Как только ток достигает необходимое значение, он преобразуется в 220 В переменного тока. Для выполнения этой задачи используется инвертор. Чтобы обеспечить электроэнергией хотя бы часть жилого помещения, требуется установить несколько таких солнечных панелей.
Солнечные батареи: сфера применения и принцип работы оборудования
В прошлом люди полагались на централизованное электроснабжение, но теперь все больше людей выбирают солнечные батареи в качестве надежной альтернативы. Это оборудование прекрасно подходит для установки в частных домах, дачах, коттеджах и даже в промышленных зданиях. Солнечные электростанции становятся все более доступными, и на рынке представлены различные типы и мощностей таких систем. В данной статье рассматриваются основные принципы работы, виды и преимущества использования солнечных батарей как в бытовых, так и в производственных условиях.
Идея использовать неисчерпаемую энергию солнечного света начала возникать у человечества давно. Первые серьезные попытки заработать на солнечной энергии были предприняты еще в 20 веке, с разработкой концепции солнечных тепловых электростанций. Однако, эта идея на практике основывалась на преобразовании солнечной энергии, что оказалось крайне неэффективно. Анализируя первые эксперименты и неудачи, ученые пришли к выводу, что намного более целесообразно использовать солнечную радиацию напрямую. Первое открытие, связанное с этим, произошло в 1839 году благодаря французскому физику Александру Эдмону Беккерелю. Однако только через несколько десятков лет, в 1873 году, появились первые полупроводниковые материалы, которые служили основой для создания современных солнечных батарей.
В состав солнечных панелей входит несколько ключевых элементов, но в первую очередь следует упомянуть солнечные батареи, которые можно считать мини-гeneratorami для сбора солнечной энергии. В настоящее время существует несколько типов солнечных панелей, которые будут подробно рассмотрены ниже. Вне зависимости от разновидности, у современных панелей есть определенные размеры, в которых расположены вышеупомянутые фотоэлектрические элементы. Эти элементы являются довольно хрупкими, поэтому они защищены стеклянными и пластиковыми подложками, что обеспечивает защищенность от внешних факторов.
Тем не менее, солнечные панели — это не единственная часть общей электростанции. Другие важные компоненты включают:
Каждый из упомянутых устройств выполняет свою уникальную функцию в системе. Батареи аккумулируют и сохраняют полученную энергию, контроллеры следят за уровнем заряда, управляют подачей энергии и отвечают за подключение-отключение батарей. Инверторы, также известные как преобразователи частоты, преобразуют постоянный ток в переменный, который можно использовать для бытовых нужд. Последним необходимым элементом электростанции является стабилизатор, который защищает всю систему от скачков напряжения и превышений по мощностям.
Какие типы солнечных панелей существуют?
Существует несколько критериев, по которым классифицируются солнечные панели на различные типы.
В зависимости от конструкции различают два масштаба: гибкие и жесткие панели. Гибкий тип отличается высокой пластичностью и может быть легко адаптирован к различным формам, например, скругленным поверхностям, не повреждая при этом батареи. В отличие от них, жесткие панели не имеют такой возможности и остаются в своей исходной форме. Если говорить о материалах, то выделяют три основных типа: аморфные, поликристаллические и монокристаллические панели.
Аморфные ячейки имеют гибкие характеристики и могут быть установлены в разных местах без особых требований к расположению, однако их эффективность оставляет желать лучшего, поскольку составляет всего 6 процентов или меньше. Поликристаллические панели, хотя и менее эффективные, чем монокристаллические, являются более доступными в финансовом плане и демонстрируют высокую эффективность в условиях облачной погоды. Однако в теплую погоду их эффективность падает ниже показателей монокристаллических изделий.
Если необходимость состоит в получении максимальной эффективности от электростанции, тогда рекомендуется выбирать панели с монокристаллическими элементами, которые достигают до 25 процентов общей эффективности. Эти панели стоят дороже, поскольку процесс их производства требует значительно больше энергии и времени.
Ассортимент солнечных панелей
Развитие технологий и эволюция концепции солнечной энергии привели к широкому спектру ее применения. В прошлом подобные устройства устанавливались лишь в небольших частных домах или загородных коттеджах, что объяснялось низким энергопотреблением и соответствующей направленностью. Теперь же существуют мощные и высокоэффективные солнечные электростанции, что значительно расширяет возможности их применения.
Интересный факт: энергии, выделяемой от солнечного света всего за одну секунду, хватило бы для обеспечения электричеством всего человечества на протяжении полумиллиона лет.
Солнечные панели применяются не только в бытовых условиях, но и в промышленных и коммерческих установках, что обеспечивает значительное сокращение затрат на энергию. Солнечные батареи также находят своё место на сельскохозяйственных предприятиях, фермах и военных объектах. Менее мощные панели используются в производстве различных повседневных устройств, таких как калькуляторы, зарядные устройства и даже некоторые бытовые аппараты. Это особенно полезно в ситуациях, когда нет доступа к центральной электросети. Таким образом, солнечные батареи могут быть использованы для питания ряда различных бытовых приборов, таких как фонарики, калькуляторы и зарядные устройства.
Современные солнечные электростанции могут функционировать эффективно в любом месте — будь то жилое здание или крупный промышленный объект. Однако важно учитывать, что их размер должен соответствовать необходимой мощности. Расчет этих параметров должен проводиться опытными специалистами, чтобы обеспечить оптимальное использование и эффективность.
Таким образом, при учете всех вышеперечисленных данных, солнечные батареи могут стать основным источником энергии с минимальными затратами и без негативного влияния на окружающую среду.
Польза солнечных батарей
Солнце является главной поставкой энергии для нашей планеты. Всего за 40 минут солнечная энергия может удовлетворить годовые потребности мирового населения в электроэнергии. Кроме того, учитывая, что солнечный свет является практически неисчерпаемым ресурсом, потенциал его применения весьма велик. Солнечная энергия характеризуется невероятной безопасностью и экологичностью, что делает её все более привлекательной для различных сфер человеческой деятельности.
Фото: ozon.ru.
Специальные устройства, известные как солнечные панели, позволяют нам использовать солнечную энергию. Это плоские коллектора, способные преобразовывать солнечное излучение в электроэнергию. С каждым годом популярность использования солнечных батарей возрастает.
Монтаж нескольких таких панелей решает основную задачу — превращение солнечной энергии в электричество без применения централизованной схемы электроснабжения, что позволяет использовать полученную энергию для питания как жилых, так и промышленных объектов. В настоящее время использование солнечных батарей является одними из наиболее эффективных и, одновременно, экологически чистых способов преобразования солнечного света в электрическую энергию. Другие альтернативные источники энергии, такие как ветряные турбины или гидроэлектростанции, менее эффективны.
Каждая солнечная панель состоит из блока с солнечными элементами, которые поглощают солнечное излучение и способны преобразовывать его в 220 В электричества.
Существует несколько типов солнечных панелей, наиболее распространенные из которых имеют прямоугольную форму, сопоставимую с размером шиферного листа. Каждая панель содержит 36 солнечных элементов, защищенных специальной пленкой или стеклом. Принцип работы солнечной панели заключается в следующем: солнечное излучение генерирует свободные электроны, которые проникают в панель через специальные соединения и каналы, после чего накапливаются в аккумуляторе в виде постоянного тока.
Когда этот электрический ток достигает необходимого уровня, он преобразуется в переменный ток на уровне 220 В. Эта операция осуществляется с помощью инвертора. Чтобы обеспечить электричеством даже малую часть дома, необходимо установить несколько таких панелей.
История создания солнечных батарей
Идея бесплатного и неограниченного использования солнечной энергии привлекала человечество с древних времен. Впервые это было реализовано в виде солнечных батарей, известные в прошлом как тепловые электростанции, однако принцип их работы значительно отличался от технологии современных солнечных панелей. Солнечные батареи в их нынешнем виде стали успешной инициативой, которая позволила обеспечить большое количество установок электроэнергией.
Хотя история солнечной энергии кратка по сравнению с другими источниками, она включает в себя множество открытий и разработок. Ключевым моментом в использовании солнечной энергии стало открытие фотоэлектрического элемента французским ученым Александром Эдмоном Беккерелем в середине 19 века.
Позже, в 1873 году, британский инженер Уиллоби Смит наблюдал явление фотопроводимости в селене. Вскоре после этого были разработаны первые фотоэлементы, которые использовали тонкий слой селена между золотыми и медными пластинами. Однако эффективность этих первых устройств составила всего 1%. Начиная с этого момента, последовали многочисленные открытия: в 1887 году германский физик Генрих Герц открыл внешний фотоэлектрический эффект, а через два года русский ученый Александр Стретов впервые формализовал законы, объясняющие этот эффект. Он создал специальное устройство, в котором свет преобразовывался в электричество. Феномен, описанный им, позже стал основой для многих последующих исследований в этой области. Альберт Эйнштейн также внёс вклад в изучение этой тематики, объяснив квантовомеханическую природу фотоэлектрического эффекта в начале 20-го века, за что был удостоен Нобелевской премии.
Прототип современных солнечных батарей был разработан итальянским ученым Джакомо Луиджи Чамичана. Последующие эксперименты в области полупроводников послужили основой для синтеза кремниевых солнечных батарей в 1954 году. Эффективность этих батарей уже составляла 4%, что стало значительным шагом вперед. Позднее компания Bell Telephone увеличила производительность до 15% благодаря усовершенствованию технологии производства солнечных ячеек.
Солнечные батареи в последующем начали устанавливать в различных населенных пунктах как независимый источник энергии для телефонии. Эта система успешно функционирует на протяжении многих лет. Кроме того, в космической сфере также активно используются солнечные батареи, которые устанавливаются на спутниках и других космических аппаратах, заменяя более традиционные источники энергии на более гибкие и эффективные солнечные панели.
Принцип работы солнечных батарей
Работа солнечной батареи может быть описана несколькими этапами:
- Поглощение фотонов солнечного света кремниевой поверхностью панели.
- Сразу же происходит взаимодействие между фотонами и атомами кремния. Это взаимодействие приводит к тому, что поверхностные электроны отскакивают от своих позиций и генерируют электрическое напряжение. Под действием этого разности потенциалов свободные электроны начинают движение, что и создает электрический ток. Поскольку солнечные батареи выступают в роли полупроводников, ток движется в одном направлении.
- Полученный ток преобразуется из переменного в постоянный. На этом этапе энергия накапливается в аккумуляторе и затем нацеливается на потребителя.
Фото: ozon.ru.
Для производства солнечных панелей используется кремнеземный песок, представляющий собой источник диоксида кремния. В процессе его переработки сырьё расплавляется при высоких температурах с добавлением различных химических веществ. В ходе этого процесса диоксид кремния очищается до уровня 99%, что является необходимым для создания работоспособной батареи. Учитывая, что процесс производства кремниевых панелей является затратным, в данный момент разрабатываются аналогичные солнечные батареи на основе других полимерных материалов. Эффективность таких прототипов может достигать впечатляющих 30%.
Солнечные панели бывают гибкими и жесткими, и эти два типа зависят от конструкции и особенностей применения. Гибкие элементы становятся все более популярными из-за простоты монтажа даже на вертикальных поверхностях, что позволяет встраивать их в архитектурные решения зданий, придавая им современные, высокотехнологичные черты.
Различают также фотоэлектрические слои по своему составу:
- Полимерные панели (выход 7%).
- Кадмиевые панели на основе соединений теллура-галлия, меди, селена и индия (выход до 15%).
- Кремниевые панели (выход: 7% в аморфных, 15% в монокристаллических и 13% в поликристаллических).
- Панели на основе арсенида галлия.
- Органические панели.
- Комбинированные панели.
На практике наиболее часто выбираются менее эффективные, но более экономичные кварцевые элементы, которые предоставляют оптимальные условия при минимальных расходах.
