Получение электроэнергии при помощи солнечных батарей

ТОП-3 способа получения солнечной энергии: как получают и используют

Дата публикации: 13 декабря 2018

Солнце — неиссякаемый и общедоступный энергетический источник. Вся поверхность Земли получает от Солнца такое большое количество энергии, что ее хватило бы для удовлетворения всех энергетических нужд населения планеты на миллионы лет вперед. В ясную погоду на один кв.метр Земли поступает в среднем 1000 Ватт. Главная проблема использования этого неиссякаемого источника — неравномерное поступление солнечных лучей: в некоторых регионах можно наслаждаться ясной погодой до 340 дней в году, а в некоторых едва ли наберется и пары десятков безоблачных деньков.

Во что преобразовывают и как добывают солнечную энергию

Солнечная энергетика относится к разряду альтернативной. Она динамично развивается, предлагая новые методы получения энергии от Солнца. На сегодняшний день известны такие способы получения солнечной энергии и ее дальнейшего преобразования:

• фотовольтаика или фотоэлектрический метод — сбор энергии с помощью фотоэлементов;
• термовоздушный — когда энергия Солнца преобразуется в воздушную и направляется на турбогенератор;
• гелиотермальный способ — нагревание лучами поверхности, накапливающей тепловую энергию;
• «солнечный парус» — одноименное устройство, работающее в безвоздушном пространстве, преобразовывает солнечные лучи в кинетическую энергию;
• аэростатный метод — солнечное излучение нагревает баллон, где за счет тепла генерируется пар, который и служит для выработки резервной электроэнергии.

Получение энергии от Солнца может быть прямым (через фотоэлементы) или косвенным (с помощью концентрации солнечной энергии как в случае с гелиотермальным способом). Главные преимущества солнечной энергетики — отсутствие вредных выбросов и снижение затрат на оплату электричества. Это стимулирует все большее количество людей и предприятий прибегать к солнечной энергетике как к альтернативе. Активнее всего альтернативная энергетика используется в таких странах, как Германия, Япония и Китай.

ТОП-3: самые популярные способы получения солнечной энергии

Популярность тех или иных способов обуславливается такими факторами, как эффективность, надежность и стоимость технологии:

1. Использование солнечных панелей (батарей);
2. Солнечные коллекторы (гелиосистемы);
3. Гелиотермальные электростанции.

Батареи и модули знакомы всем, кто хоть раз интересовался альтернативным способом получения электричества. Такие панели могут использоваться как в промышленных масштабах, так и для частных нужд. С помощью солнечной батареи можно решить множество задач: зарядить телефон, питать систему автономного освещения, обеспечить электричеством дом или целое поселение. В зависимости от поставленных целей, внутреннее устройство и принцип работы батарей отличаются друг от друга.

Гелиосистемы превращают энергию Солнца в тепловую. Они различаются между собой по типу конструкции и объемам производительности. Так плоские гелиосистемы сохраняют прежние объемы мощности при низкой температуре, зато вакуумные на 40% эффективней в ясную погоду. Любопытно, как использовать эту солнечную энергию в домашних условиях? Гелиосистемы могут быть компактных размеров: их устанавливают прямо в доме, чтобы сэкономить на отоплении и нагреве воды. В промышленных масштабах их используют для сушки сырья или для уменьшения нагрузки на отопительные узлы.

Гелиотермальные электростанции способны обеспечивать электричеством целые города. Их конструкция представляет собой управляемые компьютером зеркала, что ловят лучи и направляют их в центр башни. Под воздействием концентрированной солнечной энергии вода в башне становится паром, что обеспечивает достаточный уровень давления для вращения турбины, которая и вырабатывает электричество. Для сравнения: гелиотермальная электростанция Иванпа Солар вырабатывает столько же электричества, сколько и средняя московская ТЭЦ.

• Тонкопленочная технология отвоевывает позиции на рынке солнечной энергетики
• Солнечная энергетика захватывает новые стихии
• Ложка дегтя в бочке с солнечными батареями
• Какая жизнь без света?

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Источник

Как солнечная энергия преобразуется в электричество?

Первым шагом для преобразования солнечной энергии в электричество является установка фотоэлектрических (PV) ячеек или солнечных элементов. Фотоэлектричество означает свет и электричество. Эти клетки задерживают солнечную энергию и превращают ее в электричество. Эти солнечные элементы изготовлены из материалов, которые показывают фотогальванический эффект, то есть когда солнечные лучи ударяют по фотогальванической ячейке, фотоны света пугают электроны внутри ячейки, заставляя их начать течь, в конечном итоге производя электричество.Покупая солнечные батареи , было бы полезно знать варианты, доступные на рынке. Вот схема основных:

• Поликристаллический — в нем используется многокристаллический кремний
• Монокристаллический — идеально подходит для небольших помещений
• Тонкая пленка — обычно более крупная по размеру и более эффективная в течение дня

Различие между материалом, используемым для производства монокристаллического и поликристаллического, заключается в создании кремниевой подложки, используемой для производства солнечных элементов и, в конечном счете, солнечных панелей. Как следует из названия, поликристаллический означает многочисленные кристаллы, а монокристаллический — монокристалл. Чем больше размеры кристаллов, тем эффективнее солнечные элементы, что объясняет, почему монокристаллические клетки обычно на 10-15% эффективнее поликристаллических кристаллов.

Как работают солнечные панели?

Панель солнечных батарей должна быть установлена ​​на открытой площадке, которая не засоряется деревьями или какой-либо установкой. Лучшая ставка — крыша. Затем он подключается к зданию через инвертор. Инвертор — это устройство, которое преобразует переменный ток (переменный ток) в постоянный (постоянный ток). Таким образом, в этом случае переменный ток представляет собой энергию, создаваемую солнечными батареями. Эта солнечная энергия преобразуется в переменную. Причина преобразования постоянного тока в переменный ток заключается в том, чтобы обеспечить использование энергии различными бытовыми приборами именно так, как вы питаете электронику с нормальным электричеством.

Соображения, которые следует учитывать перед установкой солнечных панелей

Прежде чем предпринимать какие-либо шаги для установки солнечных батарей в вашем доме, убедитесь, что солнечная энергия подходит вам и вашему дому. Затем убедитесь, что в вашем населенном пункте имеется достаточное количество солнечного света . Пригодность солнечной энергии значительно варьируется в зависимости от того, сколько солнца получает площадь. Если ваша область не получает достаточного солнечного света, инвестирование в солнечные батареи не будет лучшей причиной.Определив, что ваша область получает достаточный солнечный свет, убедитесь, что место для установки доступно . Мы узнали, что солнечные панели типично устанавливаются на крышах зданий. Хотя это похвально, это не единственный вариант. Если у вас есть свободное место на заднем дворе, это будет идеальное место для наземного крепления. Вариант заднего двора идеально подходит для тех, чьи крыши сильно затенены или не имеют структурной важности для солнечных панелей. Кроме того, важно знать местные законы, касающиеся установки солнечных батарей, чтобы избежать неприятностей с местными властями. Вы можете получить эту информацию от своего местного консультанта по солнечной энергии

Воздействие на окружающую среду

Хотя солнечная энергия считается одним из самых чистых и возобновляемых источников энергии среди доступных источников, но также имеет некоторые экологические последствия. Солнечная энергия использует фотогальванические элементы для получения солнечной энергии. Однако производство фотогальванических элементов для получения энергии требует кремния и производства некоторых отходов . Неправильное обращение с этими материалами может привести к опасному воздействию людей и окружающей среды. Для установки солнечных электростанций может потребоваться большой участок земли, который может повлиять на существующие экосистемы . Солнечная энергия не загрязняет воздух при преобразовании в электричество солнечными батареями. Он встречается в изобилии и не помогает в глобальном потеплении.

Будущее солнечной энергии

Прежде чем мы будем обсуждать будущее солнечной энергии, мы должны сначала поставить некоторые факты в перспективу:Изменение климата — это реальное явление и большая угроза для людей и других форм жизни на планете Земля.Если мы серьезно относимся к тому, чтобы риск наших детей нести основную тяжесть последствий изменения климата, мы должны занять первое место в минимизации темпов выбросов парниковых газов на 80% к началу 2050 года. Поскольку 60% глобальных выбросов результаты использования энергии, мы обязаны начинать технологии с низким уровнем выбросов углерода в огромных масштабах, начиная с сегодняшнего дня.Солнечная энергия является крупнейшим энергетическим ресурсом,Независимо от того, являются ли они возобновляемыми или нет, другие источники энергии, кроме геотермальных, ядерных и приливных, вытекают из солнечного света. Ископаемое топливо — это просто солнечная энергия, встроенная в течение десятилетий (с использованием остатков животных и растительной жизни) в качестве батарей. Волна и энергия ветра обязаны своим происхождением солнечной энергии. Среди источников энергии с низким уровнем выбросов углерода это просто ветер, солнечная энергия и, возможно, ядерная энергия, которая может обеспечить развертывание уровня тераватт (TW), необходимое для удовлетворения постоянно растущего спроса на энергию.Существует значительное увеличение солнечных фотоэлектрических технологий.Фотоэлектрические технологии расширяются быстрее, чем любые энергетические технологии. Емкость всех установленных фотоэлектрических устройств удваивается каждые 2 года с 2000 года, до 201 гигаватт-пиков (GWp) в 2014 году. Этот экспоненциальный рост не показывает признаков ослабления. Если быстрый рост фотогальванических технологий продолжится с такими экстраординарными темпами, солнечная энергия, без каких-либо сомнений, удовлетворит весь мировой спрос на энергию в течение следующего десятилетия.Тем не менее, будущее солнечной энергии — не что иное, как яркое, учитывая такие крупные экономики, как США, а Китай — миллиарды долларов на разработку и установку солнечных энергетических технологий. Кроме того, тот факт, что солнечная энергия является возобновляемым ресурсом, делает ее привлекательной для большинства правительств, которые уменьшают зависимость от ископаемых видов топлива.

Источник

Электроснабжение при помощи солнечных батарей: обзор панелей на отечественном рынке

Статья поможет определиться с необходимостью приобретения автономных источников электроснабжения, широко охватывает тему автономного электроснабжения с помощью солнечных батарей, достоинства и недостатки данного источника энергии.

Все большую популярность приобретают солнечные батареи в связи со все большей их доступностью как в финансовом плане, так и на фоне расширения ассортимента в торговых сетях. Написано много статей, в которых приводятся технико-экономические обоснования внедрения гелиостанций (так называют системы генерации солнечной энергии). Правда, срок их окупаемости достигает нескольких лет.

Большой сегмент потребителей переходит к автономному электроснабжению не столько из-за желания сэкономить, сколько по причине обеспечения электропитанием в районах, где есть перебои с электроснабжением или такового нет вовсе.

Широко используется генерация солнечной энергии для дачных домиков в летнее время. Они характеризуются низкой мощностью потребления и сезонностью работы солнечных батарей. Более редкие случаи — полная электрификация дома альтернативными источниками. Но построение систем генерации солнечной энергии для разных условий эксплуатации принципиально одинаково. Итак, рассмотрим этот вопрос обстоятельно и по порядку.

Типы солнечных батарей

Иному обывателю и невдомек, что количество разновидностей солнечных батарей уже приближается к десятку. Чтобы как-то структурировать в сознании все многообразие светоприемников, разделим их на 2 класса:

Кремниевые солнечные батареи

Широко представлены на рынке монокристаллическими и поликристаллическими панелями. Также к этой группе отнесем аморфные кремниевые панели и гибридные солнечные ячейки. Как понятно из названия класса, изготавливаются эти светоприемники из кремния и кремневодорода. Распространение солнечных модулей на основе кремния обусловлено их высокой удельной энергоэффективностью, но достаточно сложный технологический процесс изготовления делает их недешевыми.

Монокристальные солнечные панели — это квадраты черного цвета со скошенными углами. На данный момент у таких панелей самый высокий КПД — до 22%. Все светочувствительные ячейки монокристаллической панели ориентированы в одном направлении, с одной стороны этим объясняется относительно высокий КПД, с другой стороны панель должна быть всегда обращена к солнцу для получения максимальной энергоотдачи. При рассеянном свете, например, в пасмурную погоду, на рассвете и закате, электрические параметры генерации электроэнергии совсем не впечатляют.

Другой тип солнечных панелей: поликристаллические — имеют более низкий КПД по сравнению с монокристаллами (порядка 12–18%), но благодаря разнонаправленности кристаллов кремния в панели достигается лучшая энергоэффективность в рассеянном свете. Поликристаллические панели можно узнать по правильной квадратной форме пластин темно-синего цвета с морозным рисунком.

Аморфные кремниевые панели (или, как их обозначают, а-Si) — самые низкопроизводительные в линейке кремниевых приемников солнечной энергии. Их КПД находится на отметке в 5–6%. Но их применение может быть оправдано. И вот почему:

• во-первых, степень поглощения светового потока у этих панелей в 20 раз выше, чем у других кремниевых конкурентов;
• во-вторых, хаотичная ориентированность светочувствительных ячеек повышает эффективность a-Si в пасмурную погоду.

Гибридные преобразователи светового потока — это объединение аморфного кремния с микрокристаллами. Такие панели схожи по свойствам с поликристаллическими элементами, с той лишь оговоркой, что их производительность в рассеянном свете гораздо выше. Также кроме ультрафиолетового спектра гибридные панели могут преобразовывать в электричество излучение инфракрасного диапазона.

Пленочные солнечные батареи

Достаточно новая разработка в сфере солнечных светоприемников. Нужно сказать, что в данный момент на российском рынке трудно встретить пленочные модули, что обусловлено их высокой стоимостью. Поэтому ограничимся перечислением их типов.

К пленочным отнесем элементы на основе теллурида кадмия (CdTe), диселенида меди-индия (CIS), диселенида меди-индия-галлия (CIGS) и полимерные. Полимерные панели — это наиболее перспективное направление развития пленочных технологий, так как производители обещают их низкую стоимость, правда и КПД всего 6%.

Прежде чем углубиться в описание солнечных панелей, несколько слов о её параметрах. На рисунке ниже приведена вольтамперная характеристика солнечной панели (красным цветом) и кривая изменения мощности (синим цветом). На графике обозначены точки, которые встречаются в технических характеристиках солнечных батарей.

Так, ток короткого замыкания — это ток, который возникает при замыкании цепи солнечной батареи (напряжение батареи при этом равно нулю). Напряжение холостого хода, наоборот, параметр разомкнутой цепи (ток при этом равен нулю). Эти два режима не являются рабочими. Номинальный рабочий режим показан желтой точкой на пересечении пунктирных линий. В этой точке максимальный рабочий ток и напряжение. Самое эффективное использование солнечной батареи соответствует этой рабочей точке.

На российском рынке в большинстве своем представлены моно- и поликристаллические панели в большом ассортименте. Как и следовало ожидать, большинство из них — китайского производства. Но ведь это и неудивительно: Китай — лидер в производстве и продаже систем генерации солнечной энергии. Кроме того, на рынке присутствуют немецкие (Calixo, SCHOTT) и японские (SHARP) солнечные батареи.

Российские же «производители» солнечных батарей — это фирмы, которые в большинстве своем продают китайскую продукцию, выдавая её за свою. Также широко развит сегмент производителей, занимающихся сборкой панелей из китайских комплектующих. Но не все так безнадежно. Россия может «похвастаться» и своими производителями солнечных панелей. В Новочебоксарске находится завод «Хевел», который специализируется на производстве тонкопленочных гибридных панелей. В Краснодаре на заводе «Сатурн» изготавливают солнечные батареи на основе арсенида галлия, продукция ориентирована, в основном, на космическую промышленность. Два завода, которые наиболее ориентированы на производство бытовых модулей, расположены в Зеленограде («Телеком-СТВ») и Рязани («Рязанский завод металлокерамических приборов», РЗМКП).

Ассортимент рязанских солнечных батарей ограничен двумя основными типами:

• RZMP-130-Т — имеет выходное напряжение 15,9–17,5 В, диапазон мощностей 105–145 Вт;
• RZMP-220-Т — имеет выходное напряжение 27,7– 29,1 В, диапазон мощностей 200–240 Вт.

«Телеком-СТВ» предлагает гораздо большее количество артикулов своей продукции: моно- и поликристаллические модули, монокристаллические модули с повышенной эффективностью, гибкие и специализированные солнечные батареи. Выходное напряжение модулей адаптировано как для низковольтных систем (17–18,5 В), так и высоковольтных (34–38 В). При этом цена этих солнечных батарей в полтора раза ниже рязанских. Например, рязанская RZMP-130-Т мощностью 120 Вт обойдется покупателю в 16100 рублей, а зеленоградскую ТСМ-120А мощностью 123 Вт можно приобрести за 9658 рублей. При этом вес и габариты зеленоградских панелей меньше рязанских. Единственное, что говорит в пользу рязанских солнечных батарей — это подробная информация об изделии.

Отдельно скажем несколько слов о заводе «Хевел», что в Новочебоксарске. Единственный завод в России, который начал изготавливать панели на основе аморфного кремния с вкраплениями микрокристаллов по микроморфной технологии. Учитывая, что на значительной части территории России большой процент пасмурных дней в году, панели «Хевел» имеют большой потенциал в борьбе за рынок с моно- и поликристаллами. В розничной продаже панелей «Хевел» пока нет, но, судя по оптовым ценам, потребителю придется выложить порядка 10000 рублей за 125-ти ваттную панель. Прямым конкурентом «Хевел» являются тонкопленочные гибридные панели тайваньского производителя Green Energy Technology. Тайваньские панели уже сейчас можно приобрести за 7000 рублей.

Сравнительная таблица российских, тайваньских и китайских солнечных батарей

В конечном итоге потребителю самому решать, какие панели ему выбрать. В качестве рекомендации хочется отметить, что для автономного электроснабжения дома можно порекомендовать поликристаллические модели солнечных батарей. Да, монокристаллические панели более эффективны, но не стоит забывать, что это довольно условно.

Максимальная мощность монокристаллических элементов будет достигнута лишь в солнечный день с использованием систем поворота светочувствительных элементов. Поэтому данные панели в большей степени подойдут жителям южной полосы России, где количество солнечных дней максимально. В остальных же регионах при проектировании систем автономного электроснабжения имеет смысл обратить свое внимание на сравнительно новые панели, произведенные по микроморфной технологии, которые способны преобразовывать в электричество не только солнечный ультрафиолет, но и инфракрасное излучение. Это их достоинство может с лихвой покрыть недостаток низкого КПД.

Замечу напоследок, что лично я отдал предпочтение поликристаллической панели, поскольку предназначена она для временного электроснабжения дачного домика в летний период. Отсюда следует, что планируемая нагрузка — небольшая, световой день продолжительный и солнечный. Поэтому поликристаллическая солнечная батарея в моем случае наиболее оптимальна.

Источник