este făcut în China sau Coreea este rău. Compania de baterii solare YOLK din Chicago a fost deosebit de mulțumită de bateria solară, care a început producția bateriei solare compacte Solar Paper - cea mai subțire și mai ușoară. Greutatea sa este de doar 120 de grame. Dar există și alte avantaje - un design modular care vă permite să creșteți puterea. Bateria solară este similară cu cutie de plastic, asemănătoare ca dimensiune cu un iPad, doar de două ori mai subțire. Există un panou solar pe partea frontală. Există o ieșire pentru un laptop pe carcasă și porturi USBși pentru conectarea altor panouri solare, precum și a unei lanterne. În interiorul acestei cutii miraculoase sunt baterii și o placă de control. Puteți încărca dispozitivul de la o priză și poate fi un telefon și două laptopuri în același timp. Desigur, dispozitivul este încărcat și de la soare. De îndată ce lumina îl lovește, indicatorul se aprinde. În condiții de camping, panoul solar este pur și simplu de neînlocuit: încarcă cu succes toate dispozitivele necesare - telefoane mai repede, laptopuri.
Panourile solare portabile au dimensiuni compacte: Sunt disponibile chiar și sub formă de brelocuri, care pot fi atașate la orice. Au fost dezvoltate astfel încât să le poți duce la pescuit, drumeții etc. Cu siguranță au lanternă pentru ca noaptea să poți ilumina drumul, cortul etc., monturi care facilitează așezarea lor pe rucsacuri, caiace, corturi . Este foarte important ca un astfel de dispozitiv să aibă o baterie încorporată care vă permite să încărcați dispozitivele pe timp de noapte.
Oamenii de știință lucrează pentru a crește eficiența, dar până acum panourile solare realizate din elemente monocristaline sunt lider în acest indicator. Constând din mai multe straturi, panourile monocristaline sunt proiectate astfel încât unul dintre straturi să absoarbă energia verde, altul - roșu, iar al treilea - albastru. Dar, costul unor astfel de panouri este foarte mare.
O baterie solară, după cum știți, constă din mai multe părți necesare. Baza sa, precum motorul unei mașini sau inima unei persoane, este un panou solar - o cutie dreptunghiulară transparentă cu pătrate întunecate de siliciu tăiat subțire în interior. Siliciul utilizat în producție, sau mai degrabă oxidul acestuia (un compus cu oxigen), este elementul principal în producția de celule solare.
Tehnologiile care stau la baza producției de panouri solare sunt în mod constant îmbunătățite și constau în mai multe etape.
- În prima etapă, materiile prime sunt pregătite: nisipul de cuarț se curăță prin calcinare cu cocs. Drept urmare, se eliberează de oxigen, transformându-se în bucăți de siliciu pur, care amintesc oarecum de cărbune. Apoi, cristalele sunt crescute din el - baza panourilor solare, ordonând structura siliciului. Pentru a face acest lucru, siliciul pur este coborât într-un creuzet, încălzit la o temperatură ridicată și se adaugă o sămânță la lava topită. Îl poți compara cu un eșantion dintr-un viitor cristal, în jurul căruia crește, strat cu strat, siliciu cu o structură ordonată. După câteva ore de creștere, se obține un cristal de monosiliciu (sau siliciu policristalin, al cărui proces de producție este mai scump, ceea ce afectează prețul panourilor solare fabricate din acesta), asemănător cu un țurț mare. Apoi piesa de prelucrat cilindrică este transformată într-un paralelipiped. După aceasta, piesa de prelucrat este tăiată în plăci cu o grosime de 100-200 de microni (grosimea a trei fire de păr uman), acestea sunt testate, sortate și trimise la următoarea etapă de prelucrare.
- La a doua etapă farfuria lipite în secțiuni, din care se formează blocuri pe sticlă pentru a elimina posibilitatea impactului mecanic asupra celulelor solare finite. Secțiunile constau de obicei din 9-10 celule solare, blocuri - din 4-6 secțiuni.
- A treia etapă presupune laminarea plăcilor lipite în blocuri cu folie de etilenă acetat de vinil și apoi un strat de protecție, care se realizează cu ajutorul unui computer care monitorizează presiunea, vidul și temperatura.
- A patra etapă este finală. În timpul acestui proces, se instalează cutia de conectare și cadrul de aluminiu. Se efectuează din nou testarea, timp în care se măsoară indicatorii: tensiune în circuit deschis, curent scurt circuit, punctul de tensiune și curent de capacitate maximă.
Liderii între întreprinderile producătoare de panouri solare sunt următoarele țări: China (Trina Solar, Yingli, companii Suntech), Japonia (Sharp Solar) și SUA (First Solar), care nu numai că le produce, ci participă și la proiectarea stațiilor solare și la construcția acestora. Cea mai puternică centrală solară din lume, Agua Caliente din Arizona, este opera acestei companii. Construcția celei mai mari centrale solare „Perovo” din Ucraina a fost realizată de o companie austriacă (Activ Solar).
Cât costă o baterie solară?
Vânzarea panourilor solare este o afacere profitabilă și promițătoare. Volumul vânzărilor crește anual. Primul loc în vânzări este ocupat de producătorii chinezi, ale căror produse se caracterizează prin costuri reduse. Această situație a dus la falimentul marilor mărci germane, care au costat de două ori mai mult decât panourile solare chinezești.
Costul panourilor solare depinde de producător și de putere și are o gamă largă - de la 1800 UAH până la 9000 UAH (pentru Ucraina), de la 5 mii de ruble la 30 mii (Pentru Rusia). Costul acestor baterii SunCharger SC-9/14 și SunCharger SC-34/18 este, de asemenea, mare (trebuie să plătiți pentru caracteristici excelente). Se ridică în consecință 6100 și 20700 de ruble. Dar, în comparație cu bateria flexibilă AcmePower 32 W, prețul pentru care este 27 de mii de ruble, această baterie este mult mai ieftină.
Cei care doresc să economisească bani pot achiziționa baterii solare cristaline pliabile la un preț care este de 2,5 ori mai mic.
concluzii
Ideile fantastice devin treptat realitate. Să ne amintim, de exemplu, de un microcalculator bazat pe fotocelule, care odată părea o curiozitate care îți permitea să nu schimbi bateria ani de zile. Invenția ultimilor ani este un telefon mobil cu panou solar încorporat, mașini și avioane care se mișcă datorită aceleiași energie solară. În viitor, panourile solare vor deveni cu siguranță principala sursă de energie, „vindecând” în cele din urmă toate gadgeturile de „dependența prizei” și oferind omenirii energie ieftină.
Relativ recent, însăși ideea de a oferi servicii private a fost considerată fantastică, astăzi este o realitate obiectivă. Ele sunt folosite în Europa de mult timp, deoarece sunt o sursă aproape inepuizabilă de energie ieftină. În țara noastră, obținerea energiei electrice de la astfel de dispozitive doar câștigă popularitate. Acest proces nu se întâmplă prea repede, iar motivul pentru aceasta este costul lor ridicat.
Principiul de funcționare se bazează pe faptul că în două plachete de siliciu acoperite cu substanțe diferite (bor și fosfor), un curent electric ia naștere sub influența luminii solare. Electronii liberi apar într-o placă acoperită cu fosfor.
Particulele lipsă se formează în acele plăci care sunt acoperite cu bor. Electronii încep să se miște sub influența luminii de la soare. Așa se generează curent electric în panourile solare. Șuvițele subțiri de cupru care acoperă fiecare baterie îndepărtează curentul din ea și o direcționează către scopul propus.
Cu o singură placă puteți alimenta un bec mic. Concluzia se sugerează de la sine. Pentru ca panourile solare să asigure o casă cu putere suficientă, suprafața acestora trebuie să fie destul de mare.
Mecanisme de siliciu
Deci, principiul de funcționare al unei baterii solare este clar. Curentul este generat atunci când plăcile speciale sunt expuse la lumina ultravioletă. Dacă siliciul este folosit ca material pentru a crea astfel de plăci, atunci bateriile se numesc siliciu (sau siliciu hidrogen).
Astfel de plăci necesită foarte sisteme complexe producție. Acest lucru, la rândul său, afectează foarte mult costul produselor.
Există diferite tipuri de siliciu.
Convertoare monocristaline
Sunt panouri cu colțuri teșite. Culoarea lor este întotdeauna negru pur.
Dacă vorbim despre convertoare monocristaline, principiul de funcționare al unei baterii solare poate fi descris pe scurt ca fiind moderat eficient. Toate celulele elementelor fotosensibile ale unei astfel de baterii sunt direcționate într-o singură direcție.
Acest lucru vă permite să obțineți cele mai înalte rezultate între sisteme similare. Eficiența bateriilor de acest tip ajunge la 25%.
Dezavantajul este că astfel de panouri ar trebui să fie întotdeauna orientate spre soare.
Dacă soarele se ascunde în spatele norilor, se scufundă spre orizont sau nu a răsărit încă, atunci bateriile vor produce un curent destul de slab.
Policristalină
Plăcile acestor mecanisme sunt întotdeauna pătrate și albastre închis. Compoziția lor de suprafață include cristale de siliciu neomogene.
Eficiența bateriilor policristaline nu este la fel de mare ca cea a modelelor monocristaline. Poate ajunge la 18%. Cu toate acestea, acest dezavantaj este compensat de avantajele, care vor fi discutate mai jos.
Principiul de funcționare al acestui tip de celule solare le permite să fie fabricate nu numai din siliciu pur, ci și din materiale reciclate. Așa se explică unele dintre defectele găsite la echipament. O trăsătură distinctivă a mecanismelor de acest tip este că pot genera curent electric destul de eficient chiar și pe vreme înnorată. Această calitate utilă le face indispensabile în locurile în care lumina difuză a soarelui este o întâmplare obișnuită de zi cu zi.
Panouri din silicon amorf
Panourile amorfe sunt mai ieftine decât altele; acest lucru determină principiul de funcționare al bateriei solare și designul acesteia. Fiecare panou este format din mai multe straturi foarte subtiri de siliciu. Sunt realizate prin pulverizarea particulelor de material în vid pe folie, sticlă sau plastic.
Eficiența panourilor este semnificativ mai mică decât cea a modelelor anterioare. Se ajunge la 6%. Straturile de siliciu se estompează destul de repede la soare. După doar șase luni de utilizare a acestor baterii, eficiența lor va scădea cu 15% și uneori cu până la 20%.
Doi ani de funcționare vor epuiza complet resursele de substanțe active, iar panoul va trebui înlocuit.
Dar există două avantaje din cauza cărora aceste baterii sunt încă achiziționate. În primul rând, funcționează chiar și pe vreme înnorată. În al doilea rând, după cum am menționat, nu sunt la fel de scumpe ca alte opțiuni.
Fotoconvertitoare hibride
Siliciul amorf este baza pentru aranjarea microcristalelor. Principiul de funcționare al unei celule solare o face similar cu un panou policristalin. Diferența dintre acest tip de baterie este că este capabilă să genereze curent electric de putere mai mare în condiții de lumină difuză a soarelui, de exemplu, într-o zi înnorată sau în zori.
În plus, bateriile funcționează nu numai sub influența luminii solare, ci și în spectrul infraroșu.
Convertoare solare cu film polimeric
Această alternativă la panourile de siliciu are potențialul de a domina piața celulelor solare. Ele seamănă cu un film format din mai multe straturi. Printre acestea se numără conductori, un strat de polimer al substanței active, un substrat din substanțe organice și o peliculă de protecție.
Astfel de celule solare, combinate între ele, formează o baterie solară cu film tip rolă. Aceste panouri sunt mai ușoare și mai compacte decât panourile din silicon. Siliciul scump nu este folosit la fabricarea lor, iar procesul de producție în sine nu este atât de costisitor. Acest lucru face ca panoul rulant să fie mai ieftin decât toate celelalte.
Principiul de funcționare al unei baterii solare face ca eficiența acestora să nu fie prea mare.
Se ajunge la 7%.
Procesul de fabricație al panourilor de acest tip se reduce la imprimarea în mai multe straturi a unei celule foto pe film. Producția este stabilită în Danemarca.
Un alt avantaj este capacitatea de a tăia bateria ruloului și de a o personaliza la orice dimensiune și formă.
Există doar un minus. Bateriile tocmai au început să fie produse, așa că este încă destul de dificil să le achiziționați.
Există însă motive să credem că aceste elemente vor dobândi rapid o binemeritată bună reputație în rândul consumatorilor, ceea ce va oferi producătorilor posibilitatea de a înființa producția la scară mai mare.
Încălzirea solară a caselor
Principiul de funcționare le distinge în mod fundamental de toate dispozitivele descrise mai sus. Acesta este un dispozitiv complet diferit. Descrierea urmează mai jos.
Partea principală a unui sistem de încălzire alimentat cu energie solară este colectorul, care își primește lumina și o transformă în energie cinetică. Suprafața acestui element poate varia de la 30 la 70 de metri pătrați.
Pentru montarea colectorului se folosesc echipamente speciale. Plăcile sunt conectate între ele prin contacte metalice.
Următoarea componentă a sistemului este cazanul de stocare. Transformă energia cinetică în energie termică. Este implicat în încălzirea apei, a cărei deplasare poate ajunge la 300 de litri. Uneori, astfel de sisteme sunt susținute de cazane suplimentare cu combustibil uscat.
Sistemul de încălzire solară este completat de elemente de perete și pardoseală, în care lichidul încălzit circulă prin țevi subțiri de cupru distribuite pe toată suprafața lor. Datorită temperaturii scăzute de pornire a panourilor și uniformității transferului de căldură, camera se încălzește destul de repede.
Cum funcționează încălzirea solară?
Să aruncăm o privire mai atentă la modul în care funcționează panourile solare folosind lumina ultravioletă.
Apare o diferență între temperatura colectorului și a elementului de stocare. Lichidul de răcire, care este cel mai adesea apă la care a fost adăugat antigel, începe să circule în jurul sistemului. Lucrul efectuat de un fluid este tocmai energie cinetică.
Pe măsură ce fluidul trece prin straturile sistemului, energia cinetică este transformată în căldură, care este folosită pentru a încălzi casa. Acest proces de circulație a mediilor asigură încăperii căldură și permite păstrarea acesteia în orice moment al zilei sau anului.
Deci, am aflat principiul de funcționare al panourilor solare.
