Как работает солнечная батарея

Рабочий принцип и устройство фотоэлектрических панелей

Тут вы узнаете:

Рабочий принцип фотоэлектрической панели построен на фотоэлектрическом эффекте. Солнце, попадая на кремниевый полупроводник, превращается в переменный ток.

Потом он скапливается в аккумуляторных батареях и применяется для домашних потребностей.

Рабочий принцип фотоэлектрических панелей

Фотоэлектрические панели являются более эффективным и чистым в экологическом плане источником электрической энергии. В последние несколько десятков лет эта технология набирает всемирную популярность, мотивируя большей массы людей переходить на недорогую возобновляемую энергию.

Задача данного устройства состоит в преобразовании энергии световых лучей в переменный ток, который может применяться для питания самых разных бытовых и промышленных устройств.

Как подключить солнечную батарею к аккумулятору

Правительства многих стран выделяют большие суммы средств бюджета, спонсируя проекты, которые направлены на разработку электростанций работающих от солнца. Некоторые города полностью применяют электрическую энергию, получившуюся от солнечных лучей. В нашей стране данные устройства часто применяются для оснащения электрической энергией загородных и личных домов в качестве хорошей замены услугам централизованного энергоснабжения.

Необходимо выделить, что рабочий принцип фотоэлектрических панелей для дома довольно не простой. Дальше рассмотрим детальнее, как работают фотоэлектрические панели для дома детально.
Как было сказано до недавнего времени, рабочий принцип состоит в эффекте полупроводников. Кремний считается одним из очень эффективных полупроводников, из популярных человечеству сейчас.
При нагреве фотоэлемента (верхней кремниевой пластины блока преобразователя) электроны из атомов кремния высвобождаются, после этого их захватывают атомы нижней пластины. Согласно законам физики, электроны стремятся вернуться в собственное первое положение.

Исходя из этого, с нижней пластины электроны двигаются по проводникам (соединительным проводам), отдавая собственную энергию на зарядку аккумуляторов и возвращаясь в верхнюю пластину.
Результативность фотоэлементов, созданных с помощью монокристаллического метода нанесения кремния, считается намного больше, потому как в подобной ситуации кристаллы кремния имеют меньше граней, что дает возможность электронам двигаться прямолинейно.

Технические специфики

Устройство фотоэлектрической панели самое простое, и имеет несколько элементов:

• Конкретно фотоэлементы / фотоэлектрическая батарея;
• Преобразователь напряжения, преобразовывающий постоянный ток в переменный;
• Контроллер уровня аккумуляторного заряда.

Аккумуляторы для фотоэлектрических панелей приобрести необходимо с учитыванием нужных функций. Они собирают и отдают электрическую энергию. Запасание и расход происходит в течение всего дня, а ночью собранный заряд только расходуется.

Аналогичным образом, происходит постоянное и постоянное снабжение энергетикой.
Излишняя зарядка и разрядка батареи укорачивает срок ее эксплуатации. Контроллер заряда фотоэлектрической панели автоматично приостанавливают накопление энергии в аккумуляторе, когда он достиг самых больших показателей, и отключают нагрузку устройства при сильной разрядке.

(Tesla Powerwall — аккумулятор для фотоэлектрических батарей на 7 КВт — и домашняя зарядка для электромобилей)
Синхронного преобразователя для фотоэлектрических панелей считается очень важным элементом конструкции. Он превращает получившуюся от солнца энергию в электрический ток разной мощности.

Являясь сетевым инвертором, он соединяет анодное напряжение переменного тока по частоте и фазе со стационарной сетью.
Фотоэлементы могут соединяться как постепенно, так и параллельно. Завершальный вариант повышает показатели мощности, напряжения и тока и дает возможность устройству работать, даже в том случае, если один компонент потеряет функциональность. Модели комбинированного типа сделаны с применением двух схем.

Срок эксплуатации пластин около 25 лет.

Устройство внутри гелиобатареи

Понемногу фотоэлектрические панели становятся все доступнее и эффективнее. В настоящий момент они используются для подзарядки аккумуляторов в уличных фонарях, смартфонах, электроавтомобилях, приватных домах и на спутниках в космосе.

Из них стали даже строить полноценные электростанции работающие от солнца (СЭС) с значительными объемами генерации.

Гелиобатарея складывается из большого количества фотоэлементов (фотоэлектрических преобразователей ФЭП), преобразующих энергию фотонов с солнечного света в электрическую энергию
Каждая фотоэлектрическая панель устроена как блок из энного количества модулей, которые соединяют воедино в себе постепенно соединенные полупроводниковые фотоэлементы. Чтобы понимать принципы функционирования такой батареи, нужно разобраться в работе этого конечного звена в устройстве гелиопанели, сделанного на базе полупроводников.

Виды кристаллов фотоэлементов

Вариантов ФЭП из самых разнообразных элементов химии есть очень много. Впрочем приличная их часть – это разработки на первых стадиях.

В масштабах промышленности в настоящий момент выпускаются пока что только панели из фотоэлементов на основе кремния.

Кремниевые полупроводники используются во время изготовления фотоэлектрических панелей из-за собственной дешевизны, особо большим коэффициентом полезного действия они похвалиться не могут
Традиционный фотоэлемент в гелиопанели – это тонкая пластина из 2-ух слоев кремния, любой из них имеет собственные физические свойства. Это традиционный полупроводниковый p-n-переход с электронно-дырочными парами.
При попадании на ФЭП фотонов между данными слоями полупроводника из-за неоднородности кристалла образуется вентильная фото-ЭДС, благодаря чему появляется разница потенциалов и ток электронов.
Кремниевые пластины фотоэлементов отличаются по производственные технологии на:
Первые имеют более большой коэффициэнт полезного действия, но и отпускная цена их изготовления выше, чем у вторых. Внешне один вариант от иного на фотоэлектрической батарее можно разпознать по форме.
У монокристаллических ФЭП гомогенная структура, они делаются в виде квадратов со срезанными углами. В отличии от них поликристаллические детали имеют строго форму квадрата.
Поликристаллы получаются в результате постепенного охлаждения расплавленного кремния. Данный метод очень прост, благодаря этому такие фотоэлементы и недорого стоит.
Но продуктивность в плане выработки электрической энергии из солнечных лучей у них нечасто превосходит 15%. Это связывают с “нечистотой” приобретаемых кремниевых пластин и внутренней их структурой.

Тут чем чище p-слой кремния, тем более большой выходит КПД у ФЭП из него.
Чистота монокристаллов в данном отношении намного больше, чем у поликристаллических заменителей. Их производят не из расплавленного, а из искусственно выращенного цельного кристалла кремния.

Солнечные панели Вся правда Стоит ли оно этого Мой опыт и отзыв

Показатель фотоэлектрического изменения у подобных ФЭП уже может достигать 20-22%.

В единый модуль отдельные фотоэлементы собираются на алюминиевой раме, а в целях защиты их сверху закрывают прочным стеклом, которое нисколько не препятствует лучам солнца
Обращенный к солнцу лицевой слой пластинки-фотоэлемента выполняется из того же кремния, однако уже с добавкой фосфора. Собственно последний будет источником избыточных электронов в системе p-n-перехода.

Рабочий принцип фотоэлектрической батарее

При падении солнечных лучей на фотоэлемент в нем генерируются неравновесные электронно-дырочные пары. Избыточные электроны и «отверстия» частично переносятся через p-n-переход из одного слоя полупроводника в другой.
В конце концов во внешней цепи возникает напряжение. При этом на контакте p-слоя сформировывается позитивный полюс источника тока, а на n-слоя – негативный.

Разница потенциалов (напряжение) между контактами фотоэлемента возникает из-за изменения числа «дырок» и электронов с каждой стороны p-n-перехода в результате облучения n-слоя лучами солнца
Подключенные к внешней нагрузке в виде аккумулятора фотоэлементы образовывают с ним тупик. В результате фотоэлектрическая батарея работает, как специфическое колесо, по которому вместе белки “бегают” электроны.

А АК батарея при этом понемногу набирает заряд.
Типовые кремниевые фотоэлектрические преобразователи являются однопереходными элементами. Переток в них электронов происходит лишь через один p-n-переход с ограниченной по энергетике фотонов зоной этого перехода.
Другими словами каждый такой фотоэлемент способен генерить электрическую энергию лишь от узкого спектра излучения солнца. Вся остальная энергия исчезает коту под хвост.

Поэтому-то и результативность у ФЭП так низка.
Чтобы увеличить КПД фотоэлектрических панелей, кремниевые изделия из полупроводниковых материалов для них в наши дни начали делать многопереходными (каскадными). В новых ФЭП переходов уже несколько.

Причем любой из них в этом каскаде рассчитывается на собственный спектр солнечных лучей.
Общаяя результативность изменения фотонов в электроток у подобных фотоэлементов в конце концов увеличивается. Однако и стоимость их намного больше.

Тут либо легкость изготовления с низкой себестоимостью и невысоким КПД, либо довольно высокая отдача вкупе с большой ценой.

Фотоэлектрическая панель способна работать как в летние месяцы, так и во время зимы (ей необходим свет, а не тепло) – чем меньше облачность и ярче светит солнце, тем больше гелиопанель сгенерирует переменного тока
Во время работы фотоэлемент и вся батарея понемногу греется. Вся та энергия, что не пошла на генерацию электротока, трансформируется в тепло. Часто температура на поверхности гелиопанели подымается до 50–55 °С.

Но чем она больше, тем менее успешно работает фотогальванический компонент.
В конце концов таже самая модель фотоэлектрической панели в жару вырабует тока меньше, чем в мороз. Максимум КПД фотоэлементы показывают в ясный зимний день.

Здесь сказываются два фактора – много солнечного света и природное охлаждение.
При этом если на панель будет падать снег, то электрическую энергию она генерить все равно продолжит. Кроме того, снежинки даже не успеют на ней особо полежать, растаяв от тепла нагретых фотоэлементов.

Виды фотоэлектрических панелей

Сейчас фотоэлектрические панели представлены несколькими способами в зависимости от типа их устройства, и от материала, из которого выполнен фотоэлектрический слой.
I. Классификация по типу их устройства:
II. В зависимости от материала, из которого выполнен фотоэлектрический слой выделяют:

1. Фотоэлектрические панели, фотоэлемент которых сделан из кремния. Они со своей стороны бывают монокристаллическими, поликристаллическими и аморфными. Монокристаллические панели совсем не дешевый вариант, но они выделяются большой мощностью. Поликристаллические доступнее, чем монокристаллические панели. Подобные панели медленней теряют собственную результативность с увеличением служебных сроков, а еще при нагреве. Аморфные представлены как правило тонкопленочными панелями. Данное устройство фотоэлектрической панели позволяет генерить солнце, даже в скверных условиях погоды;
2. Фотоэлектрические панели, фотоэлемент которых сделан из теллурида кадмия;
3. Фотоэлектрические панели, фотоэлемент которых сделан из селена;
4. Фотоэлектрические панели, фотоэлемент которых сделан из материалов на основе полимера;
5. Из органических соединений;
6. Из арсенида галлия
7. Из нескольких материалов одновременно.

Главные типы, которые обрели распространение, это многопереходные кремниевые фотоэлементы.
Фотоэлементы, сделанные из кремния, выделяются высокой чувствительностью к процесса нагрева, компактностью, надежностью и большим уровнем КПД (коэффициента полезного действия).
Прочие материалы не получили массового распространения в связи с высокой ценой.

Область использования энергии солнца

Есть три направления применения энергии солнца:

• Экономия электрической энергии. Фотоэлектрические батареи дают возможность отказаться от централизованного электрического снабжения или сделать меньше его употребление, и еще продавать остатки электричества электроснабжающей компании.
• Обеспечение электрической энергией объектов, подведение к которым линии электропередач нереально или невыгодно экономически. Это может быть дача или домик для охоты, находящийся далеко от ЛЭП. Такие устройства применяются также для питания осветительных приборов в отдаленных участках сада или автобусных остановках.
• Питание мобильных и переносных устройств. При походах, поездках на рыбалку и прочих аналогичных мероприятиях испытываете необходимость зарядки телефонов, фотоаппаратов и остальных гаджетов. Еще для этого применяются солнечные детали.

Фотоэлектрические панели комфортно использовать там, куда нельзя проложить электрику

Плюсы фотоэлектрических панелей

Энергия солнца — это перспективное направление, которое регулярно развивается. Они имеют несколько главных положительных качеств.

Удобство применения, длительный эксплуатационный срок, безопасность и доступность.
Хорошие стороны использование этой разновидности батарей аккумулятора:

• Возобновляемость – этот энергетический источник почти что не имеет ограничений притом бесплатный. Как минимум на ближайшие 6.5 миллиардов лет. Необходимо выбрать оборудование, установить его и применять по назначению (в приватизированном доме или коттеджном участке).
• Обильность – Поверхность земли в среднем получает около 120 тысяч терравват энергии что в 20 раз превосходит нынешнее потребление энергии. Фотоэлектрические панели для загородных домов или личных домов имеют очень большой потенциал для применения.
• Постоянство – энергия солнца постоянна благодаря этому человечеству не грозит большой расход в процессе ее применения.
• Доступность – энергия солнца может генерировать на любой территории, если есть наличие естественного освещения. При этом очень часто она используется для отопления дома.
• Чистота в экологическом плане – солнечная энергетика считается перспективной отраслью, которая в дальнейшем заменит электростанции, которые работают на невозобновляемых ресурсах: газ, торф, уголь и нефть. Не опасны для человеческого здоровья и домашних четвероногих.

Важно: Отдельно хочется отметить термоядерную энергию. Не обращая внимания на то, что «мирный атом» обозначается, как безопасный, при авариях на АЭС данный момент полностью перечеркивается (Три-Лонг-Айленд, Чернобыль, Фукусима).

• Во время изготовления панелей и монтаже электростанций работающих от солнца в атмосферу не происходят существенные выбросы вредных или ядовитых веществ.
• Бесшумность – выработка электрической энергии выполняется фактически очень тихо, и благодаря этому такой вид электростанций лучше ветровых электростанций. Их работа сопровождается постоянным гулом благодаря чему оборудование быстро выходит из строя, а служащие должны делать постоянные перерывы на отдых.
• Экономность – при применении фотоэлектрических панелей хозяева недвижимого имущества ощущают большое снижение коммунальных затрат на электрическую энергию. Панели имеют длительный эксплуатационный срок – изготовитель предоставляет гарантию на панели от 20 до двадцати пяти лет. При этом обслуживание всей электростанции сводится к периодической (раз в 5-6 месяцев) очистке поверхностей панелей от пыли и грязи

Минусы фотоэлектрических панелей

К несчастью, и этот фактически неисчерпаемый энергетический источник имеет конкретные ограничения и минусы:

• Большая цена оборудования – независимая электростанция работающая от солнца даже маленькой мощности доступна абсолютно не каждому. Оборудование приватного дома такими аккумуляторами стоит дорого, но помогает уменьшить затраты на оплату услуг ЖКХ (электрической энергии).
• Обустройство своего дома фотоэлектрическими панелями попросит материальных расходов.
• Периодичность генерации — электростанция работающая от солнца не может гарантировать полную бесперебойную электрификацию приватного дома.

Важно: Проблема решается, установив аккумуляторы высокой емкости, однако благодаря этому увеличится цена получения энергии, что сделает ее невыгодной если сравнивать с обычными источниками энергии.

• Хранения энергии – в электростанции работающей от солнца АК батарея считается самым дорогим элементом (даже батареи маленького объема и панели на основе геля).
• Невысокий уровень загрязнения внешней среды – энергия солнца считается чистой в экологическом плане, впрочем процесс производства батарей сопровождается выбросами трифторида азота, оксидов серы. Все это создаёт «эффект парника».
• Применение в производстве редкоземельных металлов – тонкопленочные фотоэлектрические батареи имеют в собственном составе теллурид кадмия (CdTe).
• Плотность мощности – это кол-во энергии, которое можно получить с 1 кв. метра энергоносителя. В среднем данный показатель составляет 150-170 Вт/м2. Это намного больше если сравнивать с другими экологически чистыми источниками энергии. Впрочем несравненно, ниже чем у классических (касается это атомной энергетики).

Отопление энергией солнца домов

Рабочий принцип солнечной отопительные батареи дома радикально выделяет их от всех выше описанных устройств. Это совсем другое устройство.

Описание следует ниже.
Главной деталью системы отопления, работающей на солнечной энергии, считается коллектор, принимающий его свет и преобразовывающий его в кинетическую энергию. Площадь такого элемента может изменяться от 30 до 70 метров квадратных.
Для крепежа коллектора применяется Спецтехника. Между собой пластины соединены железными контактами.
Следующим элементом системы считается накопительный электрический водонагреватель. В нем происходит трансформация кинетической энергии в тепловую. Он участвует в нагревании воды, литраж которой достигает 300 литров.

Иногда подобные системы поддерживаются дополнительными котлами на сухом топливе.

Заканчивают систему солнечного отопления настенные и напольные детали, в которых по тонким трубам из меди, распределенным по всей их площади, двигается нагретая жидкость. Благодаря невысокой температуре запуска панелей и равномерности отдачи тепла, помещение нагревается очень быстро.

Как работает солнечное отопление

Давайте детально рассмотрим рабочий принцип фотоэлектрических панелей от ультрафиолетового света.
Между температурой коллектора и накопительного элемента возникает разница. Носитель тепла, что очень часто считается водой, в которую добавлен антифриз, начинает циркулировать о системе.

Солнечная электростанция от А до Я

Совершаемая жидкостью работа считается конкретно кинетической энергетикой.

По мере прохождения жидкости через слои системы кинетическая энергия преобразовывается в тепло, которое и применяется для домашнего отопления. Этот процесс циркулирования носителя обеспечивает помещение теплом и дает возможность сберегать его в любое время и года.
Итак, мы выяснили рабочий принцип фотоэлектрических панелей.

Фотоэлектрическая панель: устройство и рабочий принцип

Совершенно недавно, когда мы ещё ходили в школу, фотоэлектрическая панель для выработки электричества казалась чем-то фантастическим. Нам казалось, что их можно применять исключительно на космических кораблях. Но прошло 20-25 лет и солнечные батарейки не только возникли в часах и калькуляторах, но и уже способны обеспечивать электричеством личные дома и дачи.

А современные электростанции работающие от солнца могут обеспечивать электричеством маленькие городки. Большое распространение фотоэлектрические панели получили странах Европы, США, Израиле и прочих регионах с высокой солнечной инсоляцией.

И их применение уже даёт большую экономию электрической энергии и горячего водообеспечения.

Что будет нужно для изменения энергии солнца?

Энергия солнца может быть преобразована в тепловую и электрическую. Самые первые шаги в применении солнечной энергии человек сделал именно по направлению получения тепла.

Можно сказать, что в данном случае и изменения нет. Рабочий принцип прост. Он заключен в сборе солнечного тепла.

Благодаря этому и приспособления для этого называются солнечные коллекторы. Рабочий принцип данных установок состоит в сборе тепла при помощи абсорбера и передачи его тепловому носителю.

В качестве последнего выступает вода или воздух. Данные установки часто применяются для отопления и горячего водообеспечения личных домов.

Другой вариант применения энергии солнца – это переустройство её в электричество.

В данном материале речь у нас пойдёт о получении электричества при помощи фотоэлектрических панелей. Чтобы это сделать применяются фотоэлектрические детали. Это полупроводники на основе кремния, которые вырабатывают постоянный переменный ток под действием света.

В виде материала для фотоэлементов применяются соединения кремния с кадмием, медью, индием. Также, они могут разниться производственной технологией.
Солнечные батареи из монокристаллов кремния считаются самыми эффективными и имеющими большой коэффициэнт полезного действия. Фотоэлементы из поликристаллического кремния стоят намного дешевле и имеют очень низкую стоимость получения ватта электрической энергии.

Имеется еще фотоэлектрические детали на базе аморфного кремния. Из них выполняют гибкие фотоэлектрические батареи.

Выпускаются они из аморфного кремния. Производство подобных элементов легче, чем моно и поликристаллов. В результате цена ниже, но КПД не радуют (5-6%).

Более того, панели из аморфного кремния имеют небольшой эксплуатационный срок, чем предыдущие два типа. Чтобы сделать больше рабочая эффективность элементов, в кремний добавляют медь, селена, галлий, индий.

Фотоэлементы в фотоэлектрической панели

• Аккумулятор (один или несколько);
• Преобразователь напряжения (видоизменяет напряжение из 12 или 24 в 220 вольт);
• Контроллер для управления зарядом-разрядом аккумулятора и подачи питания в сеть.

По назначению можно отметить две обширные группы устройств. Фотоэлектрические панели небольшой мощности (до десяти ватт) используются в мобильных гаджетах или power bank для зарядки. Системы больше мощности применяются для электрификации личных домов и дач.

Они в большинстве случаев находятся на крышах и фасадах домов, реже на участках недалеко от дома. Имеются устройства, которые дают возможность отслеживать солнце и менять наклонный угол в зависимости от его положения.

Теперь посмотрим, как работает фотоэлектрическая панель и от чего обуславливается результативность её работы.

Рабочий принцип фотоэлектрической панели

Как работает фотоэлектрическая панель?

Энергия солнца превращается в постепенно подключённых фотоэлементах. Рассмотрим рабочий принцип фотоэлектрической панели на уровне фотоэлектрических элементов.

Основой фотоэлемента считается кристалл кремния. Соединения кремния очень популярны в природе. Наиболее известный – это оксид кремния или песок.

Кристалл кремния можно упрощенно назвать большой песчинкой. Кристаллы выращиваются искусственно в условиях лаборатории.

В большинстве случаев их получают кубической формы, а потом на пластины. Толщина таких пластин всего 200 микрон.

Это в 3-4 раза толще волоса человека.

Рабочий принцип фотоэлемента
На полученные пластины кремния нанесён с одной стороны слой бора, а со второй — фосфора. В местах контакта кремниевой пластины с бором есть излишек электронов.

На противоположной стороне по границе кремниевой пластины с фосфором недостаёт электронов. Там появляются «отверстия», как их называют.

Такую стыковку границ с лишним количеством электроном и их минусом именуют p-n переходом.
При попадании солнца на фотоэлементы батареи поверхность их бомбардируется фотонами. Они выбивают избыточные электроны на границе с фосфором, и они начинают движение к «дыркам» на границе с бором.

Аналогичным образом, появляется переменный ток, который является упорядоченным движением электронов. К фотоэлементу подводятся железные дорожки, через которые и собирается ток.

В этом и выражается рабочий принцип кремниевого фотоэлемента.

Сегодня фотоэлектрические панели монтируются в собственных домах и на дачах для экономии электрической энергии. Такие очень маленькие гелиосистемы работают круглогодично.

Основное, чтобы панельную поверхность была чистой и светило солнце. Во многих случаях их результативность выше в холодный солнечный день, чем в летний.

Это можно объяснить тем, что подогрев солнечных модулей несколько уменьшает результативность их работы.

Гелиосистема: фотоэлектрические панели и коллекторы
Сразу необходимо выделить, что вообще отказаться от сети из централизованных сетей не выйдет. Но, установив фотоэлектрическую панель, получится сильно экономить на коммунальных расходах.

Вариант, разумеется, не годиться для жилой площади. Хорошо использовать подобную систему выйдет только в доме, находящемся за городом или на дачном участке, где много места для установки фотоэлектрических батарей.
В центре России гелиосистема возмещается приблизительно за 5 лет. На юге срок окупаемости сильно уменьшается. Часто наряду с фотоэлектрическими панелями монтируются коллекторы для домашнего отопления.

В настоящий момент есть заводские солнечные коллекторы, которые подогревают воду круглогодично.

• Ставить панели необходимо с южной стороны крыши, фасада или на участке стороной на юг;
• Наклонный угол отвечает значению широты вашего региона;
• Рядом не должно быть объектов, отбрасывающих тень на фотоэлектрические панели;
• Панельную поверхность необходимо систематически чистить от пыли и грязи;
• Лучше всего применять системы с отслеживанием положения солнечного света.

Сейчас вам ясен рабочий принцип фотоэлектрических панелей и их возможности. Ясно, что не следует отказываться от централизованного обеспечения электрической энергией.

Современные гелиосистемы пока не в состоянии полностью обеспечивать дом энергетикой в плохую погоду. Но как часть комбинированной системы энергоснабжения дома они очень уместны.

Как работает фотоэлектрическая панель? Виды и устройство.

Поверхность земли регулярно освещается светом солнца, это обеспечивает жизнь всем живым существам. Еще совершенно недавно использование фотоэлектрической панели казалось невозможным, но на данный момент любой кто хочет имеет возможность приобрести такое устройство. Очень важен вопрос среди владельцев дачи, желающих при наименьших затратах финансового плана пользоваться электротоком.

Фотоэлектрические панели широко применяются в масштабах промышленности, ведь электростанции работающие от солнца нового типа способны получать кол-во электрической энергии, нужное для малых мегаполисов. Очень важным считается отсутствие ущерба для экологии при применении фотоэлектрических панелей.

Фотоэлектрические панели широко применяются в Европейских государствах, Израиле.
В статье описаны виды фотоэлектрических панелей, их устройство, рабочий принцип электростанции работающей от солнца. Так как же работает фотоэлектрическая панель? – Давайте выясним.

Виды фотоэлектрических батарей

Фотоэлектрическая панель в общем виде – конструкция, содержащая темные детали с металлическими полосами, проводящими переменный ток. Детали покрыты стеклом.

Существующее много фотоэлектрических панелей показано на рисунке.

– По мощности До 10 Вт
– От 200 Вт
– Фотохимические
– Органического вида
– Основа – полупроводники из кремния
– Основа – арсенид галлия
– Гибкие (могут комфортно сворачиваться, имеют популярность среди отдыхающих).

Фото фотоэлектрической панели, способной скручиваться в рулон

Миниатюрная фотоэлектрическая панель

Устройство фотоэлектрической панели

Составные детали фотоэлектрической панели:
1. 2 слоя кремния (между собой образовывают пластину, слой находящийся внутри – кремний на монокристаллической основе, обладает проводимостью р-типа, слой снаружи – кремний, который содержит разные примеси, этот слой имеет проводимость n-типа).
2. Каркас с фотоэлементами (детали размещены так, чтобы в случае неполадки их можно было отремонтировать).
3. Аккумуляторы (один считается очень важным, второй – запасным).
4. Пластик закаленного вида, покрывающий всю конструкцию от повреждений.
Рабочий принцип фотоэлектрической панели состоит в следующем: электроны выходят из р-слоя, потом попадают в n-слой, заранее пройдя конкретную нагрузку. N-слой выступает источником избыточных электронов.
Аккумуляторы фотоэлектрических панелей работают так: ключевой собирает электрическую энергия для транспортировки в сеть, другой аккумулятор работает в запасном режиме (копит энергию сверх нормы, а потом, при снижении напряжения, энергия поступает в сеть).
Детали фотоэлектрической панели важно оберегать от метеорной пыли и радиации, данные детали помогают возникновению эрозии на кремниевых слоях.
Энергия солнца как экологически чистый источник энергии себя зарекомендовала с хорошей стороны и используется в большинстве отраслей человеческие жизни.

Виды кристаллов фотоэлементов

Вид и Специфические особенности
Поликристаллы > Характерная черта – синий цвет, КПД – 14%.

Монокристаллы > Результативность – 16%.

Основа – аморфный кремний > Продуктивность – 6-8%.

Основа – теллурид кадмия > Результативность – 11%.

Основа – полупроводнике CIGS > Значение эффективности – 25%.

От варианта кристаллов фотоэлемента зависит, как работает фотоэлектрическая батарея. Панели на основе монокристаллов обладают большой эффективностью, цена конструкций высокая.

К невысокой категории цен относятся фотоэлектрические панели на основе аморфного кремния, впрочем самая большая продуктивность подобных конструкций всего 8 %. Работа фотоэлектрической батарее на базе аморфного кремния не считается очень длительной.

Рабочий принцип фотоэлектрической панели

Рабочий принцип фотоэлектрической панели состоит в следующем:
1. Происходит падение солнечных лучей на специализированный фотоэлемент.
2. В фотоэлементе делаются пары электронно-дырочного типа.
3. Электроны сверх нормы переносятся из одного слоя полупроводника в другой, в результате этого процесса в окружающей среде образуется напряжение.
Работу фотоэлектрической панели вполне уместно сравнить с колесом, по которому передвигаются электроны. Аккумуляторы при подобном движении понемногу собирают заряд.
В жару менее продуктивно работает фотогальваническая составная часть фотоэлектрической панели. Самую большую отдачу конструкции показывают при ясной зимней погоде.

Необходимо выделить, что падение снега не оказывает влияние на работу батареи, она все равно продолжает хорошо работать.
Энергию солнца можно преобразовывать не только в электрическую, но также и в тепловую. В этом процессе происходит не переустройство, а накапливание энергии.

В этом и заключается рабочий принцип солнечного коллектора: устройство собирает тепло и передает его в тепловой носитель. Такая конструкция используется при отоплении домов.
Фотоэлектрическая батарея в себя включает ряд фотоэлементов, создающих разница потенциалов под воздействием освещения. Если целью считается увеличение напряжения, то необходимо объединять фотоэлементы последовательным методом, если понадобится увеличения силы тока требуется объединить детали параллельно.
Рабочий принцип фотоэлемента позволяет воочию представить, как устроена фотоэлектрическая батарея.
Алгоритм изменения солнечной энергии в электроэнергию:
• влияние светом на полупроводники (фотоэлементы – 2 слоя полупроводника, имеющих разную проводимость, n-проводимость, p-проводимость);
• создание разности потенциалов;
• замыкание цепи;
• получение электроэнергии.
Рассмотрев, из чего складывается фотоэлектрическая панель, делаем вывод о несложной конструкции с относительно низкими финансовыми затратами.

Плюсы и минусы

К плюсам фотоэлектрических панелей можно отнести:
• доступность для промышленных целей и частных клиентов;
• постоянное существование энергетического источника;
• легкость в обслуживании;
• безопасность в применении;
• достаточно большой эксплуатационный период конструкций.
Вырабатываемая солнцем энергия считается альтернативной перспективой грядущего по замене существующих электрических источников.
Минусы энергии солнца:
• небольшая результативность дешевых конструкций;
• зависимость от погоды;
• неизменная уборка отражающей поверхности;
• большая цена мощных установок.
Энергия солнца признана самой перспективной среди остальных видов энергии за счёт следующих факторов:
• отсутствие ущерба для экологии;
• регулярно возобновляемый источник.
Для уменьшения расценки на фотоэлектрические панели важно нарастить мощность потока энергии солнца, попадающей на фотоэлемент.
Для достижения этой цели ученые разработали особенные конструкции:
• трекер (помощник в поисках энергии);
• концентратор нужной энергии (с площади больших размеров отправляет энергию на маленький участок, устройство имеет небольшой вес).
Использование перечисленных выше деталей даст возможность фотоэлектрическим батареям стать главным энергетическим источником при наименьших затратах финансового плана и отсутствием ущерба для экологии.
На видео: Как работает фотоэлектрическая панель?

Как работают фотоэлектрические панели: принцип, устройство, материалы

Фотоэлектрические панели являются более эффективным и чистым в экологическом плане источником электрической энергии. В последние несколько десятков лет эта технология набирает всемирную популярность, мотивируя большей массы людей переходить на недорогую возобновляемую энергию.

Задача данного устройства состоит в преобразовании энергии световых лучей в переменный ток, который может применяться для питания самых разных бытовых и промышленных устройств.

Правительства многих стран выделяют большие суммы средств бюджета, спонсируя проекты, которые направлены на разработку электростанций работающих от солнца. Некоторые города полностью применяют электрическую энергию, получившуюся от солнечных лучей. В нашей стране данные устройства часто применяются для оснащения электрической энергией загородных и личных домов в качестве хорошей замены услугам централизованного энергоснабжения.

Необходимо выделить, что рабочий принцип фотоэлектрических панелей для дома довольно не простой. Дальше рассмотрим детальнее, как работают фотоэлектрические панели для дома детально.

чуть чуть истории

Первые попытки применения солнечной энергии для получения электричества предпринимали еще в середине 20 столетия. Тогда ведущие страны мира предпринимали попытки строительства продуктивных термальных электростанций.

Идея термальной электростанции предполагает применение концентрированных солнечных лучей для нагрева воды до состояния пара, который, со своей стороны, вращал турбины электрогенератора.

Потому как, в такой электростанции применялось понятие трансформации энергии, их результативность была небольшой. Современные устройства напрямую преобразуют лучи солнца в ток благодаря понятию фотоэлектрический эффект.
Современный рабочий принцип фотоэлектрической панели открыли еще во второй половине 30-ых годов девятнадцатого века физиком по имени Александр Беккерель. В первой половине 70-ых годов девятнадцатого века был придуман первый полупроводник, который сделал потенциальным осуществить рабочий принцип фотоэлектрической панели как показала практика.

Фиксики — Солнечная батарея / Fixiki — cartoon for kids

Рабочий принцип

Как было сказано до недавнего времени, рабочий принцип состоит в эффекте полупроводников. Кремний считается одним из очень эффективных полупроводников, из популярных человечеству сейчас.
При нагреве фотоэлемента (верхней кремниевой пластины блока преобразователя) электроны из атомов кремния высвобождаются, после этого их захватывают атомы нижней пластины. Согласно законам физики, электроны стремятся вернуться в собственное первое положение.

Исходя из этого, с нижней пластины электроны двигаются по проводникам (соединительным проводам), отдавая собственную энергию на зарядку аккумуляторов и возвращаясь в верхнюю пластину.
Результативность фотоэлементов, созданных с помощью монокристаллического метода нанесения кремния, считается намного больше, потому как в подобной ситуации кристаллы кремния имеют меньше граней, что дает возможность электронам двигаться прямолинейно.

Устройство

Конструкция фотоэлектрической панели достаточно проста.
Основу конструкции устройства составляют:

• корпус панели;
• блоки изменения;
• аккумуляторы;
• дополнительные устройства.

Корпус делает исключительно функцию закрепления конструкции, не имея больше никакой практической пользы.
Важными элементами являются блоки преобразователей. Это и есть фотоэлемент, который состоит из материала-полупроводника, которым считается кремний.

Можно сказать, что состоят фотоэлектрические панели, устройство и рабочий принцип которых всегда аналогичный, из каркаса и 2-ух тонких слоев кремния, который вероятно будет нанесён на поверхность, как монокристаллическим, так и поликристаллическим методом.

От метода нанесения кремния зависит стоимость батареи, и еще ее результативность. Если кремний наносится монокристаллическим способом, то результативность батареи будет максимально высокой, как и цена.
Если говорить про то, как работает фотоэлектрическая панель, то не забывайте об аккумуляторных батареях. В основном, применяется два аккумулятора.

Один считается очень важным, второй — резервным. Ключевой копит электрическую энергию, тут же направляя ее в электрическую сеть.

Второй копит избыточную электрическую энергию, после этого направляет ее в сеть, когда напряжение падает.
Среди дополнительных устройств можно отметить контроллеры, отвечающих за распределение электрической энергии в сети и между аккумуляторами. В основном, они функционируют по принципу обычного реостата.
Очень основными элементами солнечной назвать диоды. Этот компонент ставится на каждую четвертую часть блока преобразователей, защищая конструкцию от перегревания из-за лишнего напряжения.

Если диоды не установлены, то существует очень высокая вероятность, что после первого дождя система поломается.

Как подсоединяется

Как было сказано до недавнего времени, устройство фотоэлектрической панели очень не простое. Правильная схема фотоэлектрической панели поможет достигнуть самой большой эффективности.

Подсоединять блоки преобразователей нужно с помощью параллельно-последовательного способа, что даст возможность получить идеальную мощность и максимально эффективное напряжение в электросети.

Разновидности фотоэлектрических панелей

Есть несколько вариантов фотоэлементов для фотоэлектрических панелей, которые между собой отличаются строением кристаллов кремния.
Выделяют 3 вида фотоэлементов:

• поликристаллические;
• монокристаллические;
• аморфные.

Первый вид панелей считается более недорогим, но менее успешным, потому как, если кремний нанесён поликристаллическим способом, то электроны не могут двигаться прямолинейно.
Монокристаллические фотоэлементы выделяются самым большим КПД, который может достигать 25 %. Цена подобных батарей выше, но для получения 1 киловатта необходима значительно небольшая площадь фотоэлементов, чем при применении поликристаллических панелей.
Из аморфного кремния делают гибкие фотоэлементы, однако их КПД самый невысокий и составляет 4-6 %.

Плюсы и минусы

Важные достоинства фотоэлектрических панелей:

• энергия солнца совершенно бесплатная;
• дают возможность получать экологично чистую электрическую энергию;
• окупится очень и очень быстро;
• лёгкая установка и рабочий принцип.

• высокая цена;
• для удовлетворения потребностей маленькой семьи в электрической энергии необходима очень высока площадь фотоэлементов;
• результативность значительно падает в облачную погоду.

Как достигнуть самой большой эффективности

Во время покупки фотоэлектрических панелей для дома достаточно немаловажно выбрать конструкцию, которая сможет обеспечить жилье электрической энергией достаточной мощности. Считается, что результативность фотоэлектрических панелей в плохую погоду составляет примерно 40 Вт на 1 метр квадратный за час.

На самом деле, в облачную погоду мощность света на уровне земли составляет примерно 200 Вт на метр квадратный, но 40 % солнца – это инфракрасное излучение, к которому фотоэлектрические панели не чувствительны. Также необходимо учесть, что КПД батареи нечасто превосходит 25 %.
Иногда энергия от интенсивного солнца достигает 500 Вт на метр квадратный, однако при расчетах необходимо учесть очень маленькие критерии, что даст возможность сделать систему независимого электрического снабжения безотказной.
Изо дня в день солнце светит в среднем по 9 часов, если брать среднегодовой критерий. За 1 день метр квадратный поверхности преобразователя способен выработать 1 киловатт электрической энергии.

Если за день жильцами дома израсходуется примерно 20 киловатт электрической энергии, то самая маленькая площадь фотоэлектрических батарей должна составлять примерно 40 метров квадратных.
Впрочем, подобный показатель электропотребления как показала практика встречается нечасто. В основном, жильцы израсходуют до 10 кВТ в день.

Если говорить о том, работают ли фотоэлектрические панели во время зимы, то необходимо не забывать, что в данную пору года сильно уменьшается продолжительность светового дня, однако, если обеспечить систему сильными аккумуляторами, то получаемой за один день энергии должно быть довольно с наличием запасного аккумулятора.
При выборе фотоэлектрической панели достаточно немаловажно смотреть на емкость аккумуляторов. Если необходимы фотоэлектрические панели работающие ночью, то емкость запасного аккумулятора играет главную роль.

Также устройство должно разниться стойкостью к частой перезарядке.
Не обращая внимания на тот момент, что цена установки фотоэлектрических панелей превышает 1 миллион рублей, расходы оправдаются уже за пару лет, потому как солнечная энергия совершенно бесплатна.

Видео

Как устроена фотоэлектрическая панель, расскажет наше видео.