Солнечный модуль — устройство, вырабатывающее электроэнергию путем поглощения и преобразования солнечного излучения. Краткая форма: солнечный модуль … Словарь по географии
Солнечные батареи принцип работы
Устройства, используемые для преобразования электроэнергии из солнечного излучения, принято называть солнечными панелями. По сути, эти генераторы работают до тех пор, пока светит солнце, что означает, что источник энергии практически неисчерпаем.
Александр Эдмон Беккерель
В XIX веке (1839 год) французский физик Александр Эдмон Беккерель открыл фотоэлектрическое явление в возрасте 12 лет, работая в лаборатории своего отца Антуана Беккереля. Суть явления заключалась в том, что при освещении платиновых пластин в растворе электролита гальванометр регистрировал возникновение электромагнитной силы. Основываясь на этом явлении, Беккерель разработал радиограф — прибор для регистрации интенсивности света.
Дальнейшим шагом на пути к созданию солнечных батарей стало открытие светопроводности селена. Он был сделан Уиллоуби Смитом, британским инженером-электриком, работавшим над изоляцией подводных кабелей. В 1873 году он обнаружил, что электрическое сопротивление серого селена «скачет» от измерения к измерению. Оказалось, что электропроводность селеновых стержней быстро увеличивается при воздействии света. А в 1883 году американец Чарльз Фритс изготовил первый фотоэлемент из тонкого слоя селена, помещенного между золотыми и медными пластинами.
В 1887 году немецкий физик Генрих Герц обнаружил влияние солнечной радиации на электрический разряд. Наблюдая одновременно два разряда, Герц обнаружил, что интенсивная вспышка света от электрической искры первого разряда увеличивает длительность другого разряда.
Александр Григорьевич Столетов
В 1888 году наш соотечественник Александр Григорьевич Столетов исследовал, как отрицательно заряженный цинковый электрод разряжается под воздействием света и как этот процесс зависит от интенсивности света.
Работы английского физика Джозефа Томсона в 1899 году и немецкого физика Филиппа Ленарда в 1900 году подтвердили, что свет, падающий на металлическую поверхность, выбрасывает электроны и вызывает фототок. Природа этого явления была полностью понята в 1905 году, когда Альберт Эйнштейн объяснил его с помощью квантовой теории.
Джозеф Томсон (слева) и Филипп Ленард (справа).
Широкое использование солнечных батарей началось в 1946 году с патентования устройств для повышения эффективности. В 1957 году солнечные батареи были запущены в космос в составе искусственного спутника Земли. Этот полет доказал, что солнечные батареи не только способны питать спутники, но и являются единственным источником энергии, который может обеспечить бесперебойную работу этих автономных устройств в космосе.
Принцип работы и устройство солнечной батареи
Планирование и эксплуатация систем солнечной энергии
Сегодня солнечные инверторы в основном изготавливаются из кремния. Существует 2 типа передовых технологий, по которым работают батареи: поликристаллические и монокристаллические.
Поликристаллическая технология дешевле, но не очень эффективна.
Монокристаллический стоит дороже, причем цена зависит от технологии производства, которая требует трудозатрат, и особенно от выработки монокристаллов. Он дает больше электроэнергии и имеет гораздо больший срок службы. Это делает монокристаллический солнечный модуль лучшим для повседневного использования.
То, как работает солнечный элемент, связано с его конструкцией. Он состоит из внешних кремниевых пластин с различными свойствами проводимости и внутреннего слоя из чистого монокристаллического кремния. Внутренний слой имеет фиксированную проводимость отверстий. Один из внешних проводников тоньше противоположного и покрыт специальным слоем, который образует прочный металлический контакт.
Когда солнечный свет попадает на один из внешних слоев, возникает фотоэлектрический эффект, который вызывает образование свободных электронов в этом слое. Эти частицы получают вспомогательную энергию и способны преодолеть внутренний слой клетки, который в данном случае называется барьером. Чем больше объем солнечного света, тем больше электронов мигрируют или перескакивают с одной внешней пластины на другую, минуя внутренний барьер. При коротком замыкании внешних пластин возникает напряжение. Пластина, которая излучает интенсивные частицы, создавая в себе так называемые дыры, получает знак минус, а принимающая пластина получает знак плюс.
Типы солнечных батарей
На сегодняшний день на рынке представлено 5 типов солнечных панелей, в которых используются различные материалы и фотоэлектрические элементы.
Максимальное обнаружение полученных солнечных батарей из поликристаллических фотоэлектрических элементов. Эффективность этих панелей обычно составляет 12-14 %.
Поликристаллическая солнечная панель
Монокристаллические ячейки характеризуются самым высоким КПД (14-16 %) и стоят несколько дороже, чем модули из поликристаллического кремния. Элементы также имеют многоугольную форму и поэтому не заполняют все пространство солнечной батареи, что приводит к снижению эффективности всей батареи по сравнению с одним фотоэлементом.
Монокристаллические солнечные элементы
Солнечные батареи из аморфного кремния имеют низкий КПД (6-8 %), но в то же время низкую стоимость производимой энергии.
Солнечные батареи из аморфного кремния
Солнечные батареи на основе теллурида кадмия (CdTe) похожи на технологию тонкопленочных солнечных батарей. Полупроводниковые слои покрывают пластину толщиной всего в несколько сотен микрометров. Эта разработка считается наименее вредной для окружающей среды. Эффективность солнечных элементов из CdTe составляет 11-12 %.
Солнечная панель из теллурида кадмия (CdTe)
Солнечные элементы, содержащие смеси индия, галлия, меди, меди и селена (CIGS), также считаются тонкопленочной технологией производства фотоэлектрических элементов. Выход составляет от 10 до 15 %. Эта технология еще не очень широко распространена на рынке, но она очень быстро распространяется.
Солнечные элементы на основе смеси индия, галлия, меди, меди и селена (CIGS)
Если солнечный коллектор используется для отопления дома, то такой проект полностью решен. В этом случае солнечные лучи нагревают теплоноситель, циркулирующий в системе отопления, обогревая помещения дома.
3 основных типа солнечных панелей: что эффективнее и какой вариант подойдёт вам
Наиболее распространенными типами солнечных модулей сегодня являются: монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные. Они различаются по конструкции, внешнему виду и, прежде всего, по эффективности.
Основные типы солнечных панелей — сравнение
Давайте рассмотрим преимущества и недостатки различных типов.
Тонкопленочные солнечные панели
В этом случае в качестве основы для производства используется аморфный кремний (a-Si) — некристаллическая версия кремния. Его состав «напыляется» специальным образом на гибкую подложку, которая собирается в гибкий лист.
Сегодня теллурид кадмия (CdTe) является наиболее часто используемым материалом для производства тонкопленочных моделей. Это поколение гибких панелей значительно отличается по характеристикам от своих предшественников из аморфного кремния.
Панели на основе селенида индия-галлия-меди (CIGS) также являются примером тонкопленочной технологии, однако они менее распространены.
Эффективность тонкоплёночных солнечных панелей
Гибкие полимерные устройства значительно уступают своим кристаллическим аналогам. Благодаря использованию современных полупроводников можно достичь эффективности до 11%.
Стандартных размеров для тонкопленочных панелей не существует, но если сравнить производительность кристаллической и тонкопленочной систем на 1 м2, то первая всегда будет выдавать больше мощности.
Тонкопленочные солнечные панели — всё зависит от материала
То, сколько вам придется заплатить за тонкопленочные элементы, во многом зависит от материала, из которого они изготовлены. Панели из CdTe и аморфного кремния являются самыми дешевыми, в то время как вариант CIGS будет значительно дороже.
Следует помнить, что общая стоимость установки гибких солнечных панелей может быть ниже, чем у монокристаллических или поликристаллических систем. Они легче и практичнее, что облегчает монтажникам доставку панелей на крышу и их закрепление там. Это снижает затраты на рабочую силу.
Так что же выбрать?
Монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные панели имеют свои преимущества и недостатки, и обычно решение об использовании тех или иных панелей зависит от характеристик здания и энергетических потребностей домохозяйства.
Домовладельцы с большой солнечной системой могут сэкономить деньги, установив менее эффективные и менее дорогие поликристаллические панели. Если у вас ограниченное пространство, лучшим вариантом будет установка высокоэффективных монокристаллических панелей.
Тонкопленочные модули обычно устанавливаются на просторных коммерческих и промышленных крышах, которые не могут выдержать дополнительный вес обычных солнечных панелей. Кроме того, тонкопленочные модули иногда могут быть идеальным решением для переносных солнечных систем, например, на автофургонах или лодках.
Все типы солнечных модулей имеют свой специфический процесс производства, который влияет на их конечные характеристики. Монокристаллические коллекторы обладают наилучшей производительностью, но если у вас достаточно места для солнечной системы, вы можете установить поликристаллические коллекторы и сэкономить средства. Тонкопленочные фотоэлектрические установки имеют самую низкую эффективность, но их легко устанавливать.
