Когда придумали солнечные панели

Солнечная батарея

Солнечная батарея — бытовой термин, используемый в разговорной речи или ненаучной прессе. Обычно под термином «солнечная батарея» или «солнечная панель» подразумевается несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток.

В отличие от солнечных коллекторов, производящих нагрев материала-теплоносителя, солнечная батарея производит непосредственно электричество. Однако для производства электричества из солнечной энергии используются и солнечные коллекторы: собранную тепловую энергию можно использовать и для вырабатывания электричества. Крупные солнечные установки, использующие высококонцентрированное солнечное излучение в качестве энергии для приведения в действие тепловых и др. машин (паровой, газотурбинной, термоэлектрической и др.), называются Гелиоэлектростанции (ГЕЭС).

Различные устройства, позволяющие преобразовывать солнечное излучение в тепловую и электрическую энергию, являются объектом исследования гелиоэнергетики (от гелиос греч. Ήλιος , Helios — солнце). Производство фотоэлектрических элементов и солнечных коллекторов развивается быстрыми темпами в самых разных направлениях. Солнечные батареи бывают различного размера: от встраиваемых в микрокалькуляторы до занимающих крыши автомобилей и зданий.

Содержание

Использование

Микроэлектроника

Для обеспечения электричеством и/или подзарядки аккумуляторов различной бытовой электроники — калькуляторов, плееров, фонариков и т. п.

Электромобили

Энергообеспечение зданий

Солнечные батареи крупного размера, как и солнечные коллекторы, очень широко используются в тропических и субтропических регионах с большим количеством солнечных дней. Особенно популярны в странах Средиземноморья, где их помещают на крышах домов.

Новые дома Испании с марта 2007 года должны быть оборудованы солнечными водонагревателями, чтобы самостоятельно обеспечивать от 30 % до 70 % потребностей в горячей воде, в зависимости от места расположения дома и ожидаемого потребления воды. Нежилые здания (торговые центры, госпитали и т. д.) должны иметь фотоэлектрическое оборудование [1] .

В Нидерландах запущен проект по созданию оконного стекла «Smart Energy Glass» с функциональностью фотоэлемента (см. сайт проекта (англ.) ).

Энергообеспечение населённых пунктов

Этот раздел статьи ещё не написан.

Использование в космосе

Солнечные батареи — один из основных способов получения электрической энергии на космических аппаратах: они работают долгое время без расхода каких-либо материалов, и в то же время являются экологически безопасными, в отличие от ядерных и радиоизотопных источников энергии.

Однако при полётах на большом удалении от Солнца (за орбитой Марса) их использование становится проблематичным, так как поток солнечной энергии обратно пропорционален квадрату расстояния от Солнца. При полётах же к Венере и Меркурию, напротив, мощность солнечных батарей значительно возрастает (в районе Венеры в 2 раза, в районе Меркурия в 6 раз).

Эффективность фотоэлементов и модулей

Мощность потока солнечного излучения на входе в атмосферу Земли (AM0), составляет около 1366 ватт [2] на квадратный метр (см. также AM1, AM1.5, AM1.5G, AM1.5D [3] , [4] ). В то же время, удельная мощность солнечного излучения в Европе в очень облачную погоду даже днём может [5] быть менее 100 Вт/м². С помощью наиболее распространённых промышленно производимых солнечных батарей можно преобразовать эту энергию в электричество с эффективностью 9—24 %. При этом цена батареи составит около 1—3 долларов США за Ватт номинальной мощности. При промышленной генерации электричества с помощью фотоэлементов цена за кВт·ч составит 0,25 долл. По мнению Европейской Ассоциации Фотовольтаики (EPIA), к 2020 году стоимость электроэнергии, вырабатываемой «солнечными» системами, снизится до уровня менее 0,10 € за кВт·ч для промышленных установок и менее 0,15 € за кВт·ч для установок в жилых зданиях. [6]

Сообщается, что в отдельных лабораториях получены солнечные элементы с эффективностью 43 % [7] . В январе 2011 года ожидается поступление на рынок солнечных элементов с эффективностью 39% [8] .

Максимальные значения эффективности фотоэлементов и модулей,
достигнутые в лабораторных условиях [9]

Тип	Коэффициент фотоэлектрического преобразования, %
Кремниевые
Si (кристаллический)	24,7
Si (поликристаллический)	20,3
Si (тонкопленочная передача)	16,6
Si (тонкопленочный субмодуль)	10,4
III-V
GaAs (кристаллический)	25,1
GaAs (тонкопленочный)	24,5
GaAs (поликристаллический)	18,2
InP (кристаллический)	21,9
Тонкие пленки халькогенидов
CIGS (фотоэлемент)	19,9
CIGS (субмодуль)	16,6
CdTe (фотоэлемент)	16,5
Аморфный/Нанокристаллический кремний
Si (аморфный)	9,5
Si (нанокристаллический)	10,1
Фотохимические
На базе органических красителей	10,4
На базе органических красителей (субмодуль)	7,9
Органические
Органический полимер	5,15
Многослойные
GaInP/GaAs/Ge	32,0
GaInP/GaAs	30,3
GaAs/CIS (тонкопленочный)	25,8
a-Si/mc-Si (тонкий субмодуль)	11,7

Факторы, влияющие на эффективность фотоэлементов

Особенности строения фотоэлементов вызывают снижение производительности панелей с ростом температуры.

Частичное затемнение панели вызывает падение выходного напряжения за счёт потерь в неосвещённом элементе, который начинает выступать в роли паразитной нагрузки. От данного недостатка можно избавиться путём установки байпаса на каждый фотоэлемент панели.

Из рабочей характеристики фотоэлектрической панели видно, что для достижения наибольшей эффективности требуется правильный подбор сопротивления нагрузки. Для этого фотоэлектрические панели не подключают напрямую к нагрузке, а используют контроллер управления фотоэлектрическими системами, обеспечивающий оптимальный режим работы панелей.

Производство

Очень часто одиночные фотоэлементы не вырабатывают достаточной мощности. Поэтому определенное количество PV элементов соединяется в так называемые фотоэлектрические солнечные модули и между стеклянными пластинами монтируется укрепление. Эта сборка может быть полностью автоматизирована. [10]

Топ десять

Крупнейшие производители фотоэлектрических элементов (по суммарной мощности) в 2010 году. [11]

Производство в России

Заводы производящие солнечные батареи [источник не указан 646 дней] :

1. ООО «Хевел» (Новочебоксарск) [12]
2. «Телеком-СТВ» (Зеленоград)
3. «Солнечный ветер» (Краснодар) [13]
4. ОАО «НПП «Квант» (Москва) [14][15]
5. ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов»
6. ЗАО «Термотрон-завод» (Брянск)
7. ОАО «Сатурн» Краснодар [16]

См. также

Ссылки

• Как сделать солнечные батареи своими руками
• Модели фотоэлектрический инвертор описание (на английском языке) VisSim исходный код диаграмма (англ.)
• Процесс производства фотоэлектрических преобразователей на основе кремния (англ.)

Примечания

1. ↑Spain requires new buildings use solar power
2. ↑«Solar Spectra: Air Mass Zero»
3. ↑«Solar Photovoltaic Technologies»
4. ↑«Reference Solar Spectral Irradiance: Air Mass 1.5»
5. ↑По материалам: www.ecomuseum.kz
6. ↑«Конкурентоспособность энергетики» // Photon Consulting
7. ↑Австралийцы установили новый рекорд КПД солнечных батарей (рус.) . Membrana. Membrana (28 августа 2009). Архивировано из первоисточника 25 июня 2012.Проверено 6 марта 2011.
8. ↑На рынок выходят солнечные батареи с рекордным КПД (рус.) . Membrana. Membrana (25 ноября 2010). Архивировано из первоисточника 25 июня 2012.Проверено 6 марта 2011.
9. ↑http://www.nitolsolar.com/rutechnologies/
10. ↑Производство фотоэлектрического солнечного модуля. Архивировано из первоисточника 25 июня 2012.
11. ↑PVinsights announces worldwide 2010 top 10 ranking of PV module makers
12. ↑ООО «Хевел». Архивировано из первоисточника 25 июня 2012.
13. ↑Солнечный ветер. Архивировано из первоисточника 25 июня 2012.
14. ↑Официальный сайт предприятия
15. ↑«Солнечные» крылья. Сюжеттелестудии Роскосмоса февраль 2012 г.
16. ↑ОАО «Сатурн» Краснодар. Архивировано из первоисточника 25 июня 2012.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Солнечная батарея» в других словарях:

Солнечная батарея — Солнечная батарея. Гелиоустановка с полупроводниковыми солнечными батареями в системе электроснабжения жилого дома. СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ, источник тока на основе полупроводниковых фотоэлементов; непосредственно преобразует энергию солнечной радиации … Иллюстрированный энциклопедический словарь

СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ — (батарея солнечных элементов), устройство, преобразующее энергию солнечного света непосредственно в ЭЛЕКТРИЧЕСТВО. Обычно состоит из кристалла кремния р типа, покрытого кристаллом п типа (см. ПОЛУПРОВОДНИК). Световое излучение вызывает… … Научно-технический энциклопедический словарь

СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ — (батарея солнечных элементов) устройство … Физическая энциклопедия

СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ — см. в ст. Солнечные элементы … Большой Энциклопедический словарь

солнечная батарея — Устройство для выработки электроэнергии в результате поглощения и преобразования солнечной радиации. Syn.: солнечный коллектор … Словарь по географии

солнечная батарея — (батарея солнечных элементов), устройство, в котором происходит непосредственное преобразование солнечного излучения в электрическую энергию с помощью фотоэлементов. Солнечная батарея состоит из многих (до нескольких десятков и сотен тысяч)… … Энциклопедия техники

солнечная батарея — см. Солнечные элементы. * * * СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ, см. в ст. Солнечные элементы (см. СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ) … Энциклопедический словарь

солнечная батарея — saulės baterija statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. solar array; solar battery vok. Solarbatterie, f; Solarzellenbatterie, f; Sonnenbatterie, f rus. солнечная батарея, f pranc. batterie solaire, f; pile solaire, f … Automatikos terminų žodynas

солнечная батарея — saulės baterija statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Įtaisas, paverčiantis Saulės spinduliuotės energiją elektros energija. atitikmenys: angl. solar battery vok. Sonnenbatterie, f rus. солнечная батарея, f pranc.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

солнечная батарея — saulės baterija statusas T sritis chemija apibrėžtis Įrenginys, paverčiantis Saulės spinduliuotės energiją elektros energija. atitikmenys: angl. solar battery rus. солнечная батарея … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Источник

Как работают солнечные батареи

Cолнце есть и будет всегда! Возможно, это слишком смелое заявление, но это действительно так. По крайней мере, с точки зрения человечества. Пусть оно и взорвется через сколько-то там миллионов лет, но к тому времени мы уже покинем эту планету или сами, или в виде кучки пепла, которую развеет в космосе очередной огромный камень, налетевший на наш голубой шарик. Именно из-за такой стабильности Солнца его можно и нужно использовать для получения энергии. Люди уже давно научились это делать и сейчас продолжают совершенствовать технологии солнечной энергетики. Но как же работают солнечные панели, батареи и вообще, как можно превратить свет в электричество внутри розетки?

Солнечные панели позволяют сделать электричество чуть ли не бесплатным.

Когда появились солнечные батареи

Солнечные батареи были изобретены достаточно давно. Впервые эффект преобразования света в электричество был обнаружен Александром Эдмоном Беккерелем в 1842 году. Для создания первых прототипов потребовалось почти сто лет.

В 1948 году, а именно 25 марта, итальянский фотохимик Джакомо Луиджи Чемичан смог сделать то, что мы теперь используем и развиваем. Спустя 10 лет в 1958 году технология впервые была опробована в космосе в качестве элемента питания американского спутника, названного ”Авангард-1”. Спутник был запущен 17 марта, а уже 15 мая того же года это достижение повторили в СССР (аппарат ”Спутник-3”). То есть технологи начала массово применяться в разных странах почти одновременно.

Использование солнечных панелей в космосе — обычная практика.

Подобные конструкции применяются в космосе до сих пор, как важный источник энергии. А еще их используют на Земле для обеспечения энергией домов и даже целых городов. А еще их начали встраивать в гражданские электромобили для обеспечения большей автономности.

Вообще, важность подобных элементов невозможно переоценить. Только так можно добиться получения энергии в любой точке планеты. Гидроэнергетика, атомные станции, ветряки и тому подобные системы могут быть размещены только в определенных местах, стоят очень дорого или требуют соответствующей инфраструктуры. И только солнечные панели позволяют построить дом в пустыне и электрифицировать его. За относительно небольшие деньги. На «ветряк» их точно не хватит.

Как работают солнечные панели

Стоит немного уточнить, что понятие ”солнечная батарея” не очень правильное. Точнее правильное, но не имеющее отношение к тем системам питания, о которых мы говорим. Батарея там обычная, но получает энергию от солнечных панелей, которые преобразуют в электричество свет солнца.

В основе солнечной панели лежат фотоэлектрические ячейки, которые помещены внутрь общей рамы. Для создания таких ячеек чаще всего используется кремний, но возможно использование и других полупроводников.

Энергия вырабатывается в тот момент, когда на полупроводник попадают солнечные лучи и нагревают его. В результате этого внутри полупроводника высвобождаются электроны. Под действием электрического поля электроны начинают двигаться более упорядоченно, что и приводит к появлению электрического тока.

Примерно так выглядит солнечная панель.

Для того, чтобы получить электричество, надо подключить контакты к обеим сторонам фотоэлемента. В результате этого он начнет питать электричеством подключенный потребитель или просто заряжать батарею, которая потом будет отдавать электричество в сеть, когда это понадобится.

Основной упор на кремний делается из-за его кристаллических особенностей. Впрочем, в чистом виде кремний сам по себе является плохим проводником и для изменения свойств к нему делается крайне малое количество примесей, которые улучшают его проводимость. В основном в число примесей входит фосфор.

Как полупроводники вырабатывают электричество?

Полупроводник является материалом, в атомах которого либо есть лишние электроны (n-тип), либо их не хватает (p-тип). То есть полупроводник состоит из двух слоев с разной проводимостью.

В качестве катода в такой схеме используется n-слой. Анодом является p-слой. То есть электроны из первого слоя могут переходить во второй. Переход происходит за счет выбивания электронов фотонами света. Один фотон выбивает один электрон. После этого они, проходя через аккумулятор, попадают обратно в n-слой и все идет по кругу.

Когда энергия выработана, все начинается по кругу, а свет всегда горит.

В современных солнечных панелях в качестве полупроводника используется кремний, а начиналось все с селена. Селен показал крайне низкий КПД — не более одного процента — и ему сразу стали искать замену. Сейчас кремний в целом удовлетворяет требования промышленности, но есть у него и один существенный минус.

Обработка и очистка кремния для приведения его к тому виду, в котором его можно будет использовать, является достаточно затратной процедурой. Чтобы снизить стоимость производства, проводят эксперименты с его альтернативами — медью, индием, галием и кадмием.

Эффективность солнечных панелей

Есть у кремния еще один минус, который не так существенен, как стоимость, но с которым тоже надо бороться. Дело в том, что кремний очень сильно отражает свет и из-за этого элемент вырабатывает меньше электричества.

Даже повесив столько панелей, все равно надо обеспечивать их нормальную работу. В том числе бороться с отражением света.

Для того, чтобы уменьшить такие потери, фотоэлементы покрывают специальным антибликовым покрытием. Кроме такого слоя, надо использовать и защитный слой, который позволит элементу быть более долговечным и противостоять не только дождю и пыли, но даже падающим веткам небольшого размера. При установке на крыше дома это очень актуально.

Солнце -сила! Ее надо использовать!

Несмотря на общую удовлетворенность технологией и постоянную борьбу за улучшение показателей, современным солнечным панелям все равно есть куда стремиться. На данный момент массово производятся панели, которые перерабатывают до 20 процентов попадающего на них света. Но есть и более современные панели, которые пока ”доводятся до ума” — они могут перерабатывать до 40 процентов света.

А вообще, солнечная энергетика это круто! И помните, даже при таком «пАлящем» солнце система будет работать.

Источник