Меню Закрити

Принцип роботи сонячної батареї перетворення енергії в електричну в похмуру і хорошу погоду

Принцип роботи сонячної батареї і її конструкція

До недавнього часу ідея забезпечити свій будинок автономним джерелом електричного живлення здавалася чимось фантастичним і нереальним. У наші дні така можливість з'явилася завдяки розробленим вченими і конструкторами спеціальним фотопластиной, які лежать в основі принципу роботи сонячної батареї. У Європі багато власників приватних будинків вже встановили подібне обладнання і навіть продають надлишки отриманої енергії. Такі пристрої можна застосувати в регіонах, де дуже багато сонячних днів.

Важлива інформація про технології

Якщо детально розглядати сонячну батарею, принцип роботи зрозуміти нескладно. Окремі ділянки фотопластини змінюють провідність на окремих ділянках під впливом ультрафіолетового випромінювання.

В результаті відбувається перетворення сонячної енергії в електричну, яку можна відразу використовувати для електроприладів, або ж накопичувати на знімних автономних носіях.

Щоб більш детально зрозуміти такий процес, потрібно оцінити кілька важливих аспектів:

  1. Сонячна батарея – це спеціальна система фотоелектричних перетворювачів, які утворюють загальну конструкцію і з'єднані в певній послідовності.
  2. У структурі фотоперетворювачів знаходиться два шари, які можуть відрізнятися типом провідності.
  3. Для виготовлення цих перетворювачів використовують кремнієві пластини.
  4. Також до кремнію додається фосфор в шарі n-типу, що викликає появу надлишку електронів з негативно зарядженим показником.
  5. Шар р-типу виготовляють з кремнію і бору, що призводить до утворення так званих «дірок».
  6. В кінцевому підсумку обидва шару розташовуються між електродами з різним зарядом.

Принцип дії

Ці пристрої багато екологів називають джерелом енергії майбутнього. Справа в тому, що вони, якщо не брати до уваги саме виробництво приладів, екологічно безпечні.

На панель з негативним зарядом впливає ультрафіолетове світло, який сприяє прогресивному формуванню додаткових негативних електронів і так званих «дірок». Дія електричного поля, що знаходиться в р- n переході, починається поділ позитивно і негативно заряджених частинок.

Перші елементи йдуть в верхній шар, а другі – в нижній. В результаті утворюється різниця потенціалів, або постійна напруга. Якщо коротко описати подальший процес, то тут фотоперетворювач працює немов батарейка. І як тільки на нього впливає додаткове навантаження, в ланцюзі з'являється електричний струм, сила якого залежить від різних чинників, включаючи:

  1. Рівень інсоляції.
  2. Розмір перетворювача.
  3. Тип фотоелемента.
  4. Загальний опір електроприладів, які приєднані до панелі.

види панелей

В даний час поширені різні види сонячних батарей. Серед них:

  1. Полі-і монокристалічні.
  2. Аморфні.

Для монокристалічних панелей характерна невисока продуктивність, однак вони коштують відносно недорого, тому дуже популярні. Якщо необхідно обладнати додаткову систему електроживлення для альтернативної подачі струму при відключенні основної, то покупка такого варіанту цілком виправдана.

Полікристали знаходяться на проміжній позиції за цими двома параметрами. Такі панелі можна використовувати для забезпечення централізованої подачі електроенергії в тих місцях, де доступу до стаціонарної системі з яких-небудь причин немає.

Що стосується аморфних панелей, то вони демонструють максимальну продуктивність роботи, але це істотно підвищує вартість обладнання. У пристроях цього типу присутній аморфний кремній.Варто відзначити, що придбати їх поки нереально, оскільки технологія знаходиться на стадії експериментального застосування.

Роль контролера в батареях

Описані вище фотоелектричні перетворювачі сонячної енергії можуть бути гідною альтернативою для централізованих систем подачі електричної енергії, за умови, що їх перестануть оснащувати контролерами, які регулюють ступінь заряду обладнання.

Призначення таких елементів полягає в ефективному перерозподілі одержуваної енергії і подальший напрямок її до джерела споживання. Також ці деталі здатні зберігати отриманий запас в акумуляторі.

Сьогодні поширені різні типи контролерів, які можуть відрізнятися один від одного ступенем збільшення загальної ефективності системи.

Крім великих, недешевих панелей в продажу пропонується безліч доступних приладів, які працюють за таким же принципом. Останнім часом набули популярності так звані сонячні ліхтарі, які використовуються для декоративного освітлення в ландшафтному дизайні.

Подібні освітлювальні прилади працюють за тим же принципом: у верхній частині розміщена фотопластина. Протягом сонячного дня ця деталь вловлює і перетворює сонячну енергію, яка потім зберігається в невеликій батареї, розміщеної біля основи ліхтарика. Прилад витрачає енергію в нічний час доби.

Аморфні кремнієві панелі

Вироби аморфного типу, виготовлені з кремнію, стають все поширенішими. У кожній панелі є пластини з стека, пластика або ж фольги, на які нанесено шар кремнію, який створюються за допомогою технології напилення частинок в вакуумному середовищі.

Коефіцієнт корисної дії набагато нижче, ніж у інших типів, т. К. Він становить всього лише 6 відсотків. До того ж кремнієві шари здатні вигоряти на сонці і вже через шість місяців експлуатації втрачати ефективність. В кінцевому підсумку вона падає на 15, а іноді і на 20 відсотків. Термін служби подібних приладів обмежується двома роками.

У подібних батарей є певні плюси, які роблять їх дуже популярними:

  1. Системи здатні працювати навіть в похмуру погоду.
  2. Їх вартість на тлі модернізованих виробів більш приваблива.

В Останнім часом популярність стрімко набирають гібридні фотоперетворювачів. В їх основі – мікрокристали, які розміщені на аморфному кремнії. За принципом дії ці панелі схожі з полікристалічними, відрізняючись лише більш високими потужностями виробленого струму при впливі розсіяного сонячного світла, наприклад, в похмуру погоду або на світанку.

До того ж їх можна використовувати не тільки під прямим ультрафіолетовим випромінюванням, але і в інфрачервоному діапазоні.

Плівкові полімерні перетворювачі

Вважаються гідною альтернативою для кремнієвих виробів і заслуговують лідируючої позиції в списку найбільш продуктивних панелей на ринку. Вже з назви зрозуміло, що такі батареї – це плівка, що складається з декількох шарів. Це сітка алюмінієвих провідників, полімерний шар активного речовини, органічна підкладка і захисна плівка.

Фотоелементи з'єднані воєдино і формують плівкову сонячну батарею рулонного типу. В процесі виробництва виконується багатошарове нанесення на плівку фотоелемента.

Такі прилади мають невелику вагу і компактніше класичним кремнієвих моделей. Для виготовлення не потрібно використовувати дорогі матеріали, а сам виробничий процес набагато дешевше. В результаті рулонні панелі більш затребувані через свою дешевизну.

Однак простий принцип дії істотно знижує показники коефіцієнта корисної дії, тому він становить всього лише 6 відсотків. З мінусів також відзначається лише невелика поширеність, т. К.моделі поки знаходяться на стадії експериментування і практично не доступні для загального користування.

Серед вагомих переваг технології – можливість змінювати розмір батареї, підганяючи його під будь-які параметри. Як вважають експерти, незабаром такі винаходи стануть дуже популярними, тому компанії зможуть запустити виробництво в великих масштабах.

Облаштування системи опалення

В даний час набирає популярність інноваційні опалювальні системи, що працюють на основі сонячних перетворювачів. Це самостійні пристрої з унікальними конструктивними і технічними параметрами, що відрізняються від сонячних батарей.

В якості основного робочого елемента для опалювальних систем використовується колектор, який приймає сонячне світло і автоматично перетворює його в кінетичне електрику. Площа такої частини варіюється від 30 до 70 квадратних метрів. Щоб зафіксувати колектор потрібно застосовувати додаткову техніку, а для з'єднання пластин між собою використовуються металеві контакти.

Наступний компонент системи сонячного опалення – накопичувальний бойлер. Він забезпечує ефективну трансформацію кінетичної енергії в теплову, і викликає нагрівання рідини, об'ємом до 300 літрів. У деяких випадках для підтримки оптимальної температури води використовуються додаткові котли на сухому паливі.

Завершальним вузлом подібної системи є підлогові і настінні елементи, де по мідними трубами циркулює підігріта вода. За рахунок низької температури запуску батарей і рівномірної тепловіддачі, прогрів приміщення здійснюється досить швидко.

Щоб зрозуміти, як працюють системи опалення будинку на сонячних панелях, необхідно більш детально розглянути принцип їх дії.

Між температурними показниками колектора і накопичувального елемента формується певна різниця. Теплоносій, в ролі якого використовується вода з антифризом, стрімко циркулює по системі, в результаті чого утворюється кінетична енергія.

Після проходження рідини через окремі шари системи, отримана енергія стає теплом, яке і обігріває приміщення. Через таких особливостей в будинку завжди зберігається оптимальний температурний діапазон незалежно від часу доби і року. До речі, ринок таких систем постійно розширюється, тому в найближчому майбутньому вони будуть доступні для кожної середньостатистичної сім'ї.

Як працюють геліосистеми

Однак потужності одного фотоелемента не вистачає, для забезпечення більшості господарських потреб, т. К. Навіть при тривалому світловому дні він не здатний видавати необхідну кількість електричної енергії. Тому для підвищення вихідної потужності використовують кілька фотоперетворювачів, які об'єднуються один з одним по паралельній схемі. В результаті відбувається регулярне збільшення постійної напруги. У свою чергу, силу струму підвищують послідовним чином.

Продуктивність роботи сонячних панелей залежить від деяких факторів:

  1. Від температури повітря і самої панелі.
  2. Від правильно вибору адекватного опору навантаження.
  3. Від кута падіння ультрафіолетових променів.
  4. Від наявності або відсутності антивідблисків покриттів.
  5. Від потужності світлового випромінювання.

Важливо розуміти, що чим нижче показники зовнішньої температури повітря, тим краще буде працювати фотоелемент і геліобатарея в цілому. Тут все пояснюється простим принципом. А ось що стосується розрахунку навантаження, то в даному випадку ситуація виглядає складніше. Ці показники підбираються з урахуванням його видають струму, але його величина здатна змінюватися в залежності від погодних умов.

Вести ручної моніторинг змінюються параметрів батареї і постійно підлаштовувати їх проблематично. Замість цього, доцільно обладнати систему автоматичним контролером, який буде в автоматичному режимі змінювати параметри геліопанелі, прагнучи досягти максимальної продуктивності роботи і оптимальних конфігурацій.

Наукою доведено, що ідеальний кут падіння ультрафіолетових променів на геліобатарея – прямий. Але якщо помічається відхилення в радіусі 30 градусів, серйозних втрат не очікується, адже ефективність знижується лише на 5-10 відсотків. Якщо ж кут продовжує змінюватися, ККД ФЕП істотно впаде.

Тепер вам відомо, як працюють різні типи сонячних батарей, які стрімко перетворюються з предмета розкоші в необхідну частину сучасного життя.