Как устроены и работают солнечные батареи
Солнечная энергетика становится все более популярной во всем мире. Вместе с коллегами из специализированного портала Elektrik мы разбирались, как устроена солнечная батарея, из чего она состоит и куда отправляется получаемая энергия.
В наше время практически каждый может собрать и получить в свое распоряжение свой независимый источник электроэнергии на солнечных батареях (в научной литературе они называются фотоэлектрическими панелями).
Дорогостоящее оборудование со временем компенсируется возможностью получать бесплатную электроэнергию. Важно, что солнечные батареи – это экологически чистый источник энергии. За последние годы цены на фотоэлектрические панели упали в десятки раз и они продолжают снижаться, что говорит о больших перспективах при их использовании.
В классическом виде такой источник электроэнергии будет состоять из следующих частей: непосредственно, солнечной батареи (генератора постоянного тока), аккумулятора с устройством контроля заряда и инвертора, который преобразует постоянный ток в переменный.
Солнечные батареи состоят из набора солнечных элементов (фотоэлектрических преобразователей), которые непосредственно преобразуют солнечную энергию в электрическую.
Большинство солнечных элементов производят из кремния, который имеет довольно высокую стоимость. Этот факт определят высокую стоимость электрической энергии, которая получается при использовании солнечных батарей.
Распространены два вида фотоэлектрических преобразователей: сделанные из монокристаллического и поликристаллического кремния. Они отличаются технологией производства. Первые имеют кпд до 17,5%, а вторые – 15%.
Наиболее важным техническим параметром солнечной батареи, которая оказывает основное влияние на экономичность всей установки, является ее полезная мощность. Она определяется напряжением и выходным током. Эти параметры зависят от интенсивности солнечного света, попадающего на батарею.
Электродвижущая сила отдельных солнечных элементов не зависит от их площади и снижается при нагревании батареи солнцем, примерно на 0,4% на 1 гр. С. Выходной ток зависит от интенсивности солнечного излучения и размера солнечных элементов. Чем ярче солнечный свет, тем больший ток генерируется солнечными элементами. Зарядный ток и отдаваемая мощность в пасмурную погоду резко снижается. Это происходит за счет уменьшения отдаваемой батареей тока.
Если освещенная солнцем батарея замкнута на какую либо нагрузку с сопротивлением Rн, то в цепи появляется электрический ток I, величина которого определяется качеством фотоэлектрического преобразователя, интенсивностью освещения и сопротивлением нагрузки. Мощность Pн, которая выделяется в нагрузке определяется произведением Pн = IнUн, где Uн напряжение на зажимах батареи.
Наибольшая мощность выделяется в нагрузке при некотором оптимальном ее сопротивлении Rопт, которое соответствует наибольшему коэффициенту полезного действия (кпд) преобразования световой энергии в электрическую. Для каждого преобразователя имеется свое значение Rопт, которая зависит от качества, размера рабочей поверхности и степени освещенности.
Солнечная батарея состоит из отдельных солнечных элементов, которые соединяются последовательно и параллельно для того, чтобы увеличить выходные параметры (ток, напряжение и мощность). При последовательном соединении элементов увеличивается выходное напряжение, при параллельном – выходной ток.
Для того, чтобы увеличить и ток и напряжение комбинируют два этих способа соединения. Кроме того, при таком способе соединения выход из строя одного из солнечных элементов не приводит в выходу из строя всей цепочки, т.е. повышает надежность работы всей батареи.
Таким образом, солнечная батарея состоит из параллельно-последовательно соединенных солнечных элементов. Величина максимально возможного тока отдаваемого батареей прямо пропорциональна числу параллельно включенных, а электродвижущая сила — последовательно включенных солнечных элементов. Так, комбинируя типы соединения, собирают батарею с требуемыми параметрами.
Солнечные элементы батареи шунтируются диодами. Обычно их 4 – по одному, на каждую ¼ часть батареи. Диоды предохраняют от выхода из строя части батареи, которые по какой-то причине оказались затемненными, т. е. если в какой-то момент времени свет на них не попадает.
Батарея при этом временно генерирует на 25% меньшую выходную мощность, чем при нормальном освещении солнцем всей поверхности батареи.
При отсутствии диодов эти солнечные элементы будут перегреваться и выходить из строя, так как они на время затемнения превращаются в потребителей тока (аккумуляторы разряжаются через солнечные элементы), а при использовании диодов они шунтируются и ток через них не идет.
Получаемая электрическая энергия накапливается в аккумуляторах, а затем отдается в нагрузку. Аккумуляторы – химические источники тока. Заряд аккумулятора происходит тогда, когда к нему приложен потенциал, который больше напряжения аккумулятора.
Число последовательно и параллельно соединенных солнечных элементов должно быть таким, чтобы рабочее напряжение подводимое к аккумуляторам с учетом падения напряжения в зарядной цепи немного превышало напряжение аккумуляторов, а нагрузочный ток батареи обеспечивал требуемую величину зарядного тока.
Например, для зарядки свинцовой аккумуляторной батареи 12 В необходимо иметь солнечную батарею состоящую из 36 элементов.
При слабом солнечном свете заряд аккумуляторной батареи уменьшается и батарея отдает электрическую энергию электроприемнику, т.е. аккумуляторные батареи постоянно работают в режиме разряда и подзаряда.
Это процесс контролируется специальным контроллером. При циклическом заряде требуется постоянное напряжение или постоянный ток заряда.
При хорошей освещенности аккумуляторная батарея быстро заряжается до 90% своей номинальной емкости, а затем с меньшей скоростью заряда до полной емкости. Переключение на меньшую скорость заряда производится контроллером зарядного устройства.
Наиболее эффективно использование специальных аккумуляторов – гелевых (в батарее в качестве электролита применяется серная кислота) и свинцовыех батарей, которые сделанны по AGM-технологии. Этим батареям не нужны специальные условия для установки и не требуется обслуживание. Паспортный срок службы таких батарей – 10 — 12 лет при глубине разряда не более 20%. Аккумуляторные батареи никогда не должны разряжаться ниже этого значения, иначе их срок службы резко сокращается!
Аккумулятор подсоединяется к солнечной батарее через контроллер, который контролирует ее заряд. При заряде батареи на полную мощность к солнечной батареи подключается резистор, который поглощает избыточную мощность.
Для того чтобы преобразовать постоянное напряжение от аккумуляторной батареи в переменное напряжение, которой можно использовать для питания большинства электроприемников совместно с солнечной батарей можно использовать специальные устройства – инверторы.
Без использования инвертора от солнечной батареи можно питать электроприемники, работающие на постоянном напряжении, в т.ч. различную портативную технику, энергосберегающие источники света, например, те же светодиодные лампы.
Автор текста: Андрей Повный. Текст впервые опубликован на сайте Electrik.info. Перепечатано с согласия редакции.
Здесь вы узнаете:
Принцип работы солнечной батареи основан на фотоэлектрическом эффекте. Солнечный свет, попадая на кремниевый полупроводник, преобразуется в электрический ток. Затем он накапливается в аккумуляторах и используется для бытовых нужд.
Принцип работы солнечных батарей
Солнечные батареи считаются очень эффективным и экологически чистым источником электроэнергии. В последние десятилетия данная технология набирает популярность по всему миру, мотивируя многих людей переходить на дешевую возобновляемую энергию. Задача этого устройства заключается в преобразовании энергии световых лучей в электрический ток, который может использоваться для питания разнообразных бытовых и промышленных устройств.
Правительства многих стран выделяют колоссальные суммы бюджетных средств, спонсируя проекты, которые направлены на разработку солнечных электростанций. Некоторые города полностью используют электроэнергию, полученную от солнца. В России эти устройства часто используются для обеспечения электроэнергией загородных и частных домов в качестве отличной альтернативы услугам централизованного энергоснабжения. Стоит отметить, что принцип работы солнечных батарей для дома достаточно сложный. Далее рассмотрим подробнее, как работают солнечные батареи для дома подробно.
Как было сказано раньше, принцип работы заключается в эффекте полупроводников. Кремний является одним из самых эффективных полупроводников, из известных человечеству на данный момент.
При нагревании фотоэлемента (верхней кремниевой пластины блока преобразователя) электроны из атомов кремния высвобождаются, после чего их захватывают атомы нижней пластины. Согласно законам физики, электроны стремятся вернуться в свое первоначальное положение. Соответственно, с нижней пластины электроны двигаются по проводникам (соединительным проводам), отдавая свою энергию на зарядку аккумуляторов и возвращаясь в верхнюю пластину.
Эффективность фотоэлементов, созданных при помощи монокристаллического метода нанесения кремния, является существенно выше, поскольку в такой ситуации кристаллы кремния имеют меньше граней, что позволяет электронам двигаться прямолинейно.
Технические характеристики
Устройство солнечной батареи довольно простое, и состоит из нескольких компонентов:
- Непосредственно фотоэлементы / солнечная панель;
- Инвертор, преобразовывающий постоянный ток в переменный;
- Контроллер уровня заряда аккумулятора.
Аккумуляторы для солнечных батарей купить следует с учетом необходимых функций. Они накапливают и отдают электроэнергию. Запасание и расход происходит в течение всего дня, а ночью накопленный заряд только расходуется. Таким образом, происходит постоянное и непрерывное снабжение энергией.
Чрезмерная зарядка и разрядка батареи укорачивает ее эксплуатационный срок. Контроллер заряда солнечной батареи автоматически приостанавливают накопление энергии в аккумуляторе, когда он достиг максимальных параметров, и отключают нагрузку устройства при сильной разрядке.
(Tesla Powerwall — аккумулятор для солнечных панелей на 7 КВт — и домашняя зарядка для электромобилей)
Сетевой инвертор для солнечных батарей является самым важным элементом конструкции. Он преобразовывает полученную от солнечных лучей энергию в переменный ток различной мощности. Являясь синхронным преобразователем, он совмещает выходное напряжение электрического тока по частоте и фазе со стационарной сетью.
Фотоэлементы могут соединяться как последовательно, так и параллельно. Последний вариант увеличивает параметры мощности, напряжения и тока и позволяет устройству работать, даже если один элемент потеряет функциональность. Комбинированные модели изготовлены с использованием обеих схем. Эксплуатационный срок пластин около 25 лет.
Внутреннее устройство гелиобатареи
Постепенно солнечные батареи становятся все дешевле и эффективней. Сейчас они применяются для подзарядки аккумуляторов в уличных фонарях, смартфонах, электроавтомобилях, частных домах и на спутниках в космосе. Из них стали даже строить полноценные солнечные электростанции (СЭС) с большими объемами генерации.
Гелиобатарея состоит из множества фотоэлементов (фотоэлектрических преобразователей ФЭП), преобразующих энергию фотонов с солнца в электроэнергию
Каждая солнечная батарея устроена как блок из энного количества модулей, которые объединяют в себе последовательно соединенные полупроводниковые фотоэлементы. Чтобы понять принципы функционирования такой батареи, необходимо разобраться в работе этого конечного звена в устройстве гелиопанели, созданного на базе полупроводников.
Виды кристаллов фотоэлементов
Вариантов ФЭП из разных химических элементов существует огромное количество. Однако большая их часть – это разработки на начальных стадиях. В промышленных масштабах сейчас выпускаются пока что только панели из фотоэлементов на основе кремния.
Кремниевые полупроводники используются при изготовлении солнечных батарей из-за своей дешевизны, особо высоким КПД они похвастаться не могут
Обычный фотоэлемент в гелиопанели – это тонкая пластина из двух слоев кремния, каждый из которых имеет свои физические свойства. Это классический полупроводниковый p-n-переход с электронно-дырочными парами.
При попадании на ФЭП фотонов между этими слоями полупроводника из-за неоднородности кристалла образуется вентильная фото-ЭДС, в результате чего возникает разность потенциалов и ток электронов.
Кремниевые пластины фотоэлементов различаются по технологии изготовления на:
- Монокристаллические.
- Поликристаллические.
Первые имеют более высокий КПД, но и себестоимость их производства выше, нежели у вторых. Внешне один вариант от другого на солнечной панели можно различить по форме.
У монокристаллических ФЭП однородная структура, они выполняются в виде квадратов со срезанными углами. В отличие от них поликристаллические элементы имеют строго квадратную форму.
Поликристаллы получаются в результате постепенного охлаждения расплавленного кремния. Метод этот предельно прост, поэтому такие фотоэлементы и стоит недорого.
Но производительность в плане выработки электроэнергии из солнечных лучей у них редко превышает 15%. Связано это с “нечистотой” получаемых кремниевых пластин и внутренней их структурой. Здесь чем чище p-слой кремния, тем более высокий выходит КПД у ФЭП из него.
Чистота монокристаллов в этом отношении гораздо выше, нежели у поликристаллических аналогов. Их делают не из расплавленного, а из искусственно выращенного цельного кристалла кремния. Коэффициент фотоэлектрического преобразования у таких ФЭП уже достигает 20-22%.
В общий модуль отдельные фотоэлементы собираются на алюминиевой раме, а для защиты их сверху закрывают прочным стеклом, которое нисколько не препятствует солнечным лучам
Обращенный к солнцу верхний слой пластинки-фотоэлемента делается из того же кремния, но уже с добавлением фосфора. Именно последний будет источником избыточных электронов в системе p-n-перехода.
Принцип работы солнечной панели
При падении солнечных лучей на фотоэлемент в нем генерируются неравновесные электронно-дырочные пары. Избыточные электроны и «дырки» частично переносятся через p-n-переход из одного слоя полупроводника в другой.
В итоге во внешней цепи появляется напряжение. При этом на контакте p-слоя формируется положительный полюс источника тока, а на n-слоя – отрицательный.
Разность потенциалов (напряжение) между контактами фотоэлемента появляется из-за изменения числа «дырок» и электронов с разных сторон p-n-перехода в результате облучения n-слоя солнечными лучами
Подключенные к внешней нагрузке в виде аккумулятора фотоэлементы образуют с ним замкнутый круг. В результате солнечная панель работает, как своеобразное колесо, по которому вместе белки “бегают” электроны. А аккумуляторная батарея при этом постепенно набирает заряд.
Стандартные кремниевые фотоэлектрические преобразователи являются однопереходными элементами. Переток в них электронов происходит только через один p-n-переход с ограниченной по энергетике фотонов зоной этого перехода.
То есть каждый такой фотоэлемент способен генерировать электроэнергию только от узкого спектра солнечного излучения. Вся остальная энергия пропадает впустую. Поэтому-то и эффективность у ФЭП так низка.
Чтобы повысить КПД солнечных батарей, кремниевые полупроводниковые элементы для них в последнее время стали делать многопереходными (каскадными). В новых ФЭП переходов уже несколько. Причем каждый из них в этом каскаде рассчитан на свой спектр солнечных лучей.
Суммарная эффективность преобразования фотонов в электроток у таких фотоэлементов в итоге возрастает. Но и цена их значительно выше. Здесь либо простота изготовления с невысокой себестоимостью и низким КПД, либо более высокая отдача вкупе с высокой стоимостью.
Солнечная батарея может работать как летом, так и зимой (ей нужен свет, а не тепло) – чем меньше облачность и ярче светит солнце, тем больше гелиопанель сгенерирует электрического тока
При работе фотоэлемент и вся батарея постепенно греется. Вся та энергия, что не пошла на генерацию электротока, трансформируется в тепло. Часто температура на поверхности гелиопанели поднимается до 50–55 °С. Но чем она выше, тем менее эффективно работает фотогальванический элемент.
В итоге одна и та же модель солнечной батареи в жару генерирует тока меньше, нежели в мороз. Максимум КПД фотоэлементы показывают в ясный зимний день. Тут сказываются два фактора – много солнца и естественное охлаждение.
При этом если на панель будет падать снег, то электроэнергию она генерировать все равно продолжит. Более того, снежинки даже не успеют на ней особо полежать, растаяв от тепла нагретых фотоэлементов.
Виды солнечных батарей
В настоящее время солнечные батареи представлены несколькими вариантами в зависимости от типа их устройства, и от материала, из которого изготовлен фотоэлектрический слой.
I. Классификация по типу их устройства:
- 1. Гибкие;
- 2. Жёсткие.
II. В зависимости от материала, из которого изготовлен фотоэлектрический слой выделяют:
- Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из кремния. Они в свою очередь бывают монокристаллическими, поликристаллическими и аморфными. Монокристаллические панели достаточно дорогой вариант, но они отличаются высокой мощностью. Поликристаллические дешевле, чем монокристаллические панели. Такие панели медленней теряют свою эффективность с увеличением сроков службы, а так же при нагревании. Аморфные представлены в основном тонкопленочными панелями. Такое устройство солнечной батареи позволяет генерировать солнечный свет, даже в плохих погодных условиях;
- Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из теллурида кадмия;
- Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из селена;
- Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из полимерных материалов;
- Из органических соединений;
- Из арсенида галлия
- Из нескольких материалов одновременно.
Основные типы, которые получили распространение, это многопереходные кремниевые фотоэлементы.
Фотоэлементы, выполненные из кремния, отличаются высокой чувствительностью к нагреванию, компактностью, надежностью и высоким уровнем КПД (коэффициента полезного действия).
Другие материалы не получили широкого распространения в связи с большой стоимостью.
Сфера применения солнечной энергии
Есть три направления использования солнечной энергии:
- Экономия электроэнергии. Солнечные панели позволяют отказаться от централизованного электроснабжения или уменьшить его потребление, а также продавать излишки электричества электроснабжающей компании.
- Обеспечение электроэнергией объектов, подведение к которым линии электропередач невозможно или невыгодно экономически. Это может быть дача или охотничий домик, находящийся далеко от ЛЭП. Такие устройства используются также для питания светильников в отдаленных участках сада или автобусных остановках.
- Питание мобильных и переносных устройств. При походах, поездках на рыбалку и других подобных мероприятиях есть необходимость зарядки телефонов, фотоаппаратов и прочих гаджетов. Для этого также используются солнечные элементы.
Солнечные батареи удобно применять там, куда нельзя подвести электричество
Преимущества солнечных батарей
Солнечная энергия — это перспективное направление, которое постоянно развивается. Они имеют несколько основных достоинств. Удобство использования, долгий срок службы, безопасность и доступность.
Положительные стороны применение данной разновидности аккумуляторных батарей:
- Возобновляемость – этот источник энергии практически не имеет ограничений притом бесплатный. По крайней мере на ближайшие 6.5 миллиардов лет. Нужно подобрать оборудование, установить его и использовать по назначению (в частном доме или коттеджном участке).
- Обильность – Поверхность земли в среднем получает около 120 тысяч терравват энергии что в 20 раз превышает нынешнее энергопотребление. Солнечные батареи для коттеджей или частных домов имеют огромный потенциал для использования.
- Постоянство – солнечная энергия постоянна поэтому человечеству не грозит перерасход в процессе ее использования.
- Доступность – солнечная энергия может вырабатывать на любой территории, при наличии естественного света. При этом чаще всего она применяется для отопления жилища.
- Экологическая чистота – солнечная энергетика является перспективной отраслью, которая в будущем заменит электростанции, работающие на невозобновляемых ресурсах: газ, торф, уголь и нефть. Безопасны для здоровья людей и домашних животных.
Важно: Отдельно хочется подчеркнуть термоядерную энергию. Несмотря на то, что «мирный атом» позиционируется, как безопасный, при авариях на АЭС этот фактор полностью перечеркивается (Три-Лонг-Айленд, Чернобыль, Фукусима).
- При производстве панелей и монтаже солнечных электростанций в атмосферу не происходят значительные выбросы вредных или токсичных веществ.
- Бесшумность – выработка электроэнергии производится практически бесшумно, и поэтому этот вид электростанций лучше ветровых электростанций. Их работа сопровождается постоянным гулом из-за чего оборудование быстро выходит из строя, а сотрудники должны делать частые перерывы на отдых.
- Экономичность – при использовании солнечных батарей владельцы недвижимости ощущают значительное снижение коммунальных расходов на электроэнергию. Панели имеют долгий срок службы – производитель дает гарантию на панели от 20 до 25 лет. При этом обслуживание всей электростанции сводится к периодической (раз в 5-6 месяцев) очистке поверхностей панелей от грязи и пыли
Недостатки солнечных батарей
К сожалению, и этот практически неисчерпаемый источник энергии имеет определенные ограничения и недостатки:
- Высокая стоимость оборудования – автономная солнечная электростанция даже небольшой мощности доступна далеко не каждому. Оборудование частного дома такими аккумуляторами стоит недешево, но помогает снизить расходы на оплату коммунальных услуг (электроэнергии).
- Обустройство собственного жилища солнечными батареями потребует финансовых затрат.
- Периодичность генерации — солнечная электростанция не способна обеспечить полноценную бесперебойную электрификацию частного дома.
Важно: Проблему можно решить, установив аккумуляторы высокой емкости, однако из-за этого возрастет стоимость получения энергии, что сделает ее невыгодной по сравнению с традиционными энергоносителями.
- Хранения энергии – в солнечной электростанции аккумуляторная батарея является самым дорогим элементом (даже батареи небольшого объема и панели на гелевой основе).
- Низкий уровень загрязнения окружающей среды – солнечная энергия считается экологически чистой, однако производственный процесс батарей сопровождается выбросами трифторида азота, оксидов серы. Все это создает «парниковый эффект».
- Использование в производстве редкоземельных элементов – тонкопленочные солнечные панели имеют в своем составе теллурид кадмия (CdTe).
- Плотность мощности – это количество энергии, которое можно получить с 1 кв. метра энергоносителя. В среднем этот показатель составляет 150-170 Вт/м2. Это гораздо больше по сравнению с другими альтернативными источниками энергии. Однако несравнимо, ниже чем у традиционных (это касается атомной энергетики).
Отопление солнечной энергией домов
Принцип работы солнечной батареи для отопления дома кардинально отличает их от всех описанных выше приспособлений. Это совершенно другое устройство. Описание следует ниже.
Главной деталью отопительной системы, работающей на энергии солнца, является коллектор, принимающий его свет и преобразовывающий его в кинетическую энергию. Площадь этого элемента может варьироваться от 30 до 70 квадратных метров.
Для крепления коллектора используется специальная техника. Между собой пластины соединены металлическими контактами.
Следующим компонентом системы является накопительный бойлер. В нем происходит трансформация кинетической энергии в тепловую. Он участвует в нагревании воды, литраж которой может достигать 300 литров. Иногда такие системы поддерживаются дополнительными котлами на сухом топливе.
Завершают систему солнечного отопления настенные и напольные элементы, в которых по тонким медным трубам, распределенным по всей их площади, циркулирует нагретая жидкость. Благодаря низкой температуре запуска панелей и равномерности теплоотдачи, помещение прогревается достаточно быстро.
Как работает солнечное отопление
Давайте подробно рассмотрим принцип работы солнечных батарей от ультрафиолетового света.
Между температурой коллектора и накопительного элемента появляется разница. Носитель тепла, что чаще всего является водой, в которую добавлен антифриз, начинает циркулировать о системе. Совершаемая жидкостью работа является именно кинетической энергией.
По мере прохождения жидкости через слои системы кинетическая энергия преобразовывается в тепло, которое и используется для отопления дома. Этот процесс циркуляции носителя обеспечивает помещение теплом и позволяет сохранять его в любое время суток и года.
Итак, мы выяснили принцип работы солнечных батарей.
Человечество в целях заботы об экологии и экономии денежных средств начало использовать альтернативные источники энергии, к которым, в частности, принадлежат солнечные батареи. Покупка такого удовольствия обойдется довольно дорого, но не составляет сложности сделать данное устройство своими руками. Поэтому вам не помешает узнать, как самому сделать солнечную батарею. Об этом и пойдет речь в нашей статье.
Устройство и принципы работы
Солнечные батареи — устройства, генерирующие электроэнергию с помощью фотоэлементов.
Прежде чем говорить о том, как сделать солнечную батарею своими руками, необходимо понять устройство и принципы ее работы. Солнечная батарея включает в себя фотоэлементы, соединенные последовательно и параллельно, аккумулятор, накапливающий электроэнергию, инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный и контроллер, следящий за зарядкой и разрядкой аккумулятора.
Как правило, фотоэлементы изготавливают из кремния, но его очистка обходится дорого, поэтому в последнее время начали использовать такие элементы, как индий, медь, селен.
Каждый фотоэлемент является отдельной ячейкой, генерирующей электроэнергию. Ячейки сцеплены между собой и образуют единое поле, от площади которого зависит мощность батареи. То есть, чем больше фотоэлементов, тем больше электроэнергии генерируется.
Для того чтобы изготовить солнечную панель своими руками в домашних условиях, необходимо понимать сущность такого явления, как фотоэффект. Фотоэлемент – кремниевая пластинка, при попадании света на которую с последнего энергетического уровня атомов кремния выбивается электрон. Передвижение потока таких электронов вырабатывает постоянный ток, который впоследствии преобразуется в переменный. В этом и заключается явление фотоэффекта.
Преимущества
Солнечные батареи имеют следующие преимущества:
- безвредность для экологии;
- долговечность;
- бесшумная работа;
- легкость изготовления и монтажа;
- независимость поставки электричества от распределительной сети;
- неподвижность частей устройства;
- незначительные финансовые затраты;
- небольшой вес;
- работа без механических преобразователей.
Разновидности
Солнечные батареи подразделяются на следующие виды.
Кремниевые
Кремний — самый популярный материал для батарей.
Кремниевые батареи также делятся на:
- Монокристаллические: для производства таких батарей используется очень чистый кремний.
- Поликристаллические (дешевле монокристаллических): поликристаллы получают постепенным охлаждением кремния.
Пленочные
Такие батареи подразделяются на следующие виды:
- На основе теллурида кадмия (КПД 10%): кадмий обладает высоким коэффициентом светопоглощения, что и позволяет использовать его в производстве батарей.
- На основе селенида меди — индия: КПД выше, чем у предыдущих.
- Полимерные.
Солнечные батареи из полимеров начали изготавливать относительно недавно, обычно для этого используют фуреллены, полифенилен и др. Пленки из полимеров очень тонкие, порядка 100 нм. Несмотря на КПД 5%, батареи из полимеров имеют свои преимущества: дешевизна материала, экологичность, эластичность.
Аморфные
КПД аморфных батарей составляет 5%. Такие панели изготавливаются из силана (кремневодорода) по принципу пленочных батарей, поэтому их можно отнести, как к кремниевым, так и к пленочным. Аморфные батареи эластичны, генерируют электричество даже в непогоду, поглощают свет лучше других панелей.
Материалы
Для изготовления солнечной батареи потребуются следующие материалы:
- фотоячейки;
- алюминиевые уголки;
- диоды Шоттки;
- силиконовые герметики;
- проводники;
- крепежные винты и метизы;
- поликарбонатный лист/оргстекло;
- паяльное оборудование.
Эти материалы обязательны для того, чтобы сделать солнечную батарею своими руками.
Выбор фотоэлементов
Чтобы сделать солнечную батарею для дома своими руками, следует правильно подобрать фотоэлементы. Последние подразделяются на монокристаллические, поликристаллические и аморфные.
КПД первых составляет 13%, но такие фотоэлементы малоэффективны в непогоду, внешне представляют собой ярко-синие квадраты. Поликристаллические фотоэлементы способны генерировать электроэнергию даже в непогоду, хотя их КПД всего лишь 9%, внешне темнее монокристаллических и срезаны по краям. Аморфные фотоячейки изготавливаются из гибкого кремния, их КПД составляет 10%, работоспособность не зависит от погодных условий, но изготовление таких ячеек слишком затратное, поэтому их редко используют.
Если вы планируете применять генерируемую фотоэлементами электроэнергию на даче, то советуем собрать солнечную батарею своими руками из поликристаллических ячеек, так как их КПД достаточно для ваших целей.
Следует покупать фотоячейки одной марки, так как фотоэлементы нескольких марок могут сильно отличаться — это может стать причиной возникновения проблем со сборкой батареи и ее функционированием. Следует помнить, что количество производимой ячейкой энергии прямо пропорционально ее размеру, то есть чем крупнее фотоячейка, тем больше электроэнергии она производит; напряжение ячейки зависит от ее типа, а никак не от размера.
Количество производимого тока определяется габаритами самого маленького фотоэлемента, поэтому следует покупать фотоячейки одинакового размера. Конечно же, не стоит приобретать дешевую продукцию, ведь это значит, что она не прошла проверку. Также не следует покупать фотоэлементы, покрытые воском (многие производители покрывают фотоячейки воском для сохранности продукции при перевозке): при его удалении можно испортить фотоэлемент.
Расчеты и проект
Устройство солнечной панели своими руками — несложная задача, главное, подойти к ее выполнению ответственно. Чтобы изготовить солнечную панель своими руками, следует подсчитать дневное потребление электроэнергии, затем узнать среднесуточное солнечное время в вашей местности и рассчитать нужную мощность. Таким образом, станет понятно, сколько ячеек и какого размера нужно приобрести. Ведь как было сказано выше, генерируемый ячейкой ток зависит от ее габаритов.
Зная необходимый размер ячеек и их количество, нужно рассчитать габариты и вес панели, после чего необходимо выяснить выдержит ли кровля или другое место, куда планируется установка солнечной батареи, задумываемую конструкцию.
Устанавливая панель, следует не только выбрать самое солнечное место, но и постараться закрепить ее под прямым углом к солнечным лучам.
Этапы работы
Корпус
Прежде чем начать делать солнечную панель своими руками, необходимо соорудить для нее каркас. Он защищает батарею от повреждений, влаги и пыли.
Корпус собирается из влагостойкого материала: фанеры, покрытой влагоотталкивающим средством, или алюминиевых уголков, к которым силиконовым герметиком приклеивается оргстекло или поликарбонат.
При этом нужно соблюдать отступы между элементами (3-4 мм), так как необходимо учитывать расширение материала при повышении температуры.
Пайка элементов
Фотоэлементы выкладываются на лицевую сторону прозрачной поверхности, так, чтобы расстояние между ними со всех сторон было 5 мм: таким образом учитывается возможное расширение фотоячеек при повышении температуры.
Фиксируются преобразователи, имеющие два полюса: положительный и отрицательный. Если вы хотите увеличить напряжение, соединяйте элементы последовательно, если ток — параллельно.
Во избежание разрядки аккумулятора ночью, в единую цепь, состоящую из всех необходимых деталей, включают диод Шоттки, подсоединяя его к плюсовому проводнику. Затем все элементы спаивают между собой.
Сборка
В готовый каркас размещаются спаянные преобразователи, на фотоячейки наносится силикон — все это накрывается слоем из ДВП, закрывается крышкой, а места соединений деталей обрабатываются герметиком.
Даже городской житель может сделать и разместить солнечную батарею на балконе своими руками. Желательно, чтобы балкон был застеклен и утеплен.
Вот мы и разобрали, как сделать солнечную батарею в домашних условиях, оказалось, это совсем несложно.
Идеи из подручных материалов
Можно сделать солнечную батарею своими руками из подручных материалов. Рассмотрим самые популярные варианты.
Солнечная батарея из фольги
Многие удивятся, узнав, что фольгу можно применять для изготовления солнечной батареи своими руками. На самом деле, в этом нет ничего удивительного, ведь фольга увеличивает отражающие способности материалов. Например, для уменьшения перегрева панелей, их кладут на фольгу.
Как сделать солнечную батарею из фольги?
Нам понадобится:
- 2 «крокодильчика»;
- медная фольга;
- мультиметр;
- соль;
- пустая пластиковая бутылка без горлышка;
- электрическая печь;
- дрель.
Очистив медный лист и вымыв руки, отрезаем кусок фольги, кладем его на раскаленную электроплиту, нагреваем полчаса, наблюдая почернение, затем убираем фольгу с плиты, даем остыть и видим, как от листа отслаиваются куски. После нагревания оксидная пленка пропадает, поэтому черный оксид можно аккуратно удалить водой.
Затем вырезается второй кусок фольги такого же размера, как и первый, две части сгибаются, опускаются в бутылку так, чтобы у них не было возможности соприкоснуться.
Далее «крокодильчики» прицепляются к панели, провод от ненагретой фольги — к плюсу, от нагретой — к минусу, соль растворяют в воде и выливают раствор в бутылку. Батарея готова.
Также фольгу можно применять для подогрева. Для этого ее необходимо натянуть на раму, к которой затем нужно подсоединить шланги, подведенные, например, к лейке с водой.
Вот мы и узнали, как самому сделать солнечную батарею для дома из фольги.
Солнечная батарея из транзисторов
У многих дома завалялись старые транзисторы, но не все знают, что они вполне подойдут для изготовления солнечной батареи для дачи своими руками. Фотоэлементом в таком случае является полупроводниковая пластина, находящаяся внутри транзистора. Как же изготовить солнечную батарею из транзисторов своими руками? Сначала необходимо вскрыть транзистор, для чего достаточно срезать крышку, так мы сможем разглядеть пластину: она небольших размеров, чем и объясняется низкий КПД солнечных батарей из транзисторов.
Далее нужно проверить транзистор. Для этого используем мультиметр: подключаем прибор к транзистору с хорошо освещенным p-n переходом и замеряем ток, мультиметр должен зафиксировать ток от нескольких долей миллиампера до 1 или чуть больше; далее переключаем прибор в режим измерения напряжения, мультиметр должен выдать десятые доли вольта.
Прошедшие проверку транзисторы размещаем внутри корпуса, например, листового пластика и спаиваем. Можно изготовить такую солнечную батарею своими руками в домашних условиях и использовать ее для зарядки аккумуляторов и радиоприемников маленькой мощности.
Солнечная батарея из диодов
Также подходят для сборки батарей старые диоды. Сделать солнечную батарею своими руками из диодов совсем несложно. Нужно вскрыть диод, оголив кристалл, являющийся фотоэлементом, затем нагревать диод 20 секунд на газовой плите, и, когда припой расплавится, извлечь кристалл. Остается припаять вытащенные кристаллы к корпусу.
Мощность таких батарей невелика, но для электропитания небольших светодиодов ее достаточно.
Солнечная батарея из пивных банок
Такой вариант изготовления солнечной батареи своими руками из подручных средств большинству покажется очень странным, но сделать солнечную батарею своими руками из пивных банок просто и дешево.
Корпус сделаем из фанеры, на которую поместим поликарбонат или оргстекло, на задней поверхности фанеры зафиксируем пенопласт или стекловату для изоляции. Фотоэлементами нам послужат алюминиевые банки. Важно выбрать именно банки из алюминия, так как алюминий менее подвержен коррозии, чем, например, железо и обладает лучшим теплообменом.
Далее в нижней части банок проделываются отверстия, крышка срезается, и ненужные элементы загибаются для обеспечения лучшей циркуляции воздуха. Затем необходимо очистить банки от жира и грязи с помощью специальных средств, не содержащих кислоты. Далее необходимо герметично скрепить банки между собой: силиконовым гелем, выдерживающим высокие температуры, или паяльником. Обязательно нужно очень хорошо просушить склеенные банки в неподвижном положении.
Прикрепив банки к корпусу, окрашиваем их в черный цвет и закрываем конструкцию оргстеклом или поликарбонатом. Такая батарея способна нагревать воду или воздух с последующей подачей в помещение.
Мы рассмотрели варианты того, как сделать солнечную панель своими руками. Надеемся, что теперь у вас не возникнет вопроса, как сделать солнечную батарею.
Видео
Как сделать солнечные батареи своими руками – видео урок.
Принцип работы и устройства солнечной батареи.
В этой статье мы расскажем как устроена и принцип работы солнечной батареи.
Современная солнечная батарея представляет собой соединение фотоэлементов, которое может преобразовывать солнечное электромагнитное излучение в электрическую энергию. Ее основными составляющими являются фотоэлементы, от количества которых зависит вырабатываемое напряжение и сила тока. Устройство солнечной батареи основано на явлении внутреннего фотоэлектрического эффекта, которое впервые было открыто ученым Эдмондом Беккерелем еще в 1839 году. В 1873 году другой ученый Уиллоуби Смит заметил такой эффект во время облучения солнечным светом пластины селена. Наибольшее распространение солнечные батареи получили, начиная с середины двадцатого века.
Виды солнечных батарей и их предназначение
В настоящее время используется несколько разновидностей солнечных батарей. Все они отличаются длительным сроком эксплуатации, который зачастую превышает 30 лет. Это достигается за счет отсутствия в конструкции механических компонентов и расходных частей.
Наибольшее распространение сегодня получили три вида фотоэлементов:
- Монокристаллические;
- Поликристаллические;
- Тонкопленочные;
- Аморфные.
Самым распространенным видом являются поликристаллические панели, которые отличаются оптимальным соотношением цены и эффективности. В большинстве случаев их КПД достигает 12-13 %. Эти батареи отличаются кристаллической структурой и синим цветом. Монокристаллические солнечные панели являются более эффективными, так как их КПД достигает 15-16%. Однако, с учетом стоимости одного ватта мощности, их использовании обходиться дороже.
Монокристаллические и поликристаллические батареи имеют схожие функции:
- освещение жилых домов, хозяйств, тепличных комплексов;
- освещение садовой, парковой зоны, улиц;
- обеспечение электроэнергией медицинские и телекоммуникационные приборы;
- энергоснабжение систем подачи и очистки воды;
- подзарядка ноутбуков, мобильных телефонов.
Тонкопленочные обладают самым низким КПД, который не превышает 12%. В то же время, за счет низкой цены фотоэлементов, которые входят в конструкцию, один ватт мощности электроэнергии здесь обходиться дешевле, чем в остальных батареях. К тому же, тонкопленочные панели занимают в 2-3 раза большую площадь, чем моно- и поликристаллические. Поэтому, их лучше использовать для питания крупных систем мощностью более 10 кВт. Интересное: Солнечные батареи на 5 кВт.
Из какого материала изготавливаются солнечные батареи.
Наиболее распространенным материалом для изготовления солнечных панелей является кристаллический кремний. Монокристаллический кремний изготавливается по методу Чохральского или тигельным способом. Более простым для изготовления считается поликристаллический кремний, который по структуре представляет собой совокупность кристаллов. Также в качестве материала для изготовления фотоэлементов может использоваться ленточный кремний. Для его производства два тонких слоя кремния накладываются друг на друга. Он более дешевый в изготовлении, но и менее эффективный.
Основные элементы солнечной батареи
Современное устройство солнечной батареи предусматривает обязательное наличие прочного корпуса, в котором будут размещаться фотоэлементы. Это связано с хрупкостью панелей. Корпус представляет собой коробку небольшого размера с небольшими боковыми ребрами. При этом, ребра не должны мешать солнечному свету попадать на выходы элементов. Размер коробки определяется количеством солнечных элементов. Следующим элементом конструкции является подложка, которая располагается в корпусе прямо на панели. Перед установкой подложки корпус нужно обработать специальными красками, которые имеют стойкость к микроорганизмам и влаге. Кроме того, в корпусе должны быть вентиляционные отверстия, за счет которых будет поддерживаться определенная температура и выводиться газы, которые выделяются при работе батареи в незначительном количестве.
Технология изготовления
Вначале следует спаять фотоэлементы между собой. Если вы купили элементы с металлическими выступами, то тогда можно просто спаять ушки батарей между собой. Делать это нужно очень внимательно и аккуратно. После пайки соединенные компоненты необходимо приклеить к подложке в верхней части панели. Это лучше сделать при помощи специального силиконового клея, который никак не препятствует проникновению солнечных лучей. Кроме того, он способствует нормальному теплообмену. Однако, не переусердствуйте с клеем, так как это может привести к повреждению батарей. Клеить нужно только центр клеток. Далее все элементы нужно соединить с проводом, который подается в одной из заранее предусмотренных вентиляционных отверстий. Для закрепления провода к солнечным элементам лучше использовать силиконовую замазку. Интересное: Солнечная панель своими руками.
На следующем этапе поверх панелей устанавливается оргстекло. Однако, до этого следует подключить диод Шоттки от чувствительных теплопроводящих компонентов. Этот диод послужит блокирующим устройством, которое защитит фотоэлементы при перепадах напряжения. Кроме того, диод Шоттки будет отключать питание системы при маленькой мощности электросети. Так аккумуляторы, заряжаемые от солнца, не будут разряжаться при прекращении питания. Когда диод будет подключен, можно ставить оргстекло и закреплять его винтами. Технология изготовления солнечных панелей является достаточно простой и понятной. Единственное, важно правильно соблюдать последовательность соединения, иначе вся система не будет работать.
Как работает солнечная батарея.
Принцип работы солнечной батареи основан на наличии полупроводника в виде двух пластин, соединенных друг с другом. Каждая пластина изготавливается из кремния с использованием дополнительных примесей. Благодаря этому пластины обладают своими уникальными свойствами. Первая из них имеет избыток валентных электронов, а вторая имеет недостаток этих электронов. Эти полупроводники получили название n и p. Если эти полупроводники соединить в единое целое, то можно получить PN-переход в месте контакта между ними. В то время, когда на батарею попадают прямые солнечные лучи, на обеих сторонах этого перехода начинают накапливаться положительные и отрицательные плавающие нагрузки. В результате генерируется напряжение и возникает магнитное поле. Если подсоединить к такому элементу провод, по нему потечет электричество.
Как подключить солнечную батарею.
Как только вы изготовите солнечную панель, можно начинать заниматься ее подключением. Можно не подключать ее напрямую к сети, чтобы избежать потерь электроэнергии. То есть, желательно установить автономную систему с аккумуляторами. Они будут заряжаться от солнечных батарей каждый день и быстро разряжаться. При этом, глубина разрядки может быть довольно существенной. Поэтому, аккумуляторы могут быстро выйти из строя. Для того, чтобы этого не произошло, лучше оставить подключение к сети через гибридный батарейный инвертор. Это устройство будет отдавать фотоэлементам приоритет при распределении нагрузки. Инвертор не будет отдавать излишки электроэнергии в сеть, а будет передавать ее на аккумуляторы. Такой вариант является одним из наиболее оптимальных. Эта система состоит из гибридного инвертора, контроллера заряда солнечных панелей и аккумуляторов. Такой механизм сможет работать не только как основная, но и как резервная система электропитания.
О том, что с помощью солнечных батарей можно получать энергию и использовать ее в бытовых нуждах, известно не каждому. Такой способ получения электроэнергии не является особо распространенным, но с каждым годом набирает популярность. При наличии большого солнечного массива можно обеспечить током не только частный дом, но и промышленный объект. Принцип работы солнечной батареи довольно прост, поэтому нет никаких преград, чтобы воспользоваться такой возможностью получения экологичной энергии для личных целей.
Содержание статьи
Что такое солнечная батарея
Солнечными батареями можно обеспечить полное функционирование дома или другого объекта без привлечения дополнительного источника электроэнергии. Они считаются не только экологически чистыми, но и самыми эффективными при выработке энергии. Суть данного устройства заключается в специальных модулях-фотоэлементах, которые захватывают солнечную энергию и при помощи полупроводниковых устройств преобразовывают ее в ток.
Одна батарея содержит 36 элементов и представлена в виде прямоугольника размером с шифер. Есть, конечно, и другие вариации, но такой пример является наиболее популярным. Все модули покрываются пленкой или стеклом и между собой соединены, благодаря чему через эти дорожки ток поступает в инвертор, который на выходе дает нам привычную электроэнергию, которую можно использовать в любых целях.
Устройство батареи
Сегодня нет проблем, чтобы выбрать солнечную батарею. Товары в ассортименте отличаются устройством модуля, способом его работы и технологией производства.
Панели с кремниевыми фотоэлементами
Согласно названию, для таких панелей используется кремний, а если быть точнее, они изготавливаются на основе амфорного кремния. Этот вид модулей относится к тонкопленочным солнечным батареям. Это очень прочный и надежный материал, который может прослужить более 25 лет. Такой вид кремния образуется под раскаленным паром, благодаря чему кристаллам можно придать разную форму и размер. Однако процесс производства достаточно сложный, что не может не сказываться на цене изделия.
Батареи с кремниевым покрытием существуют в двух вариантах:
Монокристаллические
Относятся к дорогостоящим солнечным батареям, так как изготавливаются по особому принципу выращивания кристаллов, на что уходит много времени и сил. Монокристаллические панели представляют собой решетки из множества квадратов с немного подрезанными углами. Такие солнечные модули отличаются не только высоким качеством, но и максимальной производительностью. Они работают даже при сильно низкой температуре, занимают мало места и при этом их КПД не снижается. Владельцы кремниевых монокристаллических солнечных батарей отмечают длительность их использования – до 30 лет.
Поликристаллические
Главное отличие поликристаллических заключается в том, что они производятся с применением дешевого сырья, чаще всего это продукты переработки монокристаллических панелей. Для них не нужно выращивать кристаллы и сама технология более упрощенная. Но несмотря на это, они неплохо проявили себя в работе и могут использоваться даже при критически высоких и низких температурах.
Практически в 80% солнечных батарей установлены модули именно с кремниевыми пластинами.
Тонкопленочные панели
Суть тонкопленочных панелей заключается в особом производстве, где полупроводники наносятся непосредственно на пленку. В качестве полупроводников выступает сплавы меди-индия, теллурида кадмия и селенида. Они существенно отличаются от обычных солнечных батарей наличием панели-пленки, их можно скручивать и тем самым использовать на любой местности. Некоторые клеят их на внешнюю сторону окна, тем самым защищая дом от солнечных лучей и при этом получая небольшую порцию энергии. Ключевое слово здесь – небольшую. Тонкопленочные полупрозрачные панели отличаются низким КПД, то есть обеспечить электричеством весь дом не смогут даже при масштабном использовании. Из дополнительных преимуществ можно выделить маленький вес, простой способ монтажа и невысокую цену.
Концентраторные модули
Концентраторные солнечные батареи считаются самыми эффективными и наряду с этим самыми дорогими. У них наивысший процент фотоэлектрического преобразования, а все потому, что они состоят из многослойной структуры, которая отличается составом полупроводников. Самой успешной по действию признана трехслойная структура. Принципы работы ее в поглощении солнечного излучения по всей длине волн и во всем диапазоне. Подобного эффекта не имеют никакие другие солнечные батареи. Но они сложны в производстве и дороги, поэтому не особо популярны.
Покупка дорогих концентраторных модулей оправдана только для регионов с высокой солнечной радиацией, которая наблюдается на протяжении всего года.
Органические батареи
В батареи органического типа включены элементы, которые состоят из органических полимеров, отсюда и такое название. Это гибкая батарея, которая производится в любых размерах и печатается на пластике с помощью принтера. Суть технологии напрямую сказывается на производительности панели. Процент КПД у них достаточно низкий, зато они отличаются низкой ценой и экологической функцией. Они могут быть выполнены в любой удобной форме и размере, при этом с полным сохранением желаемой текстуры пластика. Некоторые такой вариант используют и как декор частного дома, и как подпитку электроэнергией.
Принцип работы солнечных панелей
Принцип работы
Теперь подробнее о работе солнечной батареи. Она состоит из двух пластин, изготовленных из кремния и покрытых с одной стороны бором, а с другой фосфором. Там, где батарея покрыта бором, частицы отсутствуют. Под действием солнечного света в пластине с фосфором появляются свободные электроны, которые начинаются перемещаться и создавать энергию. Чем больше солнечная радиация, тем больше энергии вырабатывается. Наибольшая эффективность зафиксирована при перпендикулярном попадании лучей.
Существенно снижают эффективность работы солнечных батарей не только пасмурные дни, но и пыль с грязью. Фотоэлементы не смогут вырабатывать заявленное количество свободных частиц, если пленка будет загрязненной.
Важным моментом является отведение заряженных частиц по назначению. Данная миссия возложена на тонкие жилы из меди, которые выступают своего рода соединяющим элементом. По этим медным путям энергия попадает в подсоединенный аккумулятор. Он собирает достаточное количество энергии и направляет его в инвертор, где постоянный ток от солнечного света преобразовывается в переменный с нужным напряжением для обеспечения бытовых потребностей (220В). С помощью одной пластины можно питать лампочку, но для поддержания всего дома потребуется купить не одну солнечную батарею с высокой мощностью.
Схема электропитания дома от солнца
Если вы хотите пользоваться солнечными батареями для обеспечения своего дома экологичным видом электроэнергии, то вы должны знать, как работает система и что от вас потребуется. Итак, схема электропитания включает в себя следующий набор обязательных устройств:
Суть солнечных батарей мы уже определили, а вот зачем нужно остальное оборудование? Аккумулятор позволяет собирать необходимое количество энергии и сохранять ее с целью использования в темное время суток или в пасмурные дни, когда солнечной радиации недостаточно для удовлетворения электрических потребностей. Контроллер не является обязательной частью, но с его помощью можно обезопасить батарею и аккумулятор от перепадов напряжения, а также полного разряжения. Такое решение позволяет сохранить срок службы солнечной системы.
Осталось разораться с инвертором. Без него вы не сможете использовать полученную энергию от солнца по назначению. Инвертор позволяет преобразовать постоянный солнечный ток в переменный с повышенным показателем напряжения сети. То есть, так как батареи выпускаются мощностью 12В, 24В и 48В, то инвертор путем трансформации «перерабатывает» его в привычные 220В. Лучше всего отдавать предпочтение трехфазным синусоидным инверторам. Они отличаются высокой надежностью и работой даже при самых низких температурах.
Принцип работы и устройство солнечной батареи
Одним из источников энергии является солнечная батарея, генерирующая альтернативную энергию Солнца. Она появилась сравнительно недавно, но уже успела обрести популярность в странах Евросоюза, за счет высокой эффективности и приемлемой стоимости.
Солнечная батарея является почти неисчерпаемым источником энергии, способным накапливать и преобразовывать световые лучи в энергию и электричество. В странах СНГ новый источник энергии постепенно только набирает популярность. (Кстати, статью о том, как выбрать солнечную батарею, Вы можете прочитать здесь.)
Компоненты
Само устройство и принцип работы энергоисточника можно называть простым. Оно состоит всего из двух частей:
- основного корпуса;
- преобразовательных блоков.
В большинстве случаев корпус делают из пластика. Он похож на обыкновенную плитку, к которой прикреплены преобразовательные блоки.
Преобразовательным блоком является кремниевая пластинка. Она может изготавливаться двумя способами:
- поликристаллическим;
- монокристаллическим.
Поликристаллический способ является менее затратным, а монокристаллический считается наиболее эффективным.
Все остальные дополнительные части (например, контроллеры и инверторы), гаджеты и микросхемы присоединяют только для увеличения работоспособности и функционирования источника энергии. Без них солнечная батарея также сможет работать.
Имейте в виду: для того чтобы данный источник начал функционировать нужно правильно и аккуратно подключить все преобразовательные блоки.
С расчётом мощности солнечных батарей может помочь данная статья: https://teplo.guru/eko/solnechnyie-batarei-kpd.html
Существует два вида их подключения:
- последовательное;
- параллельное.
Разница лишь в том, что в параллельном соединении происходит увеличение силы тока, а при последовательном увеличивается напряжение.
Если есть необходимость в максимальной работе сразу двух параметров, то используется параллельно-последовательное.
Но стоит учитывать, что высокие нагрузки могут способствовать тому, что некоторые контакты могут перегореть. Для предотвращения этого используют диоды.
Один диод способен защитить одну четвертую часть фотоэлемента. Если их нет в устройстве, то есть большая вероятность, что весь источник энергии прекратит своё функционирование после первого же дождя или урагана.
Важный момент: ни накопление, ни сила тока совершенно не соответствуют возможным параметрам современной бытовой техники, поэтому приходится перераспределять и накапливать электроэнергию.
Для этого рекомендуется дополнительно подключать минимум два аккумулятора. Один будет являться накопительным, а второй запасным или резервным.
Приведем пример работы дополнительных аккумуляторов. Когда на улице хорошая и солнечная погода, то заряд идет быстро и через малое количество времени появляется уже лишняя энергия.
Поэтому весь этот процесс контролирует специальный реостат, который способен в определенный момент перевести всю ненужную электроэнергию в дополнительные резервы.
Познакомиться с отзывами владельцев солнечных батарей можно в данной статье: https://teplo.guru/eko/solnechnyie-batarei-dlya-doma-otzyivy.html
Принцип работы
В чем же заключается принцип работы альтернативного источника энергии?
Во-первых, фотоэлементы являются кремниевыми пластинами. В свою очередь, кремний по своему химическому составу имеет максимальную схожесть с чистым силицием. Именно этот нюанс дал возможность понизить стоимость солнечной батареи и запустить ее уже на конвейер.
Кремний в обязательном порядке кристаллизуют, так как сам по себе он является полупроводником. Монокристаллы изготавливаются намного проще, но при этом не имеют много граней, за счет чего электроны имеют возможность двигаться прямолинейно.
Важно знать, что добавлением фосфора или мышьяка повышается электропроводность. Также, одним из важных свойств силиция является невидимость для инфракрасного излучения.
Благодаря этому элементу, преобразовательные блоки поглощают только полезные части солнечного спектра.
Последовательность действий солнечной батареи:
Принцип работы солнечной батареи. (Для увеличения нажмите)Энергия солнца попадает на пластины.
- Пластины нагреваются и освобождают электроны.
- Электроны активно двигаются по проводникам.
- Проводники дают заряд аккумуляторам.
Вот мы и выяснили, из чего состоят солнечные батареи и каков их принцип действия.
Подробнее узнать об основных видах солнечных панелей можно здесь: https://teplo.guru/eko/vidyi-solnechnyih-paneley.html
В заключение хотелось бы добавить, что такую альтернативу можно сделать дома самостоятельно, при наличии всех необходимых частей.
Смотрите видео, в котором в легкой и познавательной форме объясняется принцип работы солнечных батарей:
Принцип работы солнечной батареи и ее устройство
Относительно недавно считалась фантастической сама идея обеспечивать частные дома электричеством автономно. Сегодня это объективная реальность. В Европе солнечные батареи используются уже продолжительное время, ведь это практически неисчерпаемый источник дешевой энергии. У нас получение электричества от таких устройств только обретает популярность. Данный процесс происходит не слишком быстро, и виной тому – высокая стоимость их.
Принцип работы солнечной батареи основан на том, что в двух кремниевых пластинах, покрытых разными веществами (бором и фосфором), под действием солнечного света возникает электрический ток. В пластине, которая покрыта фосфором, появляются свободные электроны.
Отсутствующие частицы образуются в тех пластинах, которые покрыты бором. Электроны начинают двигаться под действием света солнца. Так образуется электрический ток в солнечных батареях. Тонкие жилы из меди, которыми покрыта каждая батарея, отводят от нее ток и направляют по назначению.С помощью одной пластины можно питать энергией небольшую лампочку. Вывод напрашивается сам собой. Для того, чтобы солнечные батареи обеспечивали дом электричеством достаточной мощности, нужно чтобы их площадь была довольно большой.
Кремниевые механизмы
Итак, принцип работы солнечной батареи понятен. Ток вырабатывается при воздействии ультрафиолетового света на специальные пластины. Если в качестве материала для создания таких пластин используется кремний, то батареи называются кремниевыми (или кремневодородными).
Подобные пластины требуют очень сложных систем производства. Это, в свою очередь, сильно влияет на стоимость изделий.
Кремниевые солнечные батареи бывают разных типов.
Монокристаллические преобразователи
Представляют собой панели со скошенными углами. Их цвет всегда чисто черный.
Если говорить о монокристаллических преобразователях, то принцип работы солнечной батареи кратко можно охарактеризовать как средне эффективный. Все ячейки светочувствительных элементов такой батареи направлены в одну сторону.
Это позволяет получить самый высокий результат среди подобных систем. КПД батарей этого типа достигает 25%.Минусом является то, что такие панели должны быть всегда обращены лицевой стороной к солнцу.
Если солнце прячется за тучами, опускается к горизонту, или еще не успело взойти, то батареи будут вырабатывать ток довольно слабой мощности.
Поликристаллические
Пластины этих механизмов всегда квадратные, темно-синего цвета. В состав их поверхности включены неоднородные кристаллы кремния.
КПД поликристаллических батарей не настолько высок, как у монокристаллических моделей. Он может достигать 18%. Однако этот недостаток компенсируется достоинствами, о которых будет сказано ниже.
Принцип работы солнечной батареи этого типа позволяет изготавливать их не только из чистого кремния, но также из вторичных материалов. Этим объясняются некоторые дефекты, встречающиеся в оборудовании. Отличительной особенностью механизмов данного типа является то, что они могут достаточно эффективно вырабатывать электрический ток даже при пасмурной погоде. Такое полезное качество делает их незаменимыми в местах, где рассеянный солнечный свет является обычным повседневным явлением.
Аморфные панели из кремния
Аморфные панели дешевле остальных, это обуславливает принцип работы солнечной батареи и ее устройство. Каждая панель состоит из нескольких тончайших слоев кремния. Их изготавливают путем напыления частиц материала в вакууме на фольгу, стекло или пластмассу.
КПД панелей значительно меньше, чем у предыдущих моделей. Он достигает 6%. Кремниевые слои довольно быстро выгорают на солнце. Уже через полгода использования этих батарей их эффективность упадет на 15%, а иногда и на все 20.
Два года работы полностью исчерпают ресурс действующих веществ, и панель нужно будет менять.
Но есть два плюса, из-за которых эти батареи все же покупают. Во-первых, они работают даже в пасмурную погоду. Во-вторых, как уже говорилось, они не такие дорогие, как другие варианты.
Фотопреобразователи гибридного типа
Аморфный кремний является основой для расположения микрокристаллов. Принцип работы солнечной батареи делает ее похожей на поликристаллическую панель. Отличие батарей такого типа состоит в том, что они способны вырабатывать электрический ток большей мощности в условиях рассеянного солнечного света, например, в пасмурный день или на рассвете.
Кроме того, батареи работают под воздействием не только солнечного света, но и в инфракрасном спектре.
Полимерные пленочные солнечные преобразователи
У этой альтернативы панелям из кремния есть все шансы занять лидирующее положение на рынке солнечных батарей. Они напоминают пленку, состоящую из нескольких слоев. Среди них можно выделить сетку алюминиевых проводников, полимерный слой активного вещества, подложка из органики и защитной пленки.
Такие фотоэлементы, объединенные друг с другом, образуют пленочную солнечную батарею рулонного типа. Эти панели легче и компактнее кремниевых. При их изготовлении не используется дорогостоящий кремний, и сам процесс производства не такой затратный. Это делает рулонную панель дешевле всех прочих.
Принцип работы солнечной батареи делает их КПД не слишком высоким.
Он достигает 7%.
Процесс изготовления панелей этого типа сводится к многослойному печатанию на пленку фотоэлемента. Производство налажено в Дании.
Еще одним преимуществом является возможность резать рулонную батарею и подгонять ее под любой размер и форму.
Минус лишь один. Батареи только начали производить, поэтому еще довольно непросто ими обзавестись.
Но есть повод полагать, что эти элементы быстро обретут заслуженную хорошую репутацию среди потребителей, что даст изготовителям возможность наладить производство в более крупных масштабах.Отопление солнечной энергией домов
Принцип работы солнечной батареи для отопления дома кардинально отличает их от всех описанных выше приспособлений. Это совершенно другое устройство. Описание следует ниже.
Главной деталью отопительной системы, работающей на энергии солнца, является коллектор, принимающий его свет и преобразовывающий его в кинетическую энергию. Площадь этого элемента может варьироваться от 30 до 70 квадратных метров.
Для крепления коллектора используется специальная техника. Между собой пластины соединены металлическими контактами.
Следующим компонентом системы является накопительный бойлер. В нем происходит трансформация кинетической энергии в тепловую. Он участвует в нагревании воды, литраж которой может достигать 300 литров. Иногда такие системы поддерживаются дополнительными котлами на сухом топливе.
Завершают систему солнечного отопления настенные и напольные элементы, в которых по тонким медным трубам, распределенным по всей их площади, циркулирует нагретая жидкость. Благодаря низкой температуре запуска панелей и равномерности теплоотдачи, помещение прогревается достаточно быстро.
Как работает солнечное отопление?
Давайте подробно рассмотрим принцип работы солнечных батарей от ультрафиолетового света.
Между температурой коллектора и накопительного элемента появляется разница. Носитель тепла, что чаще всего является водой, в которую добавлен антифриз, начинает циркулировать о системе. Совершаемая жидкостью работа является именно кинетической энергией.
По мере прохождения жидкости через слои системы кинетическая энергия преобразовывается в тепло, которое и используется для отопления дома. Этот процесс циркуляции носителя обеспечивает помещение теплом и позволяет сохранять его в любое время суток и года.
Итак, мы выяснили принцип работы солнечных батарей.
Как солнечная энергия хранится в 2019 году?
Последнее обновление 15.07.2020
Панели солнечных батарейстали одним из самых быстрорастущих источников энергии в Соединенных Штатах. По данным Ассоциации солнечной энергетики, ожидается, что к 2023 году рынок солнечной энергии увеличится вдвое, и к тому времени станет рынком стоимостью 4,5 миллиарда долларов.
Популярность солнечной энергии привела к появлению еще одной возобновляемой технологии: солнечные батареи, которые могут хранить дополнительную солнечную энергию для последующего использования.Такие компании, как Tesla, разрабатывают батареи, которые могут быть установлены с солнечными батареями для создания систем «солнечной батареи плюс» для вашего дома. Читайте дальше, чтобы узнать больше о бытовых солнечных батареях и выяснить, стоит ли вам задуматься об установке системы солнечной батареи плюс для вашего дома.
Solar plus: солнечные батареи для дома объяснили
Чтобы понять, почему вы решили установить солнечную систему хранения для вашего дома, вам сначала нужно понять, как функционирует стандартная домашняя солнечная фотоэлектрическая система.
Типичная система солнечной энергии включает в себя солнечные панели, инвертор, оборудование для крепления панелей на крыше и систему мониторинга производительности, которая отслеживает производство электроэнергии. Солнечные панели собирают энергию от солнца и превращают ее в электричество, которое передается через инвертор и преобразуется в форму, которую вы можете использовать для питания своего дома.
Подавляющее большинство жилых систем солнечной энергии подключено к электросети (или «связано»). Когда ваши панели вырабатывают больше электроэнергии, чем нужно вашему дому, излишки возвращаются обратно в электросеть.И наоборот, когда ваш дом нуждается в большем количестве электроэнергии, чем ваши солнечные панели, вы можете получать энергию из электрической сети.
В большинстве случаев вы получаете кредит на счет за коммунальные услуги за электроэнергию, которую вы отправляете обратно в сеть. Позже, когда вы используете больше электричества, чем выработали ваши солнечные батареи, вы можете использовать эти кредиты вместо того, чтобы платить больше своей коммунальной службе. Этот процесс известен как чистый учет.
Как солнечная энергия хранится в батареях?
Солнечные батареиработают, сохраняя энергию, произведенную вашими солнечными батареями для дальнейшего использования.В некоторых случаях солнечные батареи имеют свой собственный инвертор и предлагают интегрированное преобразование энергии. Чем выше емкость вашей батареи, тем больше солнечной энергии она может хранить.
Когда вы устанавливаете солнечную батарею как часть вашей системы солнечных батарей, вы можете хранить избыточное солнечное электричество у себя дома вместо того, чтобы отсылать его обратно в сеть. Если ваши солнечные панели производят больше электроэнергии, чем вам нужно, избыток энергии идет на зарядку аккумулятора. Позже, когда ваши солнечные панели не вырабатывают электричество, вы можете использовать энергию, которую вы ранее хранили в своей батарее, для ночного использования.Вы будете отправлять электроэнергию обратно в сеть только тогда, когда ваша батарея полностью заряжена, и вы будете получать электроэнергию из сети только тогда, когда батарея полностью разряжена.
На практике это означает, что дома с солнечным аккумулятором могут хранить избыточную солнечную энергию на месте для использования позже, когда солнце не светит. В качестве бонуса, поскольку солнечные батареи накапливают энергию в вашем доме, они также обеспечивают кратковременное резервное питание на случай отключения электроэнергии в вашем районе.
Домашнее хранение энергии может быть полезным даже без солнечной
Хотя батареи, как правило, в паре с домашними системами солнечной энергии, они также могут быть полезны для домовладельцев без солнечных батарей.Мелкомасштабное накопление энергии, технология, используемая в системах с солнечными батареями, также может заряжаться электроэнергией из сети для обеспечения резервного питания без использования резервного дизельного генератора.
Стоит ли устанавливать солнечную батарею у себя дома?
Сможете ли вы сэкономить, установив солнечную батарею, зависит от того, как ваша утилита компенсирует вашу солнечную энергию. Большинство коммунальных предприятий предлагают полный учет электроэнергии, что означает, что вы получаете кредит на счет за электричество за каждый киловатт-час электроэнергии, произведенной вашими солнечными батареями (даже если вы не используете их сразу).Это означает, что вы не увидите дополнительной экономии на ежемесячном счете за электроэнергию, если установите солнечную батарею.
Однако существует много ситуаций, когда солнечная батарея может повысить экономичность солнечных батарей для вашего дома или бизнеса. Если ваша коммунальная служба имеет тарифы за время использования или требует оплаты, или не предлагает нетто учета, солнечные батареи могут помочь вам сэкономить больше , когда вы переходите на солнечную энергию.
Хранение солнечной батареи: как солнечные батареи вписываются в более широкую экосистему электроэнергии
Солнечные батареи и другие технологии аккумулирования энергии могут еще не быть обычным делом, но это не будет продолжаться долго.GTM Research и Ассоциация по хранению энергии ожидают, что к 2020 году она станет рынком стоимостью 2,5 миллиарда долларов в США.
Почему накопление энергии будет расти такими быстрыми темпами? Те же преимущества, которые солнечные батареи предлагают домовладельцам, а именно возможность хранить возобновляемую электроэнергию для последующего использования, могут также применяться в более широком масштабе для всей электросети. Технологии накопления энергии, такие как солнечные батареи, обеспечивают электрическим коммунальным предприятиям и потребителям энергии большую гибкость в том, как они производят и используют электричество, особенно электричество, получаемое из солнечной и ветровой энергии.
Электроэнергетика и управляющие сетью имеют сложную задачу. Они должны предоставлять своим клиентам постоянный и надежный доступ к электричеству, которое питает их дома и предприятия. Чтобы достичь этого, они должны обеспечить наличие достаточного количества электроэнергии в сети для удовлетворения спроса. Если в данный момент в системе слишком мало или слишком много электричества, клиенты с большей вероятностью могут отключиться.
Этот тщательный баланс спроса и предложения становится еще более сложным, так как в сеть добавляется больше возобновляемых ресурсов, таких как солнечная и ветровая энергия.Солнечные панели производят электричество, когда светит солнце, а ветровые турбины производят электричество, когда дует ветер. В отличие от традиционных электростанций, работающих на угле или природном газе, мощность солнечных батарей и ветряных турбин не может быть быстро увеличена для удовлетворения спроса — мы не можем заставить солнце выходить ночью!
Установив больше технологий накопления энергии, таких как солнечные батареи, электроснабжение и операторы сетей могут более легко управлять потоком электроэнергии из возобновляемых ресурсов.В долгосрочной перспективе это означает, что в нашу электроэнергетическую систему будет включено больше возобновляемых источников энергии, в том числе домашних солнечных панелей.
Начните свое солнечное путешествие сегодня с EnergySage
EnergySage — это национальный онлайн-рынок солнечных батарей: когда вы регистрируетесь на бесплатную учетную запись, мы связываем вас с солнечными компаниями в вашем регионе, которые конкурируют за ваш бизнес с помощью индивидуальных предложений по солнечной энергии, разработанных в соответствии с вашими потребностями. Более 10 миллионов человек приезжают в EnergySage каждый год, чтобы узнать, купить и инвестировать в солнечную энергию.Зарегистрируйтесь сегодня, чтобы увидеть, сколько солнечной энергии может спасти вас.
,Как работают солнечные батареи?
Солнечные батареиявляются неотъемлемой частью энергетической независимости дома. Здесь мы рассмотрим пошаговое описание того, как работают солнечные батареи. В этом примере мы предполагаем, что батарея связана с солнечной системой, а не просто автономной батареей.
Шаг 1: Солнечная энергия
Процесс начинается с солнечной батареи на крыше, вырабатывающей энергию.Солнечный свет попадает на панели, которые преобразуют видимый свет в электрический ток.
Электроэнергия постоянного тока, произведенная солнечной системой, может быть либо преобразована в энергию переменного тока, либо сохранена в качестве энергии постоянного тока, в зависимости от того, использует ли система батарею переменного или постоянного тока. Подробнее об этом чуть позже.
Шаг 2: Зарядка аккумулятора
Дом будет на первом месте для солнечной энергии. Электроэнергия, вырабатываемая панелями, будет напрямую питать главную электрическую панель дома и питать все в доме, от телевизоров и ламп до кондиционирования воздуха и зарядки электромобилей.
Часто солнечные системы могут производить больше энергии, чем нужно в данный момент. Представьте себе прекрасный весенний день, когда погода умеренная, поэтому дом не потребляет много электроэнергии, а панели вырабатывают много энергии. В таких условиях выход солнечной системы может легко превысить потребности дома.
Без батареи эта дополнительная энергия будет поступать обратно в сеть через процесс, известный как измерение в сети. По сути, эта дополнительная мощность будет «вращать счетчик в обратном направлении» и предоставит домовладельцу счет-фактуру, которая поможет компенсировать мощность, потребляемую из сети, когда система не отвечает всем потребностям дома (например, ночью).
С батареей, вместо того, чтобы идти в сеть, дополнительное электричество, которое солнечная система производит, течет в батарею и заряжает ее. Как быстро заряжается батарея, зависит от количества производимой дополнительной энергии, которая сама зависит от множества факторов, таких как размер солнечной системы и текущая потребность в электричестве в доме.
Шаг 3: DC против зарядки переменного тока
Хотя дома работают от переменного тока (переменного тока), для зарядки всех батарей требуется постоянный ток (постоянный ток).Вот почему на кабеле вашего ноутбука есть такая большая коробка — он преобразует энергию переменного тока, исходящую от стены, в энергию постоянного тока для зарядки батареи ноутбука.
Если для зарядки всех аккумуляторов требуется постоянный ток, то что же такое аккумулятор переменного тока?
Батарея переменного тока — это та, которая может принимать входящее питание переменного тока, и использует встроенный инвертор для преобразования ее в мощность постоянного тока, которая затем заряжает батарею. Когда аккумулятор подает питание на дом, инвертор затем преобразует энергию постоянного тока, поступающую от аккумуляторной батареи, обратно в переменный ток, который затем подается на дом.
Большинство современных солнечных батарей, включая Tesla Powerwall, являются батареями переменного тока. Самым большим преимуществом аккумуляторов переменного тока является то, что их можно использовать с любой солнечной системой. Любой солнечный инвертор может быть связан с ними, включая микроинверторы, поскольку они могут принимать выход переменного тока от любой системы. Это делает их очень гибкими и легко адаптируемыми к существующим солнечным системам.
Напротив, аккумуляторы постоянного тока не имеют встроенного инвертора. В результате они должны заряжаться напрямую от источника постоянного тока.Для этого требуется специализированный инвертор, который может передавать энергию постоянного тока, производимую солнечными батареями, непосредственно в батарею без предварительного преобразования ее в переменный ток. Когда батарея нуждается в питании дома, мощность постоянного тока от источника питания подается на внешний солнечный инвертор, где она преобразуется в энергию переменного тока, которая затем питает дом.
Самое большое преимущество батарей постоянного тока в том, что они имеют более высокую эффективность в обоих направлениях. Каждый раз, когда электричество преобразуется из постоянного тока в переменный (или наоборот), примерно 5% мощности теряется на тепло.Следовательно, чем больше вы инвертируете мощность, тем больше энергии вы теряете. В результате аккумуляторы постоянного тока более эффективны, чем аккумуляторы переменного тока, так как они не инвертируют энергию много раз. Батареи постоянного тока также имеют тенденцию быть более дешевыми, поскольку в них нет дополнительного оборудования для инвертора.
Шаг 4: Разряд батареи
Теперь, когда аккумулятор заряжен дополнительной солнечной энергией, будь то переменным или постоянным током, эта накопленная энергия может быть использована дома позже.Есть две основные причины, по которым домовладелец хотел бы сохранить дополнительную энергию для дальнейшего использования.
Первая причина заключается в том, что дом подвергается отключению электроэнергии от сети. Как только происходит отключение электропитания, резервный шлюз аккумуляторной системы изолирует дом от электросети и активирует аккумулятор, чтобы немедленно подавать питание на цепи, к которым он подключен. В этом отношении батарея будет функционировать как обычный генератор, за исключением того, что батареи во всех важных отношениях намного лучше, чем генераторы.
Вторая причина накопления энергии для последующего использования — воспользоваться тарифными планами времени использования (TOU) от коммунальных компаний. Многие коммунальные компании переводят домовладельцев на ставки TOU, потому что эти планы более точно отражают изменения оптовых цен на электроэнергию в течение дня. В Калифорнии домовладельцы в основных коммунальных предприятиях, принадлежащих инвесторам (PGE, SCE, SDGE), должны перейти на тарифный план TOU при установке солнечных батарей.
В тарифном плане TOU дополнительная энергия, которую панели вырабатывают в середине дня, менее ценна, чем энергия, получаемая из сети ночью.В результате, использование солнечной батареи может помочь домовладельцам сэкономить больше денег, избегая пиковых коммунальных платежей вечером. Вы можете узнать больше о ставках TOU и сбережениях здесь.
Заключение
Это действительно так просто! Солнечные батареи накапливают избыточную солнечную энергию и позволяют использовать эту энергию, когда это наиболее выгодно для домовладельца, например, во время простоя или для использования дополнительной экономии электроэнергии. Поговорите с одним из наших консультантов по энергетике, чтобы увидеть вашу индивидуальную систему от солнечных батарей и батарей!
,Последнее обновление 15.07.2020
Технология накопления энергии существует уже несколько десятилетий, но солнечные батареи, используемые в домашних системах солнечного хранения плюс, являются относительно новыми для рынка. В то время как солнечные батареи могут приносить значительную экономическую выгоду домовладельцам в определенных ситуациях, их цена означает, что они не имеют финансового смысла для всех.Читайте наше краткое изложение того, что солнечные батареи могут и не могут сделать для вашего дома.
Лучшее использование для солнечных батарей
Когда вы устанавливаете солнечную батарею как часть вашей домашней солнечной энергетической системы, вы фактически можете хранить дополнительную энергию, которую ваши солнечные панели производят дома, вместо того, чтобы подавать ее обратно в электросеть. С солнечными батареями вы максимизируете свою способность использовать электричество, генерируемое вашими солнечными батареями на ежедневной основе.В то время, когда вам нужно больше электричества, чем производят ваши солнечные батареи (в конце дня или в ночное время), вы можете использовать накопленную солнечную энергию.
Сэкономьте ли вы больше или больше, установив систему хранения с солнечной батареей, зависит от того, как ваша электроэнергетика взимает плату со своих клиентов. В штатах с нетто-счетчиком вы обычно получаете кредит на счет за коммунальные услуги за каждый киловатт-час (кВтч) солнечной энергии, который вы отправляете обратно в сеть.Вы можете использовать эти кредиты позже, когда вам нужно больше электроэнергии, чем генерируют солнечные батареи. Для домовладельцев в этой ситуации установка солнечной батареи не увеличит их экономию: электрическая сеть обеспечивает ту же финансовую выгоду, что и солнечная батарея.
Тем не менее, некоторые электрические коммунальные предприятия меняют свои тарифы таким образом, что солнечные батареи делают разумные инвестиции для домовладельцев. Если тарифная политика вашей коммунальной службы включает в себя любое из следующего, накопление энергии может помочь вам сэкономить больше с помощью солнечных батарей.
Как тарифы на электроэнергию во время использования влияют на экономичность солнечных батарей
Если у вашей коммунальной службы есть ставки TOU, то плата за кВт-ч, которую вы платите за электроэнергию, будет меняться в зависимости от времени суток. Электричество будет стоить дороже в «часы пик», когда спрос на электроэнергию высок, как правило, в конце дня и вечером. Тарифы на электроэнергию ниже в дневное время, когда потребление электроэнергии в домашних условиях ниже, а солнечные панели работают наиболее эффективно.Если ваша коммунальная служба использует тарифы TOU, вы можете извлечь выгоду из домашнего накопления энергии, используя электроэнергию от своих солнечных батарей в часы пик, когда тарифы на электроэнергию коммунальных служб находятся на самом высоком уровне.
СтавкиTOU становятся все более распространенными в США, где Калифорния идет впереди: все домовладельцы в Золотом штате постепенно переходят на ставки TOU вместо единой ставки за кВтч.
Как спрос спроса влияет на экономию солнечной батареи
Если у вашей коммунальной службы есть платежи по требованию для бытовых потребителей, с вас будет взиматься плата, которая меняется в зависимости от того, сколько электроэнергии вы используете.Плата может зависеть от того, сколько электроэнергии вы покупаете в часы пик, когда спрос на электроэнергию самый высокий. Это также может быть определено общим количеством электроэнергии, которую вы используете в месяц. Если ваша коммунальная служба использует платежи по требованию, вы получите выгоду от использования солнечных батарей, потому что вы можете избежать более высокой платы, полагаясь на свою систему хранения энергии.
В то время как платежи по требованию более распространены для коммерческих потребителей с большими счетами за электроэнергию, некоторые штаты и коммунальные службы рассматривают вопрос о добавлении сборов по требованию к своим тарифам на электроэнергию, чтобы мотивировать людей сокращать потребление электроэнергии.Коммунальные службы в Аризоне и Иллинойсе, в частности, оценивают расходы на жилье.
Как снижение или отсутствие чистых замеров учета влияют на экономику солнечных батарей
В штатах с истинным нетто-измерением вы получите кредит за киловатт-час, равный стоимости электричества на вашем счете за энергию, которую производят ваши солнечные батареи. Например: если вы платите 0,11 долл. США за кВт-ч за электроэнергию, полученную от коммунального предприятия, вы получите кредит в размере 0,11 долл. США за каждый кВт-ч солнечной энергии, произведенной вашими панелями, и отправлены обратно в сеть.
Однако в некоторых штатах вы получите кредит на оптовую ставку или ставку «избегаемых затрат», которая обычно равна ставке, которую ваша коммунальная служба заплатила бы, чтобы купить электроэнергию в другом месте. В результате денежная стоимость одного кВт-ч солнечной энергии, которую вы используете дома, выше, чем стоимость, которую вы отправляете обратно в сеть. Например, если вы платите 0,11 долл. США за кВт-ч за электроэнергию, полученную от вашей коммунальной службы, но ваша коммунальная служба предлагает только кредит в размере 0,04 долл. США за электроэнергию, отправленную обратно в сеть, ваша солнечная электроэнергия будет стоить $ 0.07 меньше, если вы не используете его дома. В этих штатах установка солнечных батарей имеет экономический смысл, потому что вы можете максимизировать стоимость энергии, которую вы производите в своей собственности.
В конце 2015 года Комиссия по коммунальным предприятиям штата Невада (PUC) проголосовала за изменение своей политики нетто-учета на политику, основанную на норме недопустимых расходов, — одно из первых государств, сделавших такое изменение. На Гавайях, где более 10 процентов домов имеют солнечные батареи на крыше, PUC также сократил чистые замеры учета таким образом, что делает накопление энергии стоящими инвестициями.
Резервное питание: еще одно преимущество солнечных батарей
Солнечные батареипо-прежнему стоят дороже, чем стандартный дизель-генератор, но они могут обеспечить резервное питание без выбросов парниковых газов. Если у вас есть стандартная система солнечных батарей, вы все равно потеряете энергию во время отключения электроэнергии из-за того, как ваши панели подключены к электросети. Однако, когда вы добавляете батарею в вашу систему, ваш дом может расходовать солнечную энергию, которую вы сохранили в случае, если сетка выйдет из строя.
Что (большинство) солнечное хранилище не может сделать: вывести вас из сети
По мере того как на рынке появляются технологии накопления энергии, все больше домовладельцев думают о том, чтобы отключиться от электросети — полностью разорвать связь с электроснабжением — с использованием солнечных батарей. Несмотря на то, что существуют определенные ситуации, когда отключение от сети возможно (или даже необходимо), большинство солнечных батарей не предназначены для использования в качестве единственного источника энергии. Они обеспечивают большую ценность для среднего домовладельца, когда они подключены к электрической сети, и должны рассматриваться как продукт хранения солнечной сети.
Ваши солнечные панели будут производить больше электричества в течение долгих летних дней, чем в зимние месяцы. Чтобы полностью отключиться от сети, вам понадобится аккумуляторная система, которая может накапливать значительное количество дополнительной энергии в летние месяцы, чтобы вы могли удовлетворить свои потребности в электроэнергии зимой. Типичная домашняя солнечная батарея, такая как Tesla Powerwall, не достаточно велика для этого — большинство продуктов, доступных сегодня, рассчитаны на то, чтобы обеспечить всего несколько часов энергии, чтобы вы могли максимизировать свое почасовое использование солнечной электроэнергии.
Поскольку у большинства домашних солнечных батарей на рынке достаточно емкости только на несколько часов работы от электричества, одна батарея не может работать в обычном американском доме в течение нескольких дней. Тем не менее, они могут предоставить вам временное резервное питание. Они также могут быть откалиброваны так, чтобы они приводили в действие предметы первой необходимости только в случае отключения электроэнергии, что может увеличить их полезность. Если вы действительно хотите полностью отказаться от электросети, вы должны быть готовы потратить десятки тысяч долларов и выделить часть вашего дома или гаража для большой системы хранения энергии с несколькими аккумуляторами.
Начните свое солнечное путешествие сегодня с EnergySage
EnergySage — это национальный онлайн-рынок солнечных батарей: когда вы регистрируетесь на бесплатную учетную запись, мы связываем вас с солнечными компаниями в вашем регионе, которые конкурируют за ваш бизнес с помощью индивидуальных предложений по солнечной энергии, разработанных в соответствии с вашими потребностями. Более 10 миллионов человек приезжают в EnergySage каждый год, чтобы узнать, купить и инвестировать в солнечную энергию. Зарегистрируйтесь сегодня, чтобы увидеть, сколько солнечной энергии может спасти вас.
,Как работают солнечные зарядные устройства
Солнце посылает свет и тепло на Землю в течение нескольких миллиардов лет. Тем не менее, только недавно мы, люди, выяснили, как захватить и использовать часть этой энергии в качестве электричества. Первым методом был фотоэлектрический элемент , созданный исследователями в Bell Laboratories в 1954 году [источник: DOE]. С тех пор солнечные элементы превратились из солнечного элемента в полезное электричество для огромного дорогого космического оборудования в более простые устройства, такие как зарядные устройства.Это здорово, но как эта солнечная энергия переводится в электричество?
Вот как это происходит: электрический ток создается движением свободных электронов, которые несут отрицательный заряд. Обычно электроны запутываются на орбите вокруг ядра атома, которое состоит из протонов и нейтронов. Эти атомных частиц являются строительными блоками материи и могут быть найдены абсолютно во всем. Некоторая материя удерживает свои электроны более крепко, чем другие, но при достаточной энергии электрон может быть сбит с орбиты.
Одна частица энергии, которая отлично справляется с выбиванием электронов из атомов, — это фотон . Это субатомный энергетический пакет, который формирует основу для света. Фотоны от солнечного света несут достаточно энергии, чтобы оттолкнуть электроны от их орбиты в элементе кремний, который является материалом, используемым в большинстве солнечных элементов. Способность фотона распутывать электроны называется фотоэлектрическим эффектом [источник: ASU].
Дисбаланс между положительно заряженными и отрицательно заряженными частицами создается внутри кремния путем добавления примесей бора и фосфора.Этот дисбаланс создает электрическое поле в кремнии. Когда фотоны ударяют материал и освобождают электроны от их орбит, это электрическое поле толкает их к передней части солнечного элемента, что создает отрицательно заряженную сторону. Протоны, оставленные на другой стороне поверхности клетки, создают положительный заряд [источник: GE]. Когда эти две стороны соединены с использованием внешней нагрузки — косвенной цепи, такой как клеммы зарядного устройства солнечной батареи, — электроны попадают в нагрузку и создают электричество.Поскольку один солнечный элемент вырабатывает только один или два ватта электроэнергии, несколько элементов объединяются в модули, которые работают вместе, чтобы производить достаточно энергии для зарядки батареи [источник: DOE].
Химические батареи генерируют поток электронов в результате химической реакции. Литий-ионные аккумуляторы, подобные тем, которые используются в сотовых телефонах и iPod, вырабатывают энергию за счет обмена ионов от лития к углероду. В обоих типах батарей электричество создается потоком от отрицательных электродов к положительным.Когда батарея перезаряжается, поток электронов переворачивается, и электрический потенциал батареи пополняется.
Солнечные зарядные устройстване заряжают напрямую литий-ионную батарею в вашем гаджете. Они обычно поддерживают свои собственные перезаряжаемые батареи — либо химические, либо литий-ионные — которые заряжаются через солнечные модули и перераспределяют свой заряд на ваш гаджет. Никакого внешнего электрического источника не требуется.
Давайте рассмотрим множество преимуществ солнечных зарядных устройств на следующей странице.
,