Как применяется солнечные батареи

Применение солнечных батарей

Солнечная батарея — это группа фотоэлементов, вырабатывающая электрический ток под воздействием солнечных лучей.

Схема солнечной фотоэлектрической системы.

Внешняя простота конструкции очень привлекательна по сравнению с турбинами гидроэлектростанций и атомными реакторами, но больших электрических мощностей, чем получаемые на ГЭС и АЭС, использование солнечных батарей пока дать не может.

Солнечный свет — основа тепла и жизни на Земле, своим обилием и легкой доступностью привлекал пытливые умы всех времен. Тысячи лет назад великий Архимед с помощью вогнутых отполированных поверхностей бронзовых щитов сфокусировал лучи солнца и поджег деревянную эскадру римлян. Солнечные коллекторы — собиратели солнечного тепла — популярны и сегодня при использовании в летних душах на дачах и садовых участках.

Схема водонагревательной гелиосистемы.

Солнечная энергия для получения электричества стала применяться только в середине прошлого века. Открытие и использование внутреннего фотоэффекта в полупроводниковых фотоэлементах, развитие технологии их производства позволили создать надежные конструкции солнечных батарей.

В результате падения световых лучей на поверхность полупроводникового фотоэлемента в последнем возникает направленный поток электронов, который и называется электрическим током. Величина его измеряется в микроамперах. Электрическая мощность одного фотоэлемента очень маленькая, поэтому их соединяют в блоки. Основными недостатками, тормозящими широкое использование таких батарей, являются:

• невысокая электрическая мощность;
• высокая стоимость производства.

Малая мощность солнечных батарей обусловлена еще тем, что большая часть падающего на них светового потока рассеивается, отражается или поглощается без выработки электрического тока (потери — до 75%). Отсюда низкие мощности фотоэлементов и высокая стоимость их электроэнергии.

Схема принципа работы и устройства солнечной батареи.

Основным материалом для производства полупроводниковых фотоэлементов является кристаллический кремний. Морские и речные пляжи переполнены песком — ярким представителем кремния, но содержат всевозможные примеси. Технология очистки природного кремния — очень дорогостоящее мероприятие, что сказывается на стоимости фотоэлементов.

Солнечную энергию активно стали использовать в космосе. Солнечные батареи в космических аппаратах — основа для обеспечения питания всей бортовой космической техники. В быту применение фотоэлементов встречается чаще всего в калькуляторах на солнечных батареях. Совершенствование технологий производства кристаллического кремния привело к созданию солнечных батарей на фотоэлементах нового поколения.

Применение солнечных батарей в быту

Схема солнечных модулей.

Бытовое использование фотоэлементов, объединенных в блоки для создания достаточной электрической мощности, находит применение в качестве резервных источников энергии для самых нужных бытовых приборов.

Дачи и загородные дома в условиях нашей действительности весьма уязвимы для временных отключений электроэнергии. Даже элитные участки, застроенные роскошными зданиями, не застрахованы от этих явлений. Отсутствие, хотя бы временное, возможности использования привычной бытовой техники: холодильника, микроволновой печи, тостера, телевизора — создает бытовые неудобства и раздражает.

Солнечные батареи устраняют зависимость от временных отключений электроэнергии и создают ощущение свободы и комфорта. За дополнительный комфорт приходится платить, так как применение таких батарей возможно только в комплекте со специальными приборами:

• аккумуляторы для накопления электроэнергии, выработанной фотоэлементами батареи;
• контроллер для регулировки оптимального расходования накопленной электроэнергии;
• инвертор для питания бытовых приборов.

Подключение и обслуживание

Правильно подключить и использовать солнечную батарею — такая задача встает сразу же после приобретения этого недешевого оборудования. Вот самый минимальный перечень мероприятий по организации автономного электроснабжения:

• выбрать необходимое число модулей из фотоэлементов для сборки батарей;
• выбрать способ подключения;
• предусмотреть установку диодного шунта от возможного затенения фотоэлементов;
• установить регулятор зарядки аккумуляторов;
• установить контроллер для всей системы фотоэлементов.

Специфика работ требует привлечения специалиста, чтобы правильно подключить батарею.

Обслуживание солнечных батарей несложно, но требует внимания. Фотоэлемент, точнее, кристаллический полупроводник, долговечен и неприхотлив к изменению внешних условий. Элементы конструкции фотоэлектрических модулей и батарей в период эксплуатации изменяют свои свойства:

• загрязнение поверхностей фотоэлементов снижает их эффективность;
• защитная пленка снижает со временем светопропускание на 10-20%, что требует регулировки в электрических цепях;
• перегрев контроллера и инвертора нарушает электрические характеристики системы;
• изоляция подводящих проводов разрушается от влаги и перепада температуры.

Пользоваться неисправной батареей категорически запрещено.

Перспективы развития использования солнечной энергии

Схема электросети при использовании солнечных батарей.

Установка на крышах домов в городах солнечных преобразователей очень перспективна для экономии электроэнергии, но требует государственной поддержки. Например, бытовым потребителям фотоэлектрической энергии в Германии субсидируют коммунальные платежи.

В государствах, где солнечные дни преобладают (Испания, Израиль), разрабатываются проекты жилых и промышленных зданий с солнечными батареями на крыше. Сложность технологии производства и высокая стоимость фотоэлементов не позволяют добиться массового производства.

Электромобили сегодня реально эксплуатируются, но в небольших масштабах из-за необходимости частых подзарядок аккумуляторов. Зарядка автомобильных аккумуляторов солнечными батареями — это прорыв в автомобильной промышленности по созданию конкурентоспособных электромобилей.

По долгосрочным техническим прогнозам к середине 21 века, себестоимость электроэнергии фотоэлементов приблизится к себестоимости ее типовых поставщиков. С точки зрения экологии, автономные мощные источники электроэнергии в виде солнечных батарей получат широкое распространение.

Источник

Солнечные батареи: повсеместно и для всех

Развитию солнечной энергетики уделяет внимание всё больше стран, всячески способствуя открытию новых мощных солнечных электростанций (СЭС). Их основу представляют панели, составленные из специальных фотоэлементов. Именно последние преобразуют энергию солнца в электричество. Кроме как в СЭС, солнечные батареи могут использоваться в самых разных областях

Как применяются солнечные батареи

Фотоэлементы удобны тем, что могут быть размещены на любой поверхности или встроены в различные устройства. Главное, чтобы на них попадало достаточное количество света.

Из этой части вы узнаете, как солнечная энергия используется в домах, для зарядки электроники, на улицах городов и в медицине.

Жилые помещения

Солнечные батареи для дома пользуются популярностью уже не первый год.

Для питания частного дома или дачи нужен следующий набор оборудования:

• солнечные панели;
• контроллер заряда;
• аккумулятор;
• инвертор.

На практике всё выглядит так:

1. Солнечный свет поглощается элементами панелей, которые в итоге выдают постоянный ток. Для нужд одного дома обычно нужно около 20 панелей. Их точное количество рассчитывается в зависимости от количества потребителей и уровня солнечного излучения в конкретном регионе.
2. Аккумуляторы накапливают поступающую энергию. Это позволяет обеспечивать стабильное питание для электроприборов в ночное время или во время облачной погоды.
3. Инвертор преобразует постоянный ток в переменный, от которого работает большинство домашней техники.
4. Контроллер заряда играет одну из ключевых ролей в этой схеме – защищает аккумулятор от перезаряда или полной разрядки, а также обеспечивает подачу тока к инвертору или потребителям постоянного тока.

Читайте также: Изобретения Николы Теслы, изменившие мир. Во многом именно благодаря вкладу этого человека для передачи электричества используется переменный ток.

Сами панели обычно устанавливаются на крыше дома и/или на специальные опоры. Некоторые жители многоквартирных домов также умудряются использовать солнечную энергию.

Уже сегодня доступны варианты с выбором самых разнообразных текстур. То есть дополнительно солнечные батареи начинают выполнять декоративную функцию.

Интересный факт! Стандартная домашняя солнечная система в год экономит до 1200 кг углекислого газа.

Отдельное внимание заслуживает кровельный материал с интегрированными фотоэлементами. Речь идёт о черепице Solar Roof, разработанной компанией Tesla. Это современное и долговечное решение для дома.

Окупается установка солнечных батарей через 3-4 года. При этом в дальнейшем вы получаете источник бесплатного электричества, требующий минимального обслуживания.

Зарядные устройства и портативные источники питания

Особую популярность последнее время приобрели небольшие переносные блоки с фотоэлементами. Наиболее востребованы они среди любителей вылазок на природу. Так каждый может закупить необходимое количество небольших панелей и собрать свою переносную мини-электростанцию.

А так может выглядеть самодельная солнечная зарядка:

В походе от неё можно заряжать телефоны, фотоаппараты и прочую электронику. Можно зарядить и Power bank на случай, если понадобиться источник питания ночью или в пасмурную погоду. Кстати, сегодня и сами Павербанки оборудуются солнечными модулями.

Фотоэлементы встраиваются в самые разнообразные походные принадлежности. Например, на том же Алиэкспрессе без проблем можно отыскать рюкзак с солнечной панелью.

Или даже целую палатку.

Кстати, не забывайте использовать кэшбек, заказывая что-то в Интернете. Об этом у нас есть отдельная статья.

Заканчивая тему оригинальных источников энергии, стоит упомянуть такое интересное решение, как солнечная розетка. Она крепится на стекло, освещаемое солнечными лучами. Понятно, что для бесперебойного питания бытовой техники она не подходит, но для подзарядки гаджетов это отличный вариант.

Энергосбережение на улицах городов

Солнечные батареи повсеместно используются в обустройстве городов всего мира. Они питают фонари, светофоры, вывески, терминалы и многоженство других уличных объектов.

В некоторых странах часто можно увидеть уличные деревья с солнечными панелями, которые вырабатывают энергию для подзарядки смартфонов, раздачи Wi-Fi и освещения улиц.

Отельное внимание заслуживает интеграция фотоэлементов в дорожное покрытие. Примером тому проект Solar Roadways. Идея в том, чтобы постепенно заменить весь асфальт на специальные экопанели, которые будут не только перерабатывать солнечную энергию в электричество, но и выполнять ряд других задач:

• растапливание снега;
• «умная» дорожная разметка;
• подсветка в тёмное время суток;
• отвод и фильтрация дождевой воды;
• подсветка всех объектов на дороге: автомобили, люди, животные и пр.

• 
• 
• 

Пока проект на стадии разработки.

Другой пример – это SolaRoad – уже готовая велосипедная дорожка из солнечных панелей. Находится она в городе Кроммени (Нидерланды). Дорожка состоит из модулей 2,5 x 3,5 м, а общая её протяжённость – 90 м. Выработанная энергия используется для освещения улиц и поступает в городскую электросеть.

Медицина

Жители отдалённых регионов Африки нуждаются в качественном медицинском обслуживании и лекарствах. Оптимальным решением стали мобильные клиники, которые перемещаются от поселения к поселению с помощью верблюдов. Из-за особенностей рельефа другой транспорт здесь использовать нельзя.

Главной проблемой всегда была перевозка препаратов в условиях высокой температуры – без охлаждения они быстро приходят в негодность. Решением стало использование холодильников, которые питаются от солнечных батарей. Всё необходимое устанавливается на верблюда с помощью специальной бамбуковой рамы.

Другой интересный пример – это фотоэлементы, для вживления под кожу. Сегодня для замены батарей различных имплантатов, например, кардиостимулятора необходимо проводить вмешательство в организм. Если для питания использовать аккумуляторы, заряжающиеся от солнца, то регулярно менять батареи не придётся. Подкожная пластина в несколько раз тоньше волоса и имеет площадь 0,07 см 2 .

По итогу

Солнечные панели сегодня находят применение буквально везде. Несомненно, что на данном этапе не все перечисленные проекты эффективны и финансово оправданны. Но такие примеры доказывают, что будущее солнечной энергетики не так туманно, и рано или поздно человечество слезет с «нефтяной иглы» и перестанет отравлять атмосферу.

Обязательно ознакомьтесь со второй частью, где мы рассматриваем электромобили на солнечной энергии, возможность строительства космической солнечной электростанции и множество необычных решений с использование солнечных батарей.

Источник