Когда этот ток достигает нужного значения, он преобразуется в 220 В переменного тока. Для этого используется инвертор. Чтобы запитать хотя бы часть дома, необходимо установить несколько таких панелей.
Солнечные батареи: сфера применения и принцип работы оборудования
Раньше люди полагались на централизованное электроснабжение, но теперь у всех есть хорошая альтернатива — солнечные батареи. Это оборудование идеально подходит для установки в частных домах, коттеджах и промышленных помещениях. Электростанции более доступны и бывают разных типов и мощностей. В этом материале более подробно рассматриваются принципы, типы и преимущества использования солнечных батарей дома и на рабочем месте.
Человечество давно задумалось об использовании неисчерпаемой энергии солнца. Первые попытки были предприняты еще в 20 веке. Впоследствии была разработана концепция тепловых электростанций. Однако на практике эта идея была основана на преобразовании солнечной энергии, что было очень неэффективно. Проанализировав первые неудачи, ученые пришли к выводу, что необходимо использовать солнечную радиацию напрямую. Один из таких принципов был открыт в 1839 году. Он был основан Александром Беккерелем. Однако прошло много лет, прежде чем появились первые полупроводники. Они были изобретены только в 1873 году. Этот год знаменует собой начало создания современного прототипа электростанции.
Что касается того, что входит в состав солнечных панелей, то в первую очередь стоит упомянуть солнечные батареи. Их можно назвать небольшими генераторами. Они выполняют основную функцию сбора солнечной энергии. В настоящее время существует несколько типов солнечных панелей, которые рассматриваются в следующих разделах. Однако, независимо от типа, современные панели имеют определенный размер, в котором расположены вышеупомянутые фотоэлектрические элементы. Эти клетки очень хрупкие и дополнительно защищены стеклянными и полимерными подложками.
Однако солнечные панели — это лишь одна часть общей электростанции. Другие элементы включают:.
Каждое из перечисленных устройств имеет свою функцию. Батареи накапливают и сохраняют экспортируемую энергию, контроллеры анализируют уровень заряда, управляют подачей энергии, подключают и отключают батареи. Инверторы также называют преобразователями частоты. Это устройство преобразует постоянный ток в переменный. Благодаря этому электричество можно использовать в бытовых целях. Последней частью электростанции является стабилизатор. Он защищает всю систему от скачков напряжения.
Какие типы солнечных панелей существуют?
Существует несколько критериев классификации, которые делят все солнечные панели на различные типы.
В зависимости от типа устройства различают два вида: гибкие и жесткие. Первый тип отличается своей пластичностью. Такие доски можно легко превратить в трубы, ничего не повредив. Жесткие панели не меняют форму. В зависимости от материала различают три типа: аморфный, поликристаллический и монокристаллический.
Аморфные ячейки можно использовать гибко. Они неприхотливы в плане расположения, но производительность таких устройств очень низкая. 6 процентов или меньше. Поликристаллические изделия имеют низкую стоимость. Однако они более эффективны в пасмурные дни. В очень жаркую погоду их эффективность немного ниже, чем эффективность монокристаллических блоков.
Если требуется максимальная эффективность электростанции, рекомендуется использовать панели с монокристаллическими элементами. Степень их эффективности достигает 25 процентов. Монокристаллические панели стоят дороже, так как для производства монокристаллического кремния требуется больше энергии и времени.
Ассортимент солнечных панелей
Развитие новых технологий и эволюция концепции солнечной энергии привели к появлению очень широкого спектра ее применения. В прошлом такие устройства обычно устанавливались в небольших частных домах или коттеджах. Из-за низкого энергопотребления они использовались только в бытовых целях. Сегодня существуют очень мощные и высокоэффективные электростанции. Это привело к расширению сферы применения панелей.
Интересный факт! Энергии, выделяемой Солнцем за одну секунду, может быть достаточно для обеспечения электричеством всего человечества в течение полумиллиона лет.
Солнечные панели широко используются в промышленных и коммерческих установках, обеспечивая значительную экономию энергии. Платы также устанавливаются на сельскохозяйственных предприятиях, фермах и военных объектах. Менее мощные платы используются для создания ряда повседневных устройств, таких как объективы, калькуляторы и зарядные устройства. Они используются в качестве источника энергии там, где нет возможности подключиться к центральной электросети. Солнечные батареи можно использовать для производства широкого спектра бытовых приборов, таких как фонарики, калькуляторы и зарядные устройства.
Солнечные электростанции в современном исполнении могут быть эффективны в любом месте, как дома, так и на крупных промышленных объектах. Однако их размер должен соответствовать требуемой мощности. Расчет этих параметров должен выполнять специалист.
Используя приведенные выше сведения, солнечные батареи могут стать основным источником энергии по минимально возможной цене и без вредного воздействия на окружающую среду.
Польза солнечных батарей
Солнце — самый важный источник энергии для нашей планеты. Всего за 40 минут он может удовлетворить годовые потребности населения Земли в энергии. А если учесть, что свет нашего солнца — практически неисчерпаемый ресурс, то это обещает многое. Кроме того, солнечная энергия считается самой безопасной и экологичной, поэтому она становится все более востребованной во многих областях человеческой деятельности.
Фото: ozon.ru.
Специальные устройства (солнечные панели) позволяют использовать энергию солнца. Это плоские коллекторы, преобразующие солнечное излучение в электроэнергию. Популярность использования этих устройств растет с каждым годом.
Установка нескольких квадратов таких панелей призвана решить главную проблему — преобразование солнечной энергии в электричество без использования центральной электросети, которое затем используется для снабжения жилых и промышленных объектов. В настоящее время использование солнечных батарей является наиболее эффективным и в то же время экологически чистым способом преобразования света в электричество. Все другие альтернативные источники энергии гораздо менее эффективны.
Каждая панель состоит из блока с солнечным элементом, который может поглощать солнечное излучение и преобразовывать его в электричество 220 В.
Существует несколько типов солнечных панелей. Самые распространенные — прямоугольные, размером с шифер. Каждая панель содержит 36 солнечных элементов, покрытых специальной пленкой или стеклом. Принцип работы заключается в следующем. Солнечное излучение производит свободные электроны, которые проникают в панель через соединения и специальные туннели и накапливаются в аккумуляторе в виде постоянного тока.
Когда этот ток достигает нужного значения, он преобразуется в 220 В переменного тока. Для этого используется инвертор. Чтобы запитать хотя бы часть дома, необходимо установить несколько таких панелей.
История создания солнечных батарей
Идея использования бесплатной и неограниченной солнечной энергии занимала человечество с древних времен. Впервые он был реализован в виде солнечных батарей (тепловых электростанций), принцип работы которых сильно отличался от принципа работы современных батарей. Второе применение — это уже солнечные батареи в их нынешнем виде. Это была очень успешная инициатива, позволившая поставлять большое количество электроэнергии широкому кругу установок.
Хотя история солнечной энергии относительно коротка, она является результатом многих открытий и разработок. Однако ключом к использованию солнечной энергии стало открытие фотоэлектрического элемента французским ученым Александром Эдмоном Беккерелем в середине прошлого века.
Позже, в 1873 году, британский инженер Уиллоби Смит наблюдал явление фотопроводимости в селене. Наконец, несколько лет спустя были созданы первые фотоэлементы. Американский изобретатель Чарльз Фритц использовал тонкий слой селена между золотыми и медными пластинами. Однако эффективность устройства составила всего 1%.
Затем последовал ряд открытий. Так, в 1887 году Генрих Герц открыл внешний фотоэлектрический эффект, а два года спустя российский ученый Александр Стретов впервые описал законы, по которым этот эффект возникает. Для этого изобретатель построил специальное устройство, в котором свет преобразовывался в электричество. Альберт Эйнштейн также оставил свой след в этой области, объяснив зачатки фотоэлектрического явления в квантовой механике в начале 20-го века. За это он был удостоен Нобелевской премии.
Прототип современных солнечных батарей был разработан итальянским ученым ДжакомоЛуиджиЧамичана. Последующие научные исследования в области полупроводников послужили основой для синтеза кремниевых солнечных батарей в 1954 году. Эффективность уже составляла 4%. Затем доходность была увеличена до 15% компанией Bell Telephone, которая первой разработала эти ячейки.
Впоследствии солнечные батареи были установлены в нескольких городах и деревнях в качестве независимого источника энергии для телефонии. Эта система успешно функционирует уже много лет. В космической промышленности также широко используются солнечные батареи, которые устанавливались и продолжают устанавливаться на спутниках, включая использование других полупроводников.
Принцип работы солнечных батарей
Работа солнечной батареи может быть представлена следующими этапами
- Поглощение фотонов солнечного света кремниевой поверхностью батареи.
- Взаимодействие между фотонами и атомами кремния. Это заставляет поверхностные электроны отскакивать от поверхности и генерировать напряжение. Под действием разности потенциалов свободные электроны начинают двигаться, и возникает электрический ток. Поскольку солнечные батареи являются полупроводниками, ток течет в одном направлении.
- Полученный ток преобразуется в постоянный ток. На этом этапе энергия накапливается в аккумуляторе и отправляется потребителю.
Фото: ozon.ru.
Кремнеземный песок используется для производства солнечных панелей, содержащих необходимый диоксид кремния. В процессе синтеза это сырье расплавляется при высоких температурах с добавлением других химических элементов. В ходе этого процесса диоксид кремния очищается до уровня 99%, необходимого для работы батареи. Поскольку производство кремниевых панелей является дорогостоящим процессом, сегодня разрабатываются солнечные батареи на основе других полимерных материалов. Выход этих прототипов может достигать 30%.
Солнечные панели различаются по гибкости и жесткости в зависимости от конфигурации столешницы и особенностей конструкции. Гибкие изделия, отличающиеся простотой монтажа даже на вертикальных поверхностях, становятся сегодня все более популярными. Это качество позволяет придать архитектуре здания практичные, инновационные и высокотехнологичные черты.
Фотоэлектрические слои различаются по составу.
- Полимерные панели (выход 7%).
- Кадмиевые панели на основе теллура-галлия, меди, селена и индия (выход до 15%).
- Кремниевые панели (выход 7% в аморфных, 15% в монокристаллических и 13% в поликристаллических).
- Картины на основе арсенида галлия.
- Органические панели.
- Комбинированные панели.
Чаще всего приобретаются менее эффективные, но более дешевые кварцевые элементы.
