Солнечные батареи википедия: Солнечные батареи: как это работает

Содержание

Солнечные батареи: как это работает

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

История создания

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

Солнечная термальная электростанция в испанском городе Севилья

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

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

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

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

Принцип работы

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

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

Схема работы фотоэлемента

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

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

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

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

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

Мобильный телефон Samsung E1107 оснащен солнечной батареей

Существующие разновидности

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

Наручные часы Citizen Eco-Drive с солнечной батареей вместо циферблата

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

Монтаж солнечных панелей на крыше жилого дома

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

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

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

Портативная солнечная панель Solarland мощностью 130 Вт и стоимостью $860

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

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

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

Солнечную батарею Voltaic можно носить у себя за спиной

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

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

Крупнейшие производители

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

Гольфкар на солнечных батареях – бесшумное и экологически чистое средство передвижения

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

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

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

Национальный стадион в Пекине густо усеян солнечными батареями производства Suntech

Выводы

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

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

СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ – это… Что такое СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ?

СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ: СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ (батарея солнечных элементов), устройство, преобразующее энергию солнечного света непосредственно в ЭЛЕКТРИЧЕСТВО. Обычно состоит из кристалла кремния р-типа, покрытого кристаллом п-типа (см. ПОЛУПРОВОДНИК). Световое излучение вызывает высвобождение электронов и создает РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ, так что ток может течь между электродами, присоединенными к этим двум кристаллам. Все волны, длиной короче одного микрометра, могут вырабатывать электрическую энергию. Солнечные батареи преобразуют в полезную энергию около 10% солнечного света. Они часто используются в качестве элементов питания в небольших электронных устройствах типа карманного калькулятора. Панели из нескольких тысяч батарей могут вырабатывать энергию мощностью несколько сотен ватт. см. также СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ.

Солнечный (фотогальванический) элемент (А) состоит из двух кремниевых полупроводников, расположенных между металлическими контактами, защищенными решеткой. Один из кремниевых полупроводников накапливает положительные заряды (1), а другой — отрицательные (2), создавая разность электрических потенциалов. Когда фотоны света попадают на р-л переход между полупроводниками (4), они смещают электроны, присоединенные к положительному полупроводнику. Металлические контакты (5) соединяют две заряженные области, используя разность потенциалов и создавая электрический ток.

СОЛК
СОЛНЕЧНАЯ ПОСТОЯННАЯ

Смотреть что такое “СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ” в других словарях:

Солнечная батарея — Солнечная батарея. Гелиоустановка с полупроводниковыми солнечными батареями в системе электроснабжения жилого дома. СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ, источник тока на основе полупроводниковых фотоэлементов; непосредственно преобразует энергию солнечной радиации … Иллюстрированный энциклопедический словарь
СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ — (батарея солнечных элементов) устройство … Физическая энциклопедия
СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ — см. в ст. Солнечные элементы … Большой Энциклопедический словарь
солнечная батарея — Устройство для выработки электроэнергии в результате поглощения и преобразования солнечной радиации. Syn.: солнечный коллектор … Словарь по географии
Солнечная батарея — Дерево из солнечных панелей в Глайсдорфе Солнечная батарея бытовой термин, используемый в разговорной речи или ненаучной прессе. Обычно под термином «солнечная батарея» или «солнечная … Википедия
солнечная батарея — (батарея солнечных элементов), устройство, в котором происходит непосредственное преобразование солнечного излучения в электрическую энергию с помощью фотоэлементов. Солнечная батарея состоит из многих (до нескольких десятков и сотен тысяч)… … Энциклопедия техники
солнечная батарея — см. Солнечные элементы. * * * СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ, см. в ст. Солнечные элементы (см. СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ) … Энциклопедический словарь
солнечная батарея — saulės baterija statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. solar array; solar battery vok. Solarbatterie, f; Solarzellenbatterie, f; Sonnenbatterie, f rus. солнечная батарея, f pranc. batterie solaire, f; pile solaire, f … Automatikos terminų žodynas
солнечная батарея — saulės baterija statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Įtaisas, paverčiantis Saulės spinduliuotės energiją elektros energija. atitikmenys: angl. solar battery vok. Sonnenbatterie, f rus. солнечная батарея, f pranc.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
солнечная батарея — saulės baterija statusas T sritis chemija apibrėžtis Įrenginys, paverčiantis Saulės spinduliuotės energiją elektros energija. atitikmenys: angl. solar battery rus. солнечная батарея … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Солнечная панель – Factorio Wiki

Затраты
10 + 5 + 15 + 5 → 1
Всего сырья
28.75 + 27.5 + 15 + 5

Затраты
10 + 5 + 15 + 5 → 1
Всего сырья
47.5 + 65 + 30 + 5

Цвет на карте
Здоровье	200
Размер пачки	50
Размеры	3×3
Максимальный выход	60 кВт (full daylight) 42 кВт (average)
Время добычи	0.1
Тип объекта	solar-panel
Внутриигровое имя	solar-panel
Необходимые технологии

Делается в

Используется для

Солнечная батарея является неисчерпаемым источником электроэнергии, не производя при этом загрязнения. В дневное время солнечные батареи работают на полную мощность — 60 кВт на батарею. Утром и вечером генерируемая мощность линейно меняется в соответствующую сторону, падая ночью до нуля.

Солнечные батареи могут заряжать аккумуляторы днём, чтобы те обеспечивали базу электроэнергией ночью. Таким образом можно обеспечить базу электроэнергией, не производя при этом загрязнения.

Если в электрической сети присутствуют солнечные батареи, паровые двигатели и аккумуляторы, то потребители будут брать энергию в первую очередь у солнечных батарей, затем у паровых двигателей, и в последнюю очередь у аккумуляторов.

Смотрите также

Сравнение монокристаллических и поликристаллических солнечных батарей

Итак, какая солнечная батарея лучше — монокристаллическая или поликристаллическая? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно сначала разобраться, а чем же они отличаются?

На фото ниже представлены два основных типа:

Монокристаллический элемент

Поликристаллический элемент

Первое, что бросается в глаза, это внешний вид. У монокристаллических элементов углы скругленные и поверхность однородная. Скругленные углы связаны с тем, что при производстве монокристаллического кремния получают цилиндрические заготовки. Однородность цвета и структуры монокристаллических элементов связана с тем, что это один выращенный кристалл кремния, а кристаллическая структура является однородной.

В свою очередь, поликристаллические элементы имеют квадратную форму из-за того, что при производстве получают прямоугольные заготовки. Неоднородность цвета и структуры поликристаллических элементов связана с тем, что они состоят из большого количества разнородных кристаллов кремния, а также включают в себя незначительное количество примесей.

Второе и наверное главное отличие — это эффективность преобразования солнечной энергии. Монокристаллические элементы и соответственно панели на их основе имеют на сегодняшний день наивысшую эффективность — до 22% среди серийно выпускаемых и до 38% у используемых в космической отрасли. Монокристаллический кремний производится из сырья высокой степени очистки (99,999%).

Серийно выпускаемые поликристаллические элементы имеют эффективность до 18%. Более низкая эффективность связана с тем, что при производстве поликристаллического кремния используют не только первичный кремний высокой степени очистки, но и вторичное сырье (например, переработанные солнечные панели или кремниевые отходы металлургической промышленности). Это приводит к появлению различных дефектов в поликристаллических элементах, таких как границы кристаллов, микродефекты, примеси углерода и кислорода.

Эффективность элементов в конечном счете отвечает за физический размер солнечных панелей. Чем выше эффективность, тем меньше будет площадь панели при одинаковой мощности.

Третье отличие — это цена солнечной батареи. Естественно, цена батареи из монокристаллических элементов немного выше в расчете на единицу мощности. Это связано с более дорогим процессом производства и применением кремния высокой степени очистки. Однако это различие незначительно и составляет в среднем около 10%.

Итак, перечислим основные отличия монокристаллических и поликристаллических солнечных батарей:

Внешний вид.
Эффективность.
Цена.

Как видно из этого перечня, для солнечной электростанции не имеет никакого значения, какая солнечная панель будет использоваться в ее составе. Главные параметры — напряжение и мощность солнечной панели не зависят от типа применяемых элементов и зачастую можно найти в продаже панели обоих типов одинаковой мощности. Так что окончательный выбор остается за покупателем. И если его не смущает неоднородный цвет элементов и немного большая площадь, то вероятно он выберет более дешевые поликристаллические солнечные панели. Если же эти параметры имеют для него значение, то очевидным выбором будет немного более дорогая монокристаллическая солнечная панель.

В заключении хочется отметить, что по данным Европейской ассоциации EPIA в 2010 году производство солнечных батарей по типу применяемого в них кремния распределилось следующим образом:

поликристаллические – 52,9%
монокристаллические – 33,2%
аморфные и пр. – 13,9%

Т.е. поликристаллические солнечные батареи по объему производства занимают лидирующие позиции в мире.

Надеемся, приведенные выше советы помогут Вам сделать выбор!

Гелиевые аккумуляторы – разрушение мифа

Вы собираетесь

купить гелиевый аккумулятор?

Кто-то сказал Вам, что гелиевые батареи – это новое слово в аккумуляторных технологиях?

Приготовтесь узнать всю правду о гелиевых аккумуляторах!

Нередко потребители, и даже некоторые «горе-продавцы» в силу своей технической неосведомленности (а вторые – однозначно в силу технической неграмотности и некомпетентности) называют гелевые аккумуляторы «гелиевыми». Это является заблуждением и ошибкой, поскольку газ Гелий (Не) не имеет ни малейшего отношения к аккумуляторной отрасли. “Гелиевых” аккумуляторов в природе вообще не существует!

Бывают “гелевые” аккумуляторные батареи (со сгущенным гелеобразным электролитом), которые входят в более широкий класс свинцово-кислотных герметизированных необслуживаемых клапанно-рекомбинационных аккумуляторов (VRLA). Этот класс аккумуляторов практически не выделяет газов (при правильной эксплуатации) и не требует принудительной вентиляции (могут эксплуатироваться даже в жилых помещениях).

“..сынок, деда Мороза не существууует!…”

Нередко пользователи ошибочно называют весь этот класс аккумуляторов гелевыми (или же «гелиевыми») – так сложилось исторически, поскольку гелевые аккумуляторы были разработаны несколько раньше, чем AGM (так называется другой, более распространенный подкласс – с жидким электролитом, абсорбированном в пористом капиллярном сепараторе).

Пластины у обоих подклассов одинаковые, однако физическая природа рекомбинации (благодаря чему достигается герметичность и необслуживаемость) разная. В силу разной физики процессов АGM аккумуляторы позволяют развивать большие, чем гелевые, токи разряда и заряда, особенно в толчковых режимах, менее критичны к условиям заряда, не боятся кратковременного короткого замыкания (гелевые при КЗ выходят из строя мгновенно), короче – “дуракоустойчивы”. Это и обусловило более широкое применение АGM аккумуляторов. Гелевые же аккумуляторы целесообразно применять лишь там, где их единственное достоинство – несколько больший ресурс в циклическом режиме – востребовано (например, в системах автономного питания на солнечных батареях). В большинстве других приложений (телекоммуникации, энергетика, UPS, и пр., где применяется режим буферного подзаряда с редкими разрядами), гелевые аккумуляторы почти не применяются, или применяются все реже. Гелевые аккумуляторы, к тому же, дороже, нежели AGM.

Так же выдумкой является термин “мультигелевый аккумулятор”. Продавцы подобной продукции утверждают, что в “мультигелевых” аккумуляторах соединены обе технологии: AGM и гелевая. Тем не менее, объяснить, как это работает, и как могут быть совмещены в одном аккумуляторе две совершенно разных по своей природе конструкции, никто из них не может. “Мультигелевый” аккумулятор – это такой же абсурд, как и “безалкогольная водка”. К тому же стоимость таких “мульти”-приспособлений подозрительно низкая: порой, до двух раз дешевле, нежели у хороших AGM-аккумуляторов. Поэтому ни в коем случае не ведитесь на подобные завлекухи, чтобы потом не сожалеть о выброшеных на ветер деньгах! Ведь, согласитесь, если хочется выпить – то лучше хорошей водки, а если утолить жажду – то лучше уж чистой воды.

ВНИМАНИЕ! ВАЖНО!

Компания «Пульсар Лимитед» предлагает выгодную альтернативу гелевым аккумуляторам – современные высококачественные аккумуляторы AGM нового поколения EverExceed ST с вдвое увеличенным циклическим ресурсом (до 600 циклов глубокого 100% разряда!), отменными разрядными характеристиками и другими существенными достоинствами, о которых Вы можете прочитать, нажав на соответствующую ссылку.

	AGM	GEL
Условия заряда/разряда	Более высокие токи разряда/заряда, умеренные требования к качеству зарядного напряжения (стабильность, пульсации).	Критичны даже кратковременные КЗ. Развиваемые токи – до 40% меньше, чем у AGM. Гелевые батареи очень чувствительны к качеству зарядки.
Срок службы	Срок службы (в буферном режиме) блочных AGM батарей емкостью 33 – 250 Ач обычно равняется 10-12 годам.	Срок службы (при соблюдении всех правил и эксплуатационных требований, прежде всего к зарядке) аналогичен AGM батареям.
Сфера прменения	Широкая сфера применения: от бытовых устройств до больших промышленных нужд.	Применяются в системах с регулярным и продолжительным (слаботочным) разрядом, но где обеспечено повышенное качество заряда.
Циклический ресурс	В серии аккумуляторов EverExceed Standard Range (ST) циклический ресурс увеличен до 600(!) циклов глубокого разряда, что возводит их практически на один уровень со многими гелевыми аккумуляторами. Но большинство же обычных AGM батарей имеют ресурс всего в 250-280 циклов.	Высокий циклический ресурс: 500-600 циклов. (Для OPzV – до 1500 циклов.)
Цена	AGM аккумуляторы – разумный ценовой вариант для большинства сфер применения.	В силу дороговизны материалов и методов производства, гелевые аккумуляторы зачастую дороже своих AGM-собратьев на 25-35% .

В итоге, параметры батарей AGM превосходят параметры батарей типа Gel почти по всем категориям: разрядные характеристики, требования к условиям зарядки, размер, безопасность, срок службы, широта сфер применения, цена.

Роль ископаемых видов топлива в устойчивой энергетической системе

Изменение климата — одна из величайших проблем нашего времени. Однако не менее велика необходимость обеспечить доступ к электроэнергии как ради качества жизни, так и для экономического развития. Поэтому крайне важно рассматривать изменение климата как часть повестки дня в области устойчивого развития. Постоянный прогресс в развитии новых технологий дал нам уверенность и надежду на то, что в энергетической сфере эти задачи будут выполнены. Резкое падение цен на ветрогенераторы и солнечные батареи, их техническое усовершенствование показали, что эти возобновляемые источники энергии могут играть важную роль в глобальных энергосистемах, а долгожданный прорыв в области экономически эффективных технологий хранения электроэнергии значительно изменит основную комбинацию источников электроэнергии.

Все эти достижения неизбежно привели к предположению о том, что с ископаемыми видами топлива в энергетике покончено, что в дальнейшей разработке новых ресурсов нет необходимости и что нам необходимо как можно скорее прекратить их использование. Это предположение создало образ существующих в современных глобальных энергосистемах «хороших» технологий на базе возобновляемых источников энергии с одной стороны и «плохих» на базе ископаемых видов топлива — с другой стороны. В реальности это противопоставление далеко не так прямолинейно и требует более вдумчивого изучения. Технологии улавливания и хранения двуокиси углерода (УХУ) и управления выбросами метана на всех этапах приращения стоимости энергии из ископаемых источников могут помочь в выполнении масштабных задач по сокращению выбросов CO₂, пока ископаемые виды топлива все еще остаются частью энергосистемы. Таким образом эти меры позволяют ископаемым топливам стать частью решения, а не оставаться частью проблемы. Рациональная экономика отводит важную роль в энергетических системах каждой технологии.

На ископаемые виды топлива сегодня приходится 80 процентов глобального спроса на первичную электроэнергию; энергосистема поставляет около двух третей мировых выбросов CO₂. Ввиду того, что объем выбросов метана и других кратковременно загрязняющих атмосферу веществ, оказывающих воздействие на климат (КЗВК), как полагают, серьезно занижается, вероятно, что процессы выработки и потребления электроэнергии дают еще большую долю выбросов. Более того, на сегодняшний день в мире значительная часть топлива на основе биомассы расходуется на отопление и приготовление пищи в малом масштабе. Это крайне неэффективные и загрязняющие окружающую среду процессы; в особенности они вредны для качества воздуха в домах во многих менее развитых странах. Использование возобновляемой биомассы таким образом представляет собой проблему с точки зрения устойчивого развития.

При продолжении существующих тенденций, то есть при сохранении нынешней доли ископаемых видов топлива и увеличении спроса на электроэнергию к 2050 году почти вдвое, объем выбросов намного превысит предел по углероду, допустимый при ограничении глобального потепления двумя градусами Цельсия. Подобный уровень выбросов будет иметь катастрофические последствия для планеты. В энергетическом секторе существует ряд возможностей для уменьшения выбросов; наиболее значимые среди них — снижение энергопотребления и уменьшение углеродоемкости энергетической отрасли путем перехода на другие виды топлива и контроля за выбросами CO₂.

Необходимость снижения выбросов не запрещает использование ископаемых видов топлива, но требует существенной смены подхода: сценарий обычного развития не сочетается со снижением выбросов в глобальных энергосистемах. Энергоэффективность и возобновляемые источники энергии зачастую рассматриваются как единственные решения, необходимые для достижения целей в области климата в контексте энергетики, но их одних недостаточно. Обязательным элементом решения станет расширение использования УХУ; ожидается, что к 2050 году эта технология приведет к 16-процентному ежегодному снижению выбросов. Это утверждение поддержано в Пятом обобщающем докладе об оценке, подготовленном Межправительственной группой экспертов по изменению климата, в котором указано, что ограничение выбросов энергетического сектора без применения УХУ сделает смягчение изменения климата дороже на 138 процентов.

Сегодня в энергетике невозможно единообразное использование возобновляемых видов топлива в качестве замены ископаемым видам, в основном по причине неодинаковых возможностей различных подотраслей энергетики переключиться с ископаемых на возобновляемые виды топлива. Например, в таких отраслях промышленности, как производство цемента или выплавка стали, источниками выбросов являются и использование электроэнергии, и сам процесс производства. Альтернативные технологии, которые могли бы заменить существующие методы, еще недоступны в необходимом масштабе, поэтому ожидается, что в кратко- и среднесрочной перспективе нынешние технологии сохранятся. В подобных случаях УХУ может стать решением, совместимым с текущими нуждами, и обеспечить время, необходимое для разработки будущих альтернативных методов.

Сценарии, предусматривающие использование УХУ, в любом случае связаны с существенной трансформацией энергетической системы в ответ на изменение климата. Поэтому подобные сценарии не являются замалчиванием проблемы и демонстрируют значительное снижение общего мирового потребления ископаемых видов топлива, а также существенный рост эффективности при выработке электроэнергии и в промышленном производстве. Трансформация энергетической системы поддерживает все технологии, играющие ключевую роль в создании устойчивой энергосистемы.

В связи с этим в ноябре 2014 года государства — члены Европейской экономической комиссии Организации Объединенных Наций (ЕЭК) после широкомасштабных консультаций с экспертами со всего мира утвердили список рекомендаций в отношении УХУ. В этих рекомендациях подчеркивается, что международное соглашение по климату должно:

• поддержать широкий спектр инструментов фискальной политики, поощряющих УХУ;

• решить вопрос улавливания и хранения двуокиси углерода во всех отраслях промышленности, включая цементную, сталелитейную, химическую, нефтеперерабатывающую и энергетическую;

• обеспечить совместную работу правительств над финансированием и поддержкой маломасштабных демонстрационных проектов;

• предусмотреть закачку двуокиси углерода в пласты для более эффективного извлечения углеводородов, что затем будет рассматриваться и считаться как хранение при том условии, если двуокись углерода будет находиться там постоянно.

Выполнение этих рекомендаций позволяет тем государствам — членам Организации Объединенных Наций, которые по-прежнему в большой степени зависят от ископаемых видов топлива, принять участие в глобальных усилиях по смягчению последствий изменения климата, вместо того чтобы выступать в качестве источников этой проблемы. В соответствующем масштабе эта технология была подтверждена в Канаде, Норвегии и Соединенных Штатах Америки; на сегодняшний день в мире находятся на разных стадиях разработки около 40 проектов. Работа над УХУ в краткосрочной перспективе крайне важна для повышения эффективности, снижения затрат и оптимизации расположения хранилищ, чтобы обеспечить готовность этой технологии к крупномасштабному запуску в 2025 году.

Выбросы CO₂ — не единственная связанная с ископаемыми видами топлива проблема, требующая решения. По оценкам, на всех этапах приращения стоимости ископаемых источников (добычи и использования природного газа, угля и нефти) ежегодно в атмосферу выбрасывается 110 млн тонн метана. Это существенная часть совокупных выбросов метана. Поскольку метан является газом, вызывающим мощный парниковый эффект, его выбросы должны быть значительно сокращены.

Метан — основной компонент природного газа: часть его поступает в атмосферу при добыче, переработке, хранении, транспортировке и распределении природного газа. По подсчетам, ежегодно вследствие выпуска, утечек и сжигания теряется около 8 процентов добываемого в мире природного газа, что дорого обходится и экономике, и окружающей среде. При геологических процессах формирования угля вокруг и внутри залежей удерживаются метановые полости. Во время работ по добыче угля (добыча, измельчение, перевозка) часть этого метана высвобождается. Как и в случае с углем, при геологическом формировании нефти также могут образовываться крупные запасы метана, которые высвобождаются при бурении и добыче. К числу источников метановых выбросов также относятся процессы добычи, переработки, транспортировки и хранения нефти, неполное сгорание ископаемых видов топлива. Не существует стопроцентно эффективных процессов горения, поэтому использование ископаемых видов топлива для выработки электроэнергии, отопления или обеспечения работы механизмов приводит к выбросам метана.

Самые сложные задачи в управлении метановыми выбросами — это тщательный мониторинг и фиксирование выбросов с использованием самых совершенных наблюдательных и измерительных технологий, а затем использование оптимальных способов для минимизации утечек и выбросов. Это даст экономическую выгоду и одновременно снизит влияние метана на здоровье, повысит безопасность и смягчит глобальное потепление. Многочисленные выгоды управления метановыми выбросами самоочевидны, тем не менее для соответствующего прогресса в этой области необходима дальнейшая работа.

Решение вопросов, связанных с устойчивой энергетикой, требует вовлечения максимально широкого круга заинтересованных сторон, при этом игнорирование роли ископаемых видов топлива будет иметь негативный эффект. Многие развивающиеся страны располагают значительными нетронутыми запасами ископаемых видов топлива, которые они намерены использовать для развития своей экономики. Настаивать на том, чтобы они навлекли на себя значительные расходы и отказались от использования этих ресурсов в пользу возобновляемых источников энергии, означает с большой вероятностью создать нежелательную напряженность. Здесь можно возразить, что развитые страны построили свою нынешнюю экономику на ископаемых видах топлива и продолжают во многом зависеть от них. По сравнению с «неископаемой» программой более сбалансированным подходом представляется более прагматический вариант, поощряющий все страны использовать широкий спектр доступных им ресурсов (имеется в виду энергоэффективность и рациональное использование как возобновляемых, так и ископаемых видов топлива).

Еще одна группа заинтересованных сторон, которую обычно выставляют в невыгодном свете, — частный сектор, в особенности промышленность, связанная с ископаемыми видами топлива. На самом деле, именно частный сектор располагает знаниями и зачастую финансовыми ресурсами, необходимыми для поддержки того перехода к инклюзивной «зеленой» экономике, к которому стремится весь мир. Использование бюджетов, знаний и технологий крупных игроков может облегчить этот переход; отношение к ним как к отверженным сделает этот процесс сложнее и дороже.

Постоянная и важнейшая задача — обеспечить лучшее качество жизни и экономический рост с одновременным сокращением масштабов воздействия энергетического сектора на окружающую среду. Переход к устойчивой энергосистеме представляет собой возможность повысить энергоэффективность на всем пути от источника до его использования, свести к минимуму воздействие на окружающую среду, снизить энерго- и углеродоемкость, а также скорректировать недочеты энергорынка. Для использования этой возможности потребуется скоординированный пересмотр стратегий и реформы во многих секторах. По сравнению с другими регионами мира страны ЕЭК обладают бóльшим потенциалом конкурентного экономического преимущества благодаря сравнительно небольшим расстояниям между источниками поставок энергии и центрами ее потребления. Полная интеграция энергорынков региона в единую эффективную структуру позволит значительно усовершенствовать использование энергии в технической, социальной, экономической и экологической сферах.

Создание в регионе ЕЭК устойчивой энергосистемы в будущем будет включать в себя серьезный отход от текущей схемы. Повышение эффективности относится не только к потребительской сфере (это, например, энергоэффективные дома, транспорт и бытовая техника), но и к наращиванию энергоэффективности в сфере выработки (генерации), передачи и распределения энергии. Это возможность ускорить переход от традиционной схемы продажи энергоносителей к схеме предоставления энергетических услуг на основе инноваций.

Разработка «умных» энергосетей, работающих по единым правилам, дает важную возможность улучшить взаимодействие технологий, тем самым расширяя экономически выгодное внедрение огромного спектра низкоуглеродных технологий и повышая устойчивость энергосистемы. Независимо от нашего желания, в ближайшие десятилетия ископаемые виды топлива останутся частью глобальной энергосистемы. Они продолжат определять социально-экономическое развитие во всем мире. В связи с этим крайне важно вести открытую и прозрачную дискуссию о роли ископаемых видов топлива в мировых устойчивых энергосистемах в ходе разработки практических климатических стратегий. Особенно важно задействовать страны с формирующейся рыночной экономикой и развивающиеся страны в ходе 21-й сессии Конференции сторон Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата (КС-21). Это может изменить расстановку политических сил и помочь принять в Париже значимое соглашение по климату.

АО “НПП “Квант” | Научно-производственное предприятие ракетокосмической отрасли

Наша компания изготавливает солнечные элементы и батареи

космического и наземного применения

– геостационарные платформы «Сисат», «Экспресс-АМ», «Казсат»

российский сегмент орбитальной станции МКС из модулей «Заря» и «Звезда»

Объем выпуска СБ не менее 400 кв.м. в год панелей космического применения

Односменная работа
Количество операторов не более 16 человек

К 105-летию рождения Лидоренко Н.С.
АО «НПП «Квант» – энергетика первого полета
Научно-технический и производственный потенциал
Основные направления деятельности

Космическая фотоэнергетика
Фотоэлектрические генераторы космического назначения являются основным первичным источником электроэнергии космических аппаратов. Изготавливаются из фотоэлектрических преобразователей, создаваемых на базе ряда полупроводниковых материалов (кремний, арсенид галлия и др.) и располагаются на сетчатой или сотовой подложке.

Термоэлектрическое направление
В этих устройствах используется эффект выделения тепловой энергии при прохождении постоянного тока через полупроводниковые материалы (эффект Пельтье).

Наземная фотоэнергетика
В настоящее время в ОАО НПП «Квант», наряду с работами в области космической фотоэнергетики, ведутся работы по созданию высокоэффективных структур солнечных эле-ментов и модулей на их основе для наземного применения, а также исследования по повыше-нию КПД наземных кремниевых солнечных элементов.

На нашем сайте мы используем cookie для сбора информации технического характера и обрабатываем IP-адрес вашего местоположения. Продолжая использовать этот сайт, вы даете согласие на использование файлов cookies.ХорошоПодробнее…

Солнечная панель – Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Схематический символ солнечной панели

Солнечные батареи получают энергию солнца для использования людьми. Есть два типа солнечных панелей: те, которые собирают тепло (тепловые), и те, которые производят электричество (фотоэлектрические). Тепло от солнечных батарей часто используется для отопления помещений и горячего водоснабжения.

Солнечные панели собирают возобновляемую энергию. В 20 веке некоторые использовали солнечное тепло для производства пара для парового двигателя, который вращал генератор.В настоящее время производство электричества из солнечного света обходится дешевле. Это твердотельный способ производства электричества, то есть в нем нет движущихся частей.

Домашние солнечные панели часто устанавливают на крышах домов. Коммерческие или промышленные установки часто устанавливаются на наземных трекерах. Трекеры направляют панель на солнце, когда солнце движется по небу. Фотоэлектрические панели также широко используются в космическом пространстве, где они являются одним из немногих доступных источников энергии.

Солнечные панели для тепла обычно изготавливают из коробки с прозрачным окном сверху.Трубы проходят через коробку. Трубы и коробка обычно окрашиваются в черный цвет, потому что черный поглощает больше тепла, чем другие цвета. Трубы заполнены жидким теплоносителем, например водой или маслом. Насос перекачивает жидкость, которая нагревается под воздействием солнечных лучей. Когда горячая жидкость покидает панель, она попадает в теплообменник, который передает тепло воде или воздуху. После того, как уже остывшая жидкость покидает теплообменник, она снова закачивается в панель для сбора тепла.

Фотоэлектрические солнечные панели рассчитаны на срок службы около тридцати лет.Пока что большинство солнечных панелей, первоначально созданных в 1980-х годах, еще не достигли конца своего расчетного срока службы. Однако многие солнечные панели с истекшим сроком годности классифицируются как опасные отходы. Использованные солнечные панели, которые не считались опасными, могут быть переработаны для создания новых солнечных панелей. ^[1] Более 90% солнечных панелей подлежат вторичной переработке для создания новых солнечных панелей или металлолома. Во-первых, панели ломаются, удаляя металлические рамы и стеклянную пластину, оставляя группу солнечных элементов зажатой между смолой этиленвинилацетата (EVA) и задней пленкой.Чтобы добраться до самих солнечных элементов, необходимо удалить смолу и подложку. ^[2] ^[3]

В первую десятку областей применения солнечных панелей входят:

тепло для дома или другого здания
силовые насосы
зарядное устройство в солнечный день для освещения в ночное время суток
Электропитание вашего дома, кемпера, хижины, сарая для инструментов или другого здания
для бассейнов, в системе солнечного нагрева воды используются солнечные панели для нагрева воды.Их можно поставить на крышу, чтобы они собирали солнечное тепло и доставляли воду в бассейн.
Солнечные батареи также используются в космических исследованиях и других видах транспорта. ^[4]

Солнечные панели стали намного дешевле в использовании по сравнению с нефтью, дизельным топливом и сжиженным природным газом в некоторых частях Азии. Солнечная энергия скоро станет основным источником энергии. За прошедшие годы было сделано много инноваций для улучшения солнечных панелей. Солнечные панели использовались для исследования космоса и разрабатываются для питания автомобилей.Наряду с этим ученые разрабатывают солнечные элементы из силикона, чтобы повысить его удобство. ^[5]

Солнечная черепица – это новый тип солнечной панели, который выглядит как обычная черепица из асфальта. Они используются там, где появление традиционных солнечных панелей может быть нежелательным, например, на крышах жилых домов. Солнечная черепица более дорогая и менее долговечная, чем обычные солнечные панели.

Солнечная панель – Повторная публикация в Википедии // WIKI 2

Панель, поглощающая солнечный свет для выработки электроэнергии

Солнечная батарея на крыше

Солнечная панель , фотоэлектрический модуль или , представляет собой сборку фотоэлектрических элементов, установленных в каркас для установки.Солнечные панели используют солнечный свет в качестве источника энергии для выработки электроэнергии постоянного тока. Набор фотоэлектрических модулей называется фотоэлектрической панелью, а система фотоэлектрических панелей называется массивом . Массивы фотоэлектрической системы поставляют солнечное электричество на электрическое оборудование.

Энциклопедия YouTube

1/5
Просмотры:
4662112
2 052724
2 326 233
21 858
542 262

Как работают солнечные панели? – Ричард Комп
Солнечная энергетическая система для дома: полное руководство для начинающих
Солнечные панели для дома – обзор через 9 месяцев
СКОЛЬКО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПРОИЗВОДИТ СОЛНЕЧНУЮ ФЭНЕРУ мощностью 1,5 кВт?
система солнечных панелей шаг за шагом | солнечная панель | инвертор для солнечных панелей | Earthbondhon

Содержание

История

В 1839 году способность некоторых материалов создавать электрический заряд в результате воздействия света впервые обнаружил Александр-Эдмон Беккерель.^[1]

Хотя эти первоначальные солнечные панели были слишком неэффективны даже для простых электрических устройств, они использовались в качестве инструмента для измерения света. ^[2]

Наблюдения Беккереля не повторялись до 1873 года, когда Уиллоуби Смит обнаружил, что заряд может быть вызван попаданием света на селен. После этого открытия Уильям Гриллс Адамс и Ричард Эванс Дэй опубликовали в 1876 году «Действие света на селен», описывая эксперимент, который они использовали для воспроизведения результатов Смита.^[1] ^[3]

В 1881 году Чарльз Фриттс создал первую коммерческую солнечную панель, о которой Фриттс сообщил как «непрерывную, постоянную и обладающую значительной силой не только при воздействии солнечного света, но и при слабом, рассеянном солнечном свете. дневной свет “. ^[4] Однако эти солнечные панели были очень неэффективными, особенно по сравнению с угольными электростанциями.

В 1939 году Рассел Ол создал солнечную батарею, которая используется во многих современных солнечных батареях. Он запатентовал свой дизайн в 1941 году.^[5]

В 1954 году эта конструкция была впервые использована Bell Labs для создания первого коммерчески жизнеспособного кремниевого солнечного элемента. ^[1] В 1957 году Мохамед М. Аталла разработал процесс пассивации поверхности кремния путем термического окисления в Bell Labs. ^[6] ^[7] С тех пор процесс пассивации поверхности имеет решающее значение для эффективности солнечных элементов. ^[8]

Теория и конструкция

Фотоэлектрические модули используют световую энергию (фотоны) от Солнца для выработки электричества за счет фотоэлектрического эффекта.В большинстве модулей используются элементы из кристаллического кремния на основе пластин или тонкопленочные элементы. Структурный (несущий) элемент модуля может быть либо верхним слоем, либо задним слоем. Клетки необходимо беречь от механических повреждений и влаги. Большинство модулей жесткие, но доступны и полугибкие на основе тонкопленочных ячеек. Ячейки обычно подключаются последовательно друг к другу до требуемого напряжения, а затем параллельно для увеличения тока. Мощность (ватты) модуля – это математическое произведение напряжения (вольт) и силы тока (амперы) модуля.Технические характеристики солнечных панелей получены при стандартных условиях, которые не являются реальными рабочими условиями, в которых солнечные панели находятся на месте установки. ^[9]

Распределительная коробка PV прикреплена к задней части солнечной панели и функционирует как ее выходной интерфейс. Внешние соединения для большинства фотоэлектрических модулей используют разъемы MC4, чтобы облегчить атмосферостойкие соединения с остальной системой. Также можно использовать USB-интерфейс питания. ^{[ требуется ссылка ]}

Порядок подключения модулей

Электрические соединения модуля

выполняются последовательно для достижения желаемого выходного напряжения или параллельно для обеспечения желаемой допустимой токовой нагрузки (в амперах) солнечной панели или фотоэлектрической системы.Провода, отводящие ток от модулей, имеют размер в соответствии с номинальным током и могут содержать серебро, медь или другие немагнитные проводящие переходные металлы. Байпасные диоды могут быть встроены или использоваться снаружи в случае частичного затемнения модуля, чтобы максимизировать выходную мощность секций модуля, которые все еще светятся. ^{[ необходима ссылка ]}

Некоторые специальные солнечные фотоэлектрические модули включают концентраторы, в которых свет фокусируется линзами или зеркалами на меньшие элементы.Это позволяет экономично использовать элементы с высокой стоимостью единицы площади (например, арсенид галлия). ^{[ необходима ссылка ]}

В солнечных панелях также используются металлические каркасы, состоящие из стеллажных компонентов, кронштейнов, отражателей и желобов для лучшей поддержки конструкции панели.

КПД

Каждый модуль рассчитан на выходную мощность постоянного тока в стандартных условиях тестирования (STC), поэтому выходная мощность на поле может варьироваться. Мощность обычно составляет от 100 до 365 Вт (Вт).Эффективность модуля определяет площадь модуля при одинаковой номинальной мощности: модуль 230 Вт с КПД 8% будет иметь в два раза большую площадь, чем модуль 230 Вт с КПД 16%. Некоторые коммерчески доступные солнечные модули превышают КПД 24%. ^[10] ^[11] В настоящее время наилучший достигнутый коэффициент преобразования солнечного света (эффективность солнечного модуля) составляет около 21,5% в новых коммерческих продуктах. ^[12] обычно ниже, чем эффективность их отдельных элементов. Наиболее эффективные солнечные модули серийного производства ^{[ оспариваются – обсудить ]} имеют значения удельной мощности до 175 Вт / м. ² (16.22 Вт / фут ²). ^[13]

Ученые из Spectrolab, дочерней компании Boeing, сообщили о разработке многопереходных солнечных элементов с эффективностью более 40%, что является новым мировым рекордом для солнечных фотоэлектрических элементов. ^[14] Ученые Spectrolab также предсказывают, что солнечные элементы-концентраторы могут достичь КПД более 45% или даже 50% в будущем, с теоретической эффективностью около 58% в элементах с более чем тремя переходами.

Коэффициент мощности солнечных панелей ограничен в первую очередь географической широтой и значительно варьируется в зависимости от облачности, пыли, продолжительности дня и других факторов.В Великобритании сезонный коэффициент использования мощности колеблется от 2% (декабрь) до 20% (июль) при среднегодовом коэффициенте использования мощности 10-11%, в то время как в Испании значение достигает 18%. ^[15] В глобальном масштабе коэффициент мощности для фотоэлектрических ферм коммунального масштаба составил 16,1% в 2019 году. ^[16]

Эффективность, зависящая от излучения

В зависимости от конструкции фотоэлектрические модули могут производить электричество из диапазона частот света, но обычно не могут покрывать весь диапазон солнечного излучения (в частности, ультрафиолетового, инфракрасного и слабого или рассеянного света).Следовательно, большая часть энергии падающего солнечного света тратится впустую солнечными модулями, и они могут дать гораздо более высокую эффективность при освещении монохроматическим светом. Следовательно, другая концепция дизайна состоит в том, чтобы разделить свет на шесть-восемь различных диапазонов длин волн, которые будут давать свет разного цвета, и направить лучи на разные ячейки, настроенные на эти диапазоны. ^[17] Предполагается, что это позволит повысить эффективность на 50%.

Массив фотоэлектрических модулей

Один солнечный модуль может производить только ограниченное количество энергии; большинство установок содержат несколько модулей, добавляющих напряжение или ток к проводке и фотоэлектрической системе.Фотоэлектрическая система обычно включает в себя массив фотоэлектрических модулей, инвертор, аккумуляторную батарею для хранения энергии, контроллер заряда, межсоединительную проводку, автоматические выключатели, предохранители, разъединители, измерители напряжения и, возможно, механизм слежения за солнечными батареями. Оборудование тщательно подбирается для оптимизации выходной мощности, накопления энергии, уменьшения потерь мощности при передаче энергии и преобразования постоянного тока в переменный.

Наноцилиндры алюминиевые

Исследование, проведенное Имперским колледжем Лондона, показало, что эффективность солнечных панелей повышается за счет установки на светопринимающую поверхность полупроводника алюминиевых наноцилиндров, подобных выступам на блоках Lego.Затем рассеянный свет проходит более длинный путь в полупроводнике, поглощая больше фотонов, которые затем преобразуются в ток. Хотя эти наноцилиндры использовались ранее (алюминию предшествовали золото и серебро), рассеяние света происходило в ближней инфракрасной области, и видимый свет сильно поглощался. Было обнаружено, что алюминий поглощает ультрафиолетовую часть спектра, в то время как видимая и ближняя инфракрасная части спектра рассеиваются поверхностью алюминия.Это, как утверждают исследования, может значительно снизить стоимость и повысить эффективность, поскольку алюминия больше и дешевле, чем золота и серебра. Исследование также отметило, что увеличение тока делает более тонкие пленочные солнечные панели технически осуществимыми без «снижения эффективности преобразования энергии, что снижает потребление материалов». ^[18]

Эффективность солнечной панели можно рассчитать по значению MPP (максимальной точки мощности) солнечных панелей.
Солнечные инверторы преобразуют мощность постоянного тока в мощность переменного тока, выполняя процесс отслеживания точки максимальной мощности (MPPT): солнечный инвертор измеряет выходную мощность (кривая IV) от солнечного элемента и прикладывает соответствующее сопротивление (нагрузку) к солнечным элементам для получения максимальная мощность.
MPP (точка максимальной мощности) солнечной панели состоит из напряжения MPP (V mpp) и тока MPP (I mpp): это мощность солнечной панели, и чем выше значение, тем выше MPP.

Микроинвертированные солнечные панели подключены параллельно, что дает большую мощность, чем обычные панели, подключенные последовательно, причем выходная мощность серии определяется панелью с наименьшими характеристиками. Это известно как «эффект рождественского света». Микроинверторы работают независимо, позволяя каждой панели обеспечивать максимально возможную мощность при заданном количестве солнечного света.^[19]

Технологии

Рыночная доля фотоэлектрических технологий с 1990 года

Большинство солнечных модулей в настоящее время производятся из солнечных элементов с кристаллическим кремнием (c-Si), изготовленных из мультикристаллического и монокристаллического кремния. В 2013 году на кристаллический кремний приходилось более 90 процентов мирового производства фотоэлектрических элементов, в то время как остальная часть рынка в целом состоит из тонкопленочных технологий с использованием теллурида кадмия, CIGS и аморфного кремния ^[20]

Emerging, третье поколение солнечные технологии используют передовые тонкопленочные элементы.Они производят относительно высокоэффективное преобразование при низкой стоимости по сравнению с другими солнечными технологиями. Кроме того, в солнечных панелях на космических кораблях предпочтительно используются дорогие, высокоэффективные и плотно упакованные прямоугольные многопереходные (МДж) элементы, поскольку они обеспечивают самое высокое соотношение генерируемой мощности на килограмм, поднятый в космос. MJ-ячейки представляют собой сложные полупроводники, изготовленные из арсенида галлия (GaAs) и других полупроводниковых материалов. Еще одна развивающаяся фотоэлектрическая технология, использующая MJ-элементы, – это фотоэлектрические концентраторы (CPV).

Тонкая пленка

В жестких тонкопленочных модулях ячейка и модуль производятся на одной производственной линии. Ячейка создается на стеклянной подложке или суперстрате, и электрические соединения создаются in situ , так называемая «монолитная интеграция». Подложка или суперстрак ламинируется герметиком на передний или задний лист, обычно другой лист стекла. Основными технологиями ячеек в этой категории являются CdTe, или a-Si, или тандем a-Si + uc-Si, или CIGS (или вариант).Аморфный кремний имеет коэффициент преобразования солнечного света 6–12%. ^{[ необходима ссылка ]}

Гибкие тонкопленочные элементы и модули создаются на одной производственной линии путем нанесения фотоактивного слоя и других необходимых слоев на гибкую подложку. Если основа представляет собой изолятор (например, полиэфирную или полиимидную пленку), можно использовать монолитную интеграцию. Если это проводник, необходимо использовать другой способ электрического подключения. Ячейки собираются в модули путем их ламинирования с прозрачным бесцветным фторполимером на лицевой стороне (обычно ETFE или FEP) и полимером, подходящим для приклеивания к конечной подложке с другой стороны.

Умные солнечные модули

Несколько компаний начали встраивать электронику в фотоэлектрические модули. Это позволяет выполнять MPPT для каждого модуля в отдельности и измерять рабочие характеристики для мониторинга и обнаружения неисправностей на уровне модуля. В некоторых из этих решений используются оптимизаторы мощности – преобразователь постоянного тока в постоянный, разработанный для максимизации сбора энергии от солнечных фотоэлектрических систем. Примерно с 2010 года такая электроника также может компенсировать эффекты затенения, когда тень, падающая на секцию модуля, приводит к падению электрического выхода одной или нескольких цепочек ячеек в модуле до нуля, но не имеет выхода весь модуль упадёт до нуля.

Производительность и снижение производительности

На этой диаграмме показано влияние облаков на производство солнечной энергии.

Характеристики модуля

обычно оцениваются в стандартных условиях испытаний (STC): освещенность 1000 Вт / м ², солнечный спектр AM 1,5 и температура модуля 25 ° C. ^[21] Фактическое напряжение и выходной ток модуля изменяются при изменении освещения, температуры и условий нагрузки, поэтому никогда не бывает одного определенного напряжения, при котором работает модуль.Производительность варьируется в зависимости от географического положения, времени суток, дня года, количества солнечного излучения, направления и наклона модулей, облачности, затенения, загрязнения, состояния заряда и температуры.

Для оптимальной работы солнечная панель должна быть сделана из одинаковых модулей, ориентированных в одном направлении, перпендикулярном прямым солнечным лучам. Обходные диоды используются для обхода сломанных или затемненных панелей и оптимизации вывода. Эти байпасные диоды обычно размещаются вдоль групп солнечных элементов для создания непрерывного потока.^[22]

Электрические характеристики включают номинальную мощность (P _MAX, измеряется в Вт), напряжение холостого хода (V _OC), ток короткого замыкания (I _SC, измеряется в амперах), максимум напряжение питания (В _MPP), максимальный ток мощности (I _MPP), пиковая мощность (ватт-пиковая, Вт _p) и КПД модуля (%).

Напряжение холостого хода или В _OC – максимальное напряжение, которое модуль может выдавать, когда он не подключен к электрической цепи или системе.^[23] В _OC можно измерить с помощью вольтметра непосредственно на клеммах подсвечиваемого модуля или на его отключенном кабеле.

Пиковая мощность, Вт _p, является максимальной выходной мощностью в стандартных условиях испытаний (а не максимально возможной выходной мощностью). Типичные модули, размеры которых могут составлять приблизительно 1 на 2 метра (3 фута x 7 футов), будут иметь номинальную мощность от 75 Вт до 600 Вт, в зависимости от их эффективности. Во время тестирования тестовые модули группируются в соответствии с их результатами тестирования, и типичный производитель может оценивать свои модули с шагом 5 Вт или оценивать их как +/- 3%, +/- 5%, + 3 / -0% или + 5 / -0%.^[24] ^[25] ^[26]

Способность солнечных модулей выдерживать повреждения от дождя, града, сильной снеговой нагрузки и циклов тепла и холода зависит от производителя, хотя большинство солнечных панелей на Рынок США внесен в список UL, что означает, что они прошли испытания на устойчивость к граду. ^[27]

Потенциально-индуцированная деградация (также называемая ФИД) – это вызванное потенциалом ухудшение рабочих характеристик кристаллических фотоэлектрических модулей, вызванное так называемыми паразитными токами.^[28] Этот эффект может вызвать потерю мощности до 30%. ^[29]

Самая большая проблема для фотоэлектрической технологии – это закупочная цена за ватт произведенной электроэнергии. Достижения в фотоэлектрических технологиях привели к процессу «легирования» кремниевой подложки для снижения энергии активации, что сделало панель более эффективной в преобразовании фотонов в извлекаемые электроны. ^[30]

Химические вещества, такие как бор (p-тип), вводятся в полупроводниковый кристалл для создания донорных и акцепторных энергетических уровней, существенно более близких к валентной и проводящей зоне.^[31] При этом добавка примеси бора позволяет снизить энергию активации в двадцать раз с 1,12 эВ до 0,05 эВ. Поскольку разность потенциалов (E _B) настолько мала, бор способен термически ионизироваться при комнатной температуре. Это позволяет использовать свободные носители энергии в зоне проводимости и валентной зоне, тем самым обеспечивая большее преобразование фотонов в электроны.

Техническое обслуживание

Эффективность преобразования солнечных панелей, обычно составляющая 20%, снижается из-за накопления пыли, грязи, пыльцы и других твердых частиц на солнечных панелях, что в совокупности называется загрязнением.«Грязная солнечная панель может снизить ее энергоемкость до 30% в местах с высоким содержанием пыли / пыльцы или в пустынях», – говорит Симус Карран, доцент физики Хьюстонского университета и директор Института наноэнергетики, специализирующегося на проектирование, инжиниринг и сборка наноструктур. ^[32] Средний мировой ущерб от загрязнения в 2018 году оценивается как минимум в 3–4%. ^[33]

По состоянию на 2019 год оплата чистки солнечных панелей является хорошей инвестицией во многих регионах.^[33] Однако в некоторых регионах уборка не является рентабельной. В Калифорнии по состоянию на 2013 год финансовых потерь, вызванных загрязнением, редко было достаточно, чтобы оправдать затраты на мытье панелей. В среднем панели в Калифорнии теряли немногим менее 0,05% своей общей эффективности в день. ^[34]

Установка и обслуживание солнечных панелей также сопряжены с профессиональными рисками. Гнезда птиц и другой мусор, который может застрять под солнечными панелями, что может вызвать сбои в системе, привести к пожару, если есть какие-либо неплотные соединения, или просто вызвать ухудшение системы со временем.^{[необходима ссылка ]}

В исследовании, проведенном в Великобритании за 2015–2018 годы, было рассмотрено 80 инцидентов, связанных с фотоэлектрическими возгораниями, из которых более 20 «серьезных пожаров» были непосредственно вызваны фотоэлектрическими установками, включая 37 жилых домов и 6 солнечных электростанций. В инцидентах основная причина не была установлена, большинство других было вызвано неправильной установкой, неисправным продуктом или проблемами конструкции. Изоляторы постоянного тока чаще всего вызывали возгорание. ^[35]

Исследование, проведенное в 2021 году компанией kWh Analytics, определило среднегодовую деградацию фотоэлектрических систем на уровне 1.09% для жилого и 0,8% для нежилого, что почти вдвое больше, чем предполагалось ранее. ^[36] Исследование надежности модуля PVEL выявило тенденцию к увеличению количества отказов солнечных модулей: 30% производителей сталкиваются с нарушениями безопасности, связанными с распределительными коробками (рост с 20%), и 26% отказов из-за недостатков материалов (рост с 20%). . ^[37]

Отходы и переработка

Солнечные элементы CdTe и CIGS содержат кадмий, токсичный тяжелый металл, который имеет тенденцию накапливаться в пищевой цепи.Припой, используемый при установке, также содержит свинец. Оставшиеся фотоэлектрические панели могут загрязнять почву, как это произошло в 2013 году, когда солнечная ферма Solyndra в США обанкротилась, оставив сломанные панели на месте. ^[38] Исследование IRENA 2016 оценило количество фотоэлектрических отходов в 78 миллионов тонн к 2050 году. ^[39] Большинство частей солнечного модуля могут быть переработаны, включая до 95% определенных полупроводниковых материалов или стекла, а также большое количество черных и цветных металлов. ^[40] Некоторые частные компании и некоммерческие организации в настоящее время занимаются приемкой и переработкой отработанных модулей.^[41] Закон ЕС требует, чтобы производители обеспечивали надлежащую переработку своих солнечных панелей. Аналогичное законодательство действует в Японии, Индии и Австралии. ^[42]

Исследование, проведенное Harvard Business Review в 2021 году, показывает, что к 2035 году количество списанных панелей превысит новые единицы в 2,56 раза, а стоимость утилизации одной фотоэлектрической панели к тому времени достигнет 20-30 долларов, что увеличит стоимость LCOE PV с коэффициентом 4. Анализируя рынок США, на котором по состоянию на 2021 год не существует законодательства, аналогичного ЕС, HBR отметил, что при стоимости отправки его на свалку всего 1-2 доллара США есть значительный финансовый стимул отказаться от снятые с эксплуатации панели или отправить их для низкотехнологичной разборки в страны с низким уровнем дохода, где большая часть токсичных элементов в конечном итоге выбрасывается в окружающую среду, в то время как закон об обязательной переработке будет ^[43]

Возможности переработки зависят от типа технологии используется в модулях:

Модули на основе кремния: алюминиевые рамы и распределительные коробки демонтируются вручную в начале процесса.Затем модуль измельчается в мельнице и разделяются на различные фракции – стекло, пластмассы и металлы. ^[44] Можно восстановить более 80% входящего веса. ^[45] Этот процесс может выполняться переработчиками плоского стекла, поскольку морфология и состав фотоэлектрического модуля аналогичны тем плоским стеклам, которые используются в строительстве и автомобильной промышленности. Восстановленное стекло, например, легко применяется в производстве пеностекла и стеклянных изоляционных материалов.
Модули на несиликоновой основе: для них требуются специальные технологии переработки, такие как использование химических ванн для разделения различных полупроводниковых материалов.^[46] Для модулей из теллурида кадмия процесс рециркуляции начинается с дробления модуля с последующим разделением различных фракций. Этот процесс переработки предназначен для восстановления до 90% стекла и 95% содержащихся полупроводниковых материалов. ^[47] В последние годы частные компании создали несколько промышленных предприятий по переработке отходов. ^[48] Для отражателя с плоской алюминиевой пластиной: модность отражателей возросла за счет их изготовления с использованием тонкого слоя (около 0.От 016 мм до 0,024 мм) алюминиевого покрытия внутри непереработанных пластиковых пищевых упаковок. ^[49]

С 2010 года ежегодно проводится европейская конференция, на которую собираются производители, переработчики и исследователи, чтобы посмотреть на будущее переработки фотоэлектрических модулей. ^[50] ^[51]

Производство

Производство фотоэлектрических систем следует классическому эффекту кривой обучения, со значительным сокращением затрат, происходящим наряду со значительным повышением эффективности и производительности.^[52]

По данным Международного энергетического агентства (МЭА), в 2019 году было завершено 114,9 ГВт солнечных фотоэлектрических систем.

При росте установки фотоэлектрических систем более чем на 100% в годовом исчислении производители фотоэлектрических модулей резко увеличили поставки солнечных модулей в 2019 году. Они активно наращивали свои мощности и превратились в игроков гигаваттной ГВт. ^[54] По данным Pulse Solar, пять из десяти ведущих компаний по производству фотоэлектрических модулей в 2019 году испытали рост производства солнечных панелей как минимум на 25% по сравнению с 2019 годом.^[55]

В основе производства солнечных панелей лежит использование кремниевых элементов. ^[56] Эти кремниевые элементы обычно эффективны на 10-20% ^[57] при преобразовании солнечного света в электричество, а в новых производственных моделях сейчас этот показатель превышает 22%. ^[58] Чтобы солнечные панели стали более эффективными, исследователи во всем мире пытались разработать новые технологии, которые позволили бы солнечным панелям более эффективно превращать солнечный свет в энергию. ^[59]

В 2018 году в пятерку крупнейших мировых производителей солнечных модулей по отгруженной мощности в течение календарного года 2018 входили Jinko Solar, JA Solar, Trina Solar, Longi Solar и Canadian Solar.^[60]

Цена

Закон Суонсона гласит, что с каждым удвоением производства панелей стоимость панелей снижается на 20 процентов. ^[61]

Цена на солнечную электроэнергию продолжала падать, так что во многих странах с 2012 года она стала дешевле, чем обычная электроэнергия на ископаемом топливе из электросетей. Это явление известно как сетевой паритет. ^[62]

Информация о средних ценах делится на три ценовые категории: покупатели небольших партий (модули всех размеров в диапазоне киловатт ежегодно), покупатели среднего уровня (обычно до 10 МВт в год) и покупатели большого количества ( не требует пояснений – и с доступом к самым низким ценам).В долгосрочной перспективе очевидно систематическое снижение цен на ячейки и модули. Например, в 2012 году было подсчитано, что количественная стоимость ватта составляла около 0,60 доллара США, что в 250 раз ниже, чем стоимость в 1970 году, составлявшая 150 долларов США. ^[63] ^[64] Исследование 2015 года показывает, что цена / кВтч снижается на 10% в год с 1980 года и предсказывает, что солнечная энергия может составлять 20% от общего потребления электроэнергии к 2030 году, в то время как Международное энергетическое агентство прогнозирует 16% 2050. ^[65]

Реальные затраты на производство энергии во многом зависят от местных погодных условий.В такой облачной стране, как Великобритания, стоимость произведенного кВтч выше, чем в более солнечных странах, таких как Испания.

Краткосрочные сопоставления нормализованных затрат, демонстрирующие ценность различных технологий производства электроэнергии ^[66] Долгосрочные нормализованные сравнения затрат, демонстрирующие ценность различных технологий производства электроэнергии ^[67]

По данным Управления энергетической информации США, ожидается, что цены за мегаватт-час сблизятся и достигнут паритета с традиционными источниками производства энергии в период 2020–2030 годов.Согласно EIA, паритет может быть достигнут без необходимости поддержки субсидий и может быть достигнут с помощью механизмов органического рынка, а именно снижения производственных цен и технического прогресса.

В соответствии с RMI, элементами Balance-of-System (BoS), немодульные затраты на немикроинверторные солнечные модули (такие как проводка, преобразователи, стеллажные системы и различные компоненты) составляют примерно половину общих затрат на инсталляции.

Для коммерческих солнечных электростанций, где электроэнергия продается в сеть передачи электроэнергии, стоимость солнечной энергии должна соответствовать оптовой цене на электроэнергию.Эту точку иногда называют «паритетом оптовой сети» или «паритетом сборных шин». ^[62]

Некоторые фотоэлектрические системы, такие как установки на крыше, могут подавать электроэнергию напрямую потребителю электроэнергии. В этих случаях установка может быть конкурентоспособной, если себестоимость продукции соответствует цене, по которой пользователь платит за потребление электроэнергии. Эту ситуацию иногда называют «паритетом розничной сети», «паритетом розеток» или «динамическим паритетом сети». ^[68] Исследование, проведенное ООН-Энергия в 2012 году, показывает, что районы солнечных стран с высокими ценами на электроэнергию, такие как Италия, Испания и Австралия, а также районы, где используются дизельные генераторы, достигли паритета розничных сетей.^[62]

Монтаж и сопровождение

Солнечные модули на солнечных трекерах

Рабочие устанавливают солнечные панели на крышах жилых домов

Наземные фотоэлектрические системы, как правило, представляют собой крупные солнечные электростанции общего назначения. Их солнечные модули удерживаются на стойках или рамах, прикрепленных к наземным монтажным опорам. ^[69] ^[70] Опоры для наземного монтажа включают:

Опоры для столбов, которые вбиваются непосредственно в землю или заделываются в бетон.
Опоры для фундамента, такие как бетонные плиты или заливные опоры
Балластные опоры для ног, такие как бетонные или стальные основания, которые используют вес для фиксации системы солнечных модулей и не требуют проникновения в грунт. Этот тип системы крепления хорошо подходит для участков, где земляные работы невозможны, таких как закрытые свалки, и упрощает вывод из эксплуатации или перемещение систем солнечных модулей.

Установленные на крыше солнечные энергосистемы состоят из солнечных модулей, удерживаемых стойками или рамами, прикрепленными к монтажным опорам на крыше.^[71] Крепежные опоры для установки на крышу включают:

Рельсовые крепления, которые крепятся непосредственно к конструкции крыши и могут использовать дополнительные направляющие для крепления модульных стоек или рам.
Балластные опоры для ног, такие как бетонные или стальные основания, которые используют вес для фиксации панельной системы в нужном положении и не требуют сквозного проникновения. Этот метод монтажа позволяет выводить из эксплуатации или перемещать системы солнечных панелей без отрицательного воздействия на конструкцию крыши.
Вся проводка, соединяющая соседние солнечные модули с оборудованием для сбора энергии, должна быть проложена в соответствии с местными электротехническими нормами и должна быть проложена в кабелепроводе, соответствующем климатическим условиям

Солнечные трекеры увеличивают количество энергии, производимой на модуль за счет механической сложности и повышенная потребность в обслуживании. Они определяют направление Солнца и наклоняют или поворачивают модули по мере необходимости для максимального воздействия света. ^[72] ^[73] В качестве альтернативы фиксированные стойки удерживают модули неподвижными в течение дня под заданным наклоном (зенитным углом) и обращенными в заданном направлении (азимутальный угол).Углы наклона, эквивалентные широте установки, являются обычными. Некоторые системы могут также регулировать угол наклона в зависимости от времени года. ^[74] Точно так же, чтобы максимизировать общий выход энергии, модули часто ориентируются на юг (в северном полушарии) или север (в южном полушарии). С другой стороны, массивы, ориентированные на восток и запад (например, покрывают крышу, обращенную с востока на запад), также могут быть полезны. Даже если такие установки могут не производить максимально возможную общую энергию, их выходная мощность, вероятно, будет более стабильной в течение дня и, возможно, больше во время пикового спроса.^[75]

Стандарты

Стандарты, обычно используемые в фотоэлектрических модулях:

IEC 61215 (характеристики кристаллического кремния), 61646 (характеристики тонкой пленки) и 61730 (все модули, безопасность), 61853 (тестирование производительности фотоэлектрических модулей и класс энергопотребления)
ISO 9488 Солнечная энергия. Словарь.
UL 1703 от Underwriters Laboratories
UL 1741 от Underwriters Laboratories
UL 2703 от Underwriters Laboratories
Знак CE
Серия тестеров электробезопасности (EST) (EST-460, EST-22V, EST-22H, EST-110).

Разъемы

Наружные солнечные панели обычно включают разъемы MC4. Автомобильные солнечные панели могут также включать автомобильный прикуриватель и / или USB-адаптер. Внутренние панели (включая солнечные фотоэлектрические стекла, тонкие пленки и окна) могут включать в себя микроинвертор (солнечные панели переменного тока).

Приложения

Есть много практических применений для использования солнечных панелей или фотоэлектрических элементов. Сначала его можно использовать в сельском хозяйстве в качестве источника энергии для орошения. В здравоохранении солнечные батареи могут использоваться для охлаждения предметов медицинского назначения.Его также можно использовать для инфраструктуры. Фотоэлектрические модули используются в фотоэлектрических системах и включают в себя большое количество различных электрических устройств:

Ограничения

Воздействие на электросеть

С увеличением количества фотоэлектрических систем на крышах, поток энергии становится двусторонним. Когда местной генерации больше, чем потребления, электроэнергия экспортируется в сеть. Однако электрические сети традиционно не рассчитаны на двустороннюю передачу энергии.Поэтому могут возникнуть некоторые технические проблемы. Например, в Квинсленде, Австралия, к концу 2017 года более 30% домохозяйств использовали фотоэлектрические системы на крышах домов. Знаменитая калифорнийская кривая утки 2020 года часто появлялась во многих сообществах с 2015 года. Проблема перенапряжения может возникнуть в результате перетока электроэнергии от фотоэлектрических домов обратно в сеть. ^[76] Существуют решения для управления проблемой перенапряжения, такие как регулирование коэффициента мощности фотоэлектрического инвертора, новое оборудование для контроля напряжения и энергии на уровне распределителя электроэнергии, перенаправление электрических проводов, управление потреблением и т. Д.Эти решения часто связаны с ограничениями и расходами.

Когда электрические сети не работают, например, во время отключения электроэнергии в Калифорнии в октябре 2019 года, солнечных панелей часто недостаточно для полного обеспечения электроэнергией дома или другой конструкции, поскольку они предназначены для подачи энергии в сеть, а не напрямую в дома. ^[77]

Влияние на управление счетами за электроэнергию и инвестиции в энергию

Нет серебряной пули в электроэнергии или спросе на энергию и управлении счетами, потому что у клиентов (объектов) разные конкретные ситуации, например.г. разные потребности в комфорте / удобстве, разные тарифы на электроэнергию или разные модели использования. Тариф на электроэнергию может включать несколько элементов, таких как ежедневная плата за доступ и учет, плата за электроэнергию (на основе кВтч, МВтч) или плата за пиковое потребление (например, цена за максимальное 30-минутное потребление энергии в месяц). Фотоэлектрические системы являются многообещающим вариантом для снижения платы за электроэнергию, когда цена на электроэнергию достаточно высока и постоянно растет, например, в Австралии и Германии. Однако для участков с платой за пиковое потребление фотоэлектрическая энергия может быть менее привлекательной, если пиковые потребности в основном происходят в конце полудня или ранним вечером, например, в жилых районах.В целом, инвестиции в энергетику – это в значительной степени экономичное решение, и лучше принимать инвестиционные решения на основе систематической оценки вариантов улучшения работы, энергоэффективности, производства на месте и хранения энергии. ^[78] ^[79]

Галерея

Солнечное поселение на фоне корабля-Солнца (Фрайбург, Германия)
Техники, устанавливающие фотоэлектрические модули на крышной стойке
Солнечная батарея, состоящая из солнечной панели с 24 солнечными модулями в сельской местности Монголии
ФЭ-соединители MC4: Всепогодные соединители постоянного тока. Миллер, Венди; Лю, Лэй Аарон; Амин, Закария; Грей, Мэтью (2018). «Вовлечение жильцов в модернизацию жилья с использованием солнечной энергии с нулевым потреблением энергии: тематическое исследование в субтропиках Австралии» Солнечная энергия . 159 : 390–404. Bibcode: 2018SoEn..159..390M. DOI: 10.1016 / j.solener.2017.10.008.

Как работают солнечные панели? | Фотоэлементы

На протяжении десятилетий рекламируемые как многообещающий альтернативный источник энергии, солнечные панели венчают крыши домов и придорожные знаки, а также помогают поддерживать питание космических аппаратов.Но как работают солнечные панели?

Проще говоря, солнечная панель работает, позволяя фотонам или частицам света выбивать электроны из атомов, создавая поток электричества. Солнечные панели на самом деле состоят из множества небольших блоков, называемых фотоэлектрическими элементами. (Фотоэлектрические элементы просто означают, что они преобразуют солнечный свет в электричество.) Многие элементы, соединенные вместе, составляют солнечную панель.

Каждый фотоэлектрический элемент представляет собой сэндвич, состоящий из двух пластин полупроводящего материала, обычно кремния – того же материала, что и в микроэлектронике.

Связано: Как работают атомные часы?

Для работы фотоэлектрическим элементам необходимо создать электрическое поле. Подобно магнитному полю, которое возникает из-за противоположных полюсов, электрическое поле возникает, когда противоположные заряды разделены. Чтобы получить это поле, производители «смешивают» кремний с другими материалами, придавая каждому кусочку сэндвича положительный или отрицательный электрический заряд.

В частности, они вводят фосфор в верхний слой кремния, который добавляет к этому слою дополнительные электроны с отрицательным зарядом.Между тем, нижний слой получает дозу бора, что приводит к меньшему количеству электронов или положительному заряду. Все это складывается в электрическое поле на стыке между слоями кремния. Затем, когда фотон солнечного света выбивает электрон, электрическое поле выталкивает этот электрон из кремниевого перехода.

Пара других компонентов ячейки превращает эти электроны в полезную энергию. Металлические проводящие пластины по бокам ячейки собирают электроны и переносят их на провода.В этот момент электроны могут течь, как любой другой источник электричества.

Недавно исследователи создали ультратонкие гибкие солнечные элементы толщиной всего 1,3 микрона – примерно 1/100 ширины человеческого волоса – и в 20 раз легче листа офисной бумаги. Фактически, элементы настолько легкие, что могут находиться на вершине мыльного пузыря, и при этом они производят энергию с такой же эффективностью, как и солнечные элементы на основе стекла, сообщили ученые в исследовании, опубликованном в 2016 году в журнале Organic Electronics.Такие более легкие и гибкие солнечные элементы могут быть интегрированы в архитектуру, аэрокосмические технологии или даже в носимую электронику.

Существуют и другие типы технологий солнечной энергии, в том числе солнечная тепловая энергия и концентрированная солнечная энергия (CSP), которые работают иначе, чем фотоэлектрические солнечные панели, но все они используют энергию солнечного света для производства электричества или нагрева воды или воздуха. .

Примечание редактора : Эта статья была первоначально опубликована 7 декабря.16 декабря 2013 г., и 6 декабря 2017 г. была обновлена информация о последних достижениях в области солнечных технологий.

Первоначально опубликовано на Live Science .

Солнечная панель – Factorio Wiki

Рецепт
10 + 5 + 15 + 5 → 1
Всего сырых
28.75 + 27,5 + 15 + 5

Рецепт
10 + 5 + 15 + 5 → 1
Всего сырых
47,5 + 65 + 30 + 5

Цвет карты
Здоровье	200
Размер стопки	50
Размеры	3 × 3
Выходная мощность	60 кВт (полный свет) 42 кВт (средний)
Горное время	0.1
Опытный образец	солнечная панель
Внутреннее имя	солнечная панель
Требуемые технологии

Производитель

Потребляется

Солнечные батареи – это неограниченный источник бесплатной энергии, не вызывающий загрязнения.В светлое время суток каждая панель обеспечивает максимальный уровень мощности 60кВт. Вырабатываемая мощность будет линейно увеличиваться / уменьшаться в сумерках и на рассвете, а ночью энергия не вырабатывается. Это означает, что одна солнечная панель вырабатывает в среднем 42 кВт за один дневной и ночной цикл.

Энергоменеджмент

Как уже говорилось, солнечные панели производят энергию только днем, но вы, вероятно, захотите, чтобы ваша фабрика работала и ночью. Аккумуляторы можно заряжать от солнечных батарей в течение дня для питания базы в ночное время.

Аккумуляторы – не единственный способ работать с солнечной энергией. Иногда более экономично просто избегать потребления энергии в ночное время. Например, если вы приведете в действие несколько электрических сверл и электропечей для производства железных и медных листов, вы сможете построить больше сверл и печей, чем вам действительно нужно, и хранить излишки произведенного металла в течение дня. Ночью вы можете выключить сверлильные станки и печи и позволить вашему предприятию работать с хранящимися пластинами. Вместо того, чтобы накапливать энергию, вы будете хранить то, для чего она используется.Самый простой способ добиться этого – подключить все вытяжки и печи к электрической сети с ровно достаточным количеством солнечных панелей, чтобы они работали в течение дня, и держать эту сеть подальше от основной электрической сети вашего завода.

Банкноты

Одна солнечная панель выдает в среднем 42 кВт в день и требует 0,84 аккумулятора для поддержания постоянной выходной мощности в течение ночи.
Требуется 23,8 солнечных панелей для работы 1 МВт фабрики , а заряжает 20 аккумуляторов, чтобы поддерживать этот 1 МВт в течение ночи.

Достижения

История

0,13,2 :
- Изменены технические требования с Adv. Электроника в Электронику.

0.12.11 :
- Энергия солнечной панели теперь распределяется между всеми сетями, к которым она подключена.

0.12.0 :
- Значительная оптимизация логики солнечных панелей.

0.11.0 :
- Значительно снижена скорость изготовления до 10 секунд с 0,5 секунды.

0.7.1 :
- Изготовленные солнечные панели до научного уровня 3.

0.5.0 :
- Значок «Отключено» отображается, когда не подключено ни к одному устройству передачи энергии.

0,3,0 :
- Новая графика солнечных батарей.

0.2.1 :
- Приоритет энергопотребления изменен на потребление сначала от солнечной панели.

См. Также

Солнечная фотоэлектрическая энергия – Designing Buildings Wiki

Солнечные элементы или фотоэлектрические элементы преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество. Фотоэлектрические системы получили свое название от процесса преобразования света (фотонов) в электричество (напряжение). Фотоэлектрические панели сильно отличаются от солнечных тепловых панелей, которые улавливают солнечное тепло для производства горячей воды, хотя некоторые панели теперь объединяют как фотоэлектрическую батарею, так и солнечные тепловые коллекторы.

Жесткие фотоэлектрические элементы (традиционно сделанные из кремния) обычно имеют квадрат примерно 150 мм и вырабатывают небольшое количество электричества (около 0,5 вольт). Это означает, что для генерации более высокого напряжения большое количество ячеек, обычно 36 или 72, подключаются последовательно, образуя фотоэлектрическую панель. Затем панели соединяются вместе, чтобы создать фотоэлектрическую матрицу. Как правило, для домашнего применения массив будет состоять примерно из 10 панелей.

В тонкопленочных солнечных элементах используются слои полупроводниковых материалов толщиной в несколько микрон.Будучи полугибкими, они могут использоваться как часть строительных элементов, таких как черепица и системы остекления. Новые технологии производят солнечные элементы, применяемые с помощью технологий печатного станка с использованием солнечных красителей и интегрированные с проводящими пластиками.

Расчетный срок службы фотоэлектрического модуля составляет 30 лет, и ожидается, что производительность останется на уровне более 80% от начальной мощности через 25 лет.

Углеродный след производства фотоэлектрических элементов снизился примерно на 50% за последние 10 лет благодаря повышению производительности, экономии сырья и усовершенствованию производственного процесса.

Солнечные панели оцениваются по пиковой мощности (кВт). Это потенциальная выходная мощность при ярком солнечном свете (1000 Вт / м²) и температуре воздуха 25 ºC (выходная мощность панелей уменьшается при повышении температуры). 1 кВт · ч хорошо расположенной фотоэлектрической батареи в Великобритании должен быть способен производить 700-800 кВт · ч электроэнергии в год.

Количество падающего солнечного излучения будет зависеть от широты участка, направления, в котором обращены панели, и угла наклона панелей. Доступен онлайн-калькулятор для получения оценок потенциальной генерируемой энергии для объектов в Европе (см. Объединенный исследовательский центр ЕС).Даже в пасмурные дни результирующий рассеянный свет будет обеспечивать полезное электричество, однако производительность будет снижена, если участок будет регулярно затенен (например, соседними зданиями или растительностью).

Есть три основных типа фотоэлементов. Их индивидуальный процентный КПД показывает, какая часть поступающей солнечной радиации будет преобразована в электричество, покидающее ячейку (будут дальнейшие потери в системах управления и кабельной разводке):

Монокристаллический: Типичная эффективность 15% (около 100 кВтч на м² в год в Великобритании).Обычно они темного цвета с тесными линиями тонких проводников.
Поликристаллический: Типичный КПД не менее 13% (около 100 кВтч на м² в год в Великобритании). Они, вероятно, будут иметь действительно кристаллический вид.
Тонкая пленка: Типичная эффективность 7% (около 60 кВтч на м² в год в Великобритании). Они могут быть встроены в brise-soleil, черепицу или стеклянные панели.

Кристаллические фотоэлектрические элементы в настоящее время составляют более 90% установленных систем.

Стоимость материалов обычно выше для более эффективных типов ячеек, хотя интеграция тонкопленочных технологий в строительные элементы увеличивает их стоимость.

Фотогальваника может обеспечивать электроснабжение систем, которые полностью отключены от сети (особенно в сельской местности), однако всплеск интереса к приложениям в Великобритании связан с системами, подключенными к сети, которые имеют право на государственное финансирование. Это позволяет продавать любую избыточную произведенную мощность электроснабжающей компании и обеспечивает нормальное электроснабжение помещения при недостаточном количестве фотоэлектрической генерации.

Монтаж фотоэлектрических панелей требует относительно небольшого количества механических работ, и существует развитый рынок поставки гибких систем крепления. Однако есть контролируемые работы, для которых требуются должным образом обученные электрики, а для установки панелей на крыше обычно требуется обученный монтажник. Фотоэлектрические модули вырабатывают электричество всякий раз, когда они подвергаются воздействию дневного света, и отдельные модули нельзя выключить, поэтому, в отличие от большинства других электрических установок, установка фотоэлектрической системы включает работу с действующей системой.

Типичные установки фотоэлектрических модулей будут весить 10–13 кг / м². Основные типы установки:

Более поздние разработки привели к появлению множества форм интегрированного солнечного коллектора, в том числе:

Они могут предложить возможности для включения фотоэлектрических элементов в проект, в котором раньше их использование было бы невозможно по эстетическим соображениям.

В системе, подключенной к сети, мощность постоянного тока от фотоэлектрических модулей подается в инвертор для преобразования в мощность 240 В переменного тока для подключения к местной электрической сети через блок потребителя.В идеале инвертор (или «блок управления мощностью») должен быть расположен близко к панелям, чтобы уменьшить потери при передаче постоянного тока (он нуждается в вентиляции и может гудеть). В более крупных приложениях можно использовать несколько инверторов для повышения устойчивости к сбоям. Инверторный блок обычно контролирует подключение фотоэлектрической системы к сети (а также к нагрузкам здания). В случае отключения электроэнергии инверторы автоматически отключаются, чтобы защитить инженеров, работающих с линиями электропередач.

В автономных системах мощность постоянного тока подается в контроллер заряда перед подачей на носитель данных, такой как свинцово-кислотные батареи. Подключенная к сети солнечная фотоэлектрическая система не требует батарей. Для создания гибридных систем могут использоваться специализированные решения, позволяющие сетевым системам безопасно работать в автономном режиме (в сочетании с батареями), но обычно системы, разработанные для электросетей, не могут использоваться напрямую с аккумуляторными батареями.

Фотоэлектрические системы обычно не требуют специальных мер предосторожности для защиты от молний, хотя принятие мер предосторожности от молнии и перенапряжения может быть рекомендовано для защиты инвестиций в фотоэлектрические системы.

В недавнем отчете Программы фотоэлектрических систем Международного энергетического агентства (МЭА) указывается ожидаемый срок службы оборудования, связанного с фотоэлектрическими установками:

Испытания фотоэлектрических систем в Великобритании в 2006 г., проведенные BRE в Великобритании, показали, что для довольно небольших систем размером около 1,6 кВт значительная часть потребностей здания может быть удовлетворена за счет фотоэлектрических систем, при этом большинство систем обеспечивают от 20 до 80% площади здания. годовая нагрузка, в среднем 51%.

В Великобритании установка солнечных панелей в одном жилом доме, который не внесен в список зданий и не находится в заповедной зоне, считается «разрешенной застройкой», и поэтому нет необходимости подавать заявление на получение разрешения на строительство. Однако фотоэлектрические установки подлежат уведомлению в целях соблюдения строительных норм, и об этом следует уведомить местный орган управления зданием.

Необходимо проконсультироваться с районным сетевым оператором (DNO) по поводу подключения к местной сети (и заключения соглашения), хотя обычно системы до 16 ампер на фазу могут быть установлены без разрешения DNO.Подробное руководство по электрическим требованиям приведено в публикации DTI: Photovoltaics in Buildings: guide to the installation of PV systems.

Схема сертификации микрогенерации (MCS) предоставила стандарт установки микрогенерации: MIS 3002, который определяет проектирование и установку фотоэлектрических устройств. Это важно, если требуется государственное финансирование для проекта мощностью менее 50 кВт, и он является полезным источником информации для более крупных установок.

Фотоэлектрические установки признаны правительством Великобритании маломасштабной (менее 5 МВт) технологией «возобновляемой энергии».Таким образом, они привлекают льготные тарифы (FIT) для установок мощностью до 5 МВт на срок 25 лет. Системы микрогенерации (менее 50 кВт) должны быть установлены под эгидой MCS для привлечения финансирования.

Кормовые тарифы состоят из 2 элементов:

Если фотоэлектрические установки установлены и владелец / оператор собственности получает Feed in Tariffs, и впоследствии собственность передается другому владельцу, Feed in Tariffs останется с установкой и начисляется новому владельцу.

Если на предприятии установлено фотоэлектрическое оборудование и оно уже участвует в схеме энергоэффективности по обязательствам по сокращению выбросов углерода (CRC), то выход фотоэлектрических систем (которые зарегистрированы для подачи в тарифы) не будет считаться «нулевым выбросом» для целей CRC, но должны учитываться по средней сетке. Чтобы использовать фотоэлектрические элементы для получения кредита CRC, нельзя требовать льготных тарифов. Подробное руководство по схеме Feed in Tariff для предприятий доступно в некоторых четко написанных информационных бюллетенях на веб-сайте Carbon Trust.

Эта статья воспроизведена здесь с любезного разрешения ассоциации Building & Engineering Services Association. Исходную статью вместе с другими ресурсами можно увидеть на их сайте: www.b-es.org

Википедия Солнечная батарея

Поскольку к системе были добавлены ветряные и солнечные системы… Краткую историю завода можно найти в Википедии. В виде гребня…

Лучшие солнечные батареи в Индии Ведущие производители солнечных батарей в Индии по состоянию на 2016–2017 годы.Список включает в себя солнечные трубчатые батареи c5, c10 и c20, такие как Exide, Luminous, Sukam, HBL, Okaya,… Deep Cycle Battery Rv Солнечная батарея Аккумуляторная батарея Это – Pleasure-Way Tofino Pop Top Camper Van. Он оснащен доступными солнечными батареями и литий-ионным аккумулятором…

солнечная батарея n. Система, состоящая из большого количества подключенных солнечных батарей. so′lar bat′tery n. массив солнечных элементов. [1950–55] ТезаурусАнтонимыСвязанные словаСинонимыЛегенда: перейти на новый тезаурус Существительное 1.солнечная батарея – электрическое устройство, состоящее из большого массива подключенных солнечных батарей, солнечной батареи, электрической панели солнечных батарей…

12v затопленная батарея глубокого цикла Хотя споры о том, какие из различных типов морских аккумуляторов лучше всего подходят для глубокого цикла, бушуют в залах Интернета, по этой теме существует много путаницы. Пункты 1 – 12 из 59… Купить свинцово-кислотные аккумуляторы глубокого цикла, троянские батареи Deep Cycle 2V, 6V, 8V и 12V,

Солнечное зарядное устройство использует солнечную энергию для подачи электричества к устройствам или зарядки аккумуляторов.Обычно они портативны. Солнечные зарядные устройства могут заряжать свинцовую кислоту или…

Аккумуляторная батарея для солнечных панелей Это фургон-автофургон Tofino Pop Top в стиле удовольствий. Он оснащен доступными солнечными панелями вместе с доступным литий-ионным аккумулятором… Солнечное зарядное устройство на 19 Вт от Choetech представляет собой складную трехпанельную систему, которая… такая же, как аккумулятор приличного размера). Это… Outback power energycell® High-Capacity 48V 1834Ah Nano-Carbon Sealed Deep-Cycle VRLA / AGM Battery Bank w /
Deep Cycle Battery Rv Солнечная батарея.Он оснащен доступными солнечными батареями вместе с доступным литий-ионным аккумулятором … Солнечное зарядное устройство Choetech на 19 Вт представляет собой складную трехпанельную систему, которая … такая же, как внешний аккумулятор приличного размера). Это… outback power energycell® высокой емкости 48v 1834ah Nano-Carbon Sealed Deep-Cycle

Зарядное устройство или перезарядное устройство – это устройство, используемое для передачи энергии вторичному элементу или перезаряжаемой батарее путем пропускания через него электрического тока.

Как солнечные панели превращают солнечный свет в электричество Проще говоря, тепло (или электрическая энергия), вырабатываемое светом, называется солнечной энергией.

Солнечный элемент или фотоэлектрический элемент – это электрическое устройство, которое напрямую преобразует энергию света…. когда они были предложены и запущены на спутнике “Авангард” в 1958 году в качестве альтернативного источника энергии для основного источника питания от батареи.

Солнечный элемент или фотоэлектрический элемент – это электрическое устройство, которое преобразует энергию света непосредственно в электричество с помощью фотоэлектрического эффекта, который представляет собой физическое и химическое явление.…

Хотя ожидается, что кремниевые фотоэлементы будут контролировать крупномасштабное производство электроэнергии из-за массового производства и снижения цен…

Аккумуляторная батарея, аккумуляторная батарея, вторичный элемент или аккумулятор – это тип электрического… Зарядное устройство на солнечной энергии для аккумуляторов типа AA. Далее…

Стандартные условия тестирования – wiki.openmod-initiative.org

Определение

1. «STC означает« Стандартные условия испытаний »и является отраслевым стандартом для условий, при которых испытываются солнечные панели.Используя фиксированный набор условий, все солнечные панели можно более точно сравнивать и оценивать друг с другом. Существуют три стандартных условия испытаний:

1.1 Температура ячейки – 25 ° C. Температура самого солнечного элемента, а не температура окружающей среды.

1.2 Солнечное излучение – 1000 Вт на квадратный метр. Это число относится к количеству световой энергии, падающей на данную область в данный момент времени.

1,3 Масса воздуха – 1,5. Это число несколько вводит в заблуждение, так как оно относится к количеству света, которое должно пройти через атмосферу Земли, прежде чем достигнет поверхности Земли, и связано в основном с углом наклона Солнца относительно точки отсчета на Земле.Это число сводится к минимуму, когда солнце находится прямо над ним, поскольку свету нужно пройти минимальное расстояние прямо вниз, и увеличивается, когда солнце удаляется от опорной точки и должно идти под углом, чтобы попасть в то же самое место ».

2. «STC означает стандартные условия испытаний и является основным условием тестирования выходной мощности солнечных панелей, используемым большинством производителей и испытательных организаций».

3.STC – это отраслевой стандарт для определения характеристик фотоэлектрических модулей, который определяет температуру элемента 25 ° C и энергетическую освещенность 1000 Вт / м² с воздушной массой 1.5 (AM1.5) спектр.

4. Стандартные условия испытаний создают единообразные условия испытаний, которые позволяют проводить единообразные сравнения фотоэлектрических модулей различных производителей. Условия испытаний определены следующим образом – облучение: 1000 Вт / м², температура: 25 ° C, AM: 1,5 (AM означает воздушная масса, толщина атмосферы; на экваторе, воздушная масса = 1, в Европе ок. 1,5).

Аббревиатура

STC

Синонимы

Супертермс

Фотоэлектрические, фотоэлектрические, солнечные батареи

Подтермы

Источники

Строковое представление “http: // www.

Солнечные батареи википедия: Солнечные батареи: как это работает

Солнечные батареи: как это работает

История создания

Принцип работы

Существующие разновидности

Крупнейшие производители

Выводы

СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ – это… Что такое СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ?

Смотреть что такое “СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ” в других словарях:

Солнечная панель – Factorio Wiki

Смотрите также

Сравнение монокристаллических и поликристаллических солнечных батарей

Гелиевые аккумуляторы – разрушение мифа

Вы собираетесь

Роль ископаемых видов топлива в устойчивой энергетической системе

АО “НПП “Квант” | Научно-производственное предприятие ракетокосмической отрасли

Наша компания изготавливает солнечные элементы и батареи

– геостационарные платформы «Сисат», «Экспресс-АМ», «Казсат»

Объем выпуска СБ не менее 400 кв.м. в год панелей космического применения

К 105-летию рождения Лидоренко Н.С.

АО «НПП «Квант» – энергетика первого полета

Научно-технический и производственный потенциал

Основные направления деятельности

Космическая фотоэнергетика

Термоэлектрическое направление

Наземная фотоэнергетика

Солнечная панель – Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Солнечная панель – Повторная публикация в Википедии // WIKI 2

Энциклопедия YouTube

Содержание

История

Теория и конструкция

Порядок подключения модулей

КПД

Эффективность, зависящая от излучения

Массив фотоэлектрических модулей

Наноцилиндры алюминиевые

Технологии

Тонкая пленка

Умные солнечные модули

Производительность и снижение производительности

Техническое обслуживание

Отходы и переработка

Производство

Цена

Монтаж и сопровождение

Стандарты

Разъемы

Приложения

Ограничения

Воздействие на электросеть

Влияние на управление счетами за электроэнергию и инвестиции в энергию

Галерея

Как работают солнечные панели? | Фотоэлементы

Солнечная панель – Factorio Wiki

Энергоменеджмент

Банкноты

Достижения

История

См. Также

Солнечная фотоэлектрическая энергия – Designing Buildings Wiki

Википедия Солнечная батарея

Стандартные условия тестирования – wiki.openmod-initiative.org

Определение

Аббревиатура

Синонимы

Супертермс

Подтермы

Источники

Больше новостей

Добавить комментарий Отменить ответ