Виды и типы: схемы солнечных электростанций

Солнечная электростанция – специальная инженерная конструкция, которая служит для преобразовании солнечной радиации в электрическую энергию (постоянный или переменный ток). Самый распространенный тип солнечных электростанций основан на плоских фотоэлектрических модулях монокристаллического или поликристаллического вида, которые обеспечивают преобразование солнечной радиации в постоянный ток (DC). В зависимости от применяемой схемы, постоянный ток может инвертироваться в переменный (AC) или стабилизироваться для заряда аккумуляторных батарей.

Ниже подробно описаны принципы работы и схемы солнечных электростанций, которые на сегодняшний день успешно применяются и обеспечивают наибольшую эффективность работы.

Автономная солнечная электростанция
(постоянный ток, DC)

Принцип действия: солнечная радиация преобразуется в постоянный электрический ток при помощи солнечных панелей, которые подключаются к контроллерам заряда аккумуляторов. Электрическая энергия накапливается в аккумуляторах в дневное время суток, когда Солнце активно, после чего может использоваться в любое время для питания потребителей постоянного тока.

Схема электростанции автономного типа постоянного тока

Контроллер заряда на базе ШИМ-контроллера (PWM-тип) обеспечивает заряд аккумуляторов свинцово-кислотного типа AGM VRLA, GEL VRLA или FLA типов.

В случае применения продвинутых солнечных контроллеров заряда, таких как BlueSolar MPPT, возможен заряд аккумуляторов более высокого класса: OPzV (свинцово-кислотные необслуживаемые элементы), OPzS (свинцово-сурьмянистые малообслуживаемые), NiCd (никель-кадмиевые необслуживаемые или малообслуживание) или LiFePO4 (литий-железо-фосфатные аккумуляторы).

Назначение: данный вид солнечной электростанции устанавливают в тех случаях, когда требуется организовать автономное уличное освещение или обеспечить электропитанием любые другие потребители постоянного тока: охранные системы, оперативные цепи постоянного тока, телекоммуникационные установки (радиосвязь, спутниковая связь, интернет и т. д.).

Эффективность работы: очень высокая, 97-98%

Составляющие: Солнечные панели, контроллер заряда, аккумулятор.

Работа в условиях «зелёного» тарифа: невозможна.

Автономная солнечная электростанция
(переменный ток, AC)

Принцип действия: Солнечные батареи вырабатывают постоянный ток в периоды солнечной активности, который поступает к контроллеру MPPT. Контроллер заряда аккумуляторов производит коррекцию (стабилизацию) постоянного тока для заряда аккумуляторов и производит качественный многостадийный заряда батарей различных типов: AGM, GEL, OpzS, OpzV, NiCd или высокотехнологичных литиевых аккумуляторов (Li-ion). Когда аккумуляторный банк полностью заряжен, излишек электрической энергии поступает на вход инвертора напряжения DC/AC, к выходу которого подключаются потребители переменного тока (AC).

В периоды отсутствия солнечной активности (вечер, ночь и раннее утро), электроэнергия для потребителей переменного тока черпается из аккумуляторных батарей (DC) и преобразовывается в переменную (AC) при помощи инвертора напряжения.

Современные функции инверторов позволяют очень гибко настраивать схему работы солнечной электростанции, особенно это востребовано для частных домов и коттеджей.

Схема электростанции автономного типа переменного тока

Схема сетевой электростанции автономного типа переменного тока

Режим I. Автономное электроснабжение. Данная схема может применяться, когда нет сети переменного тока. Вся накопленная за световой день электроэнергия в аккумуляторах используется в вечернее и ночное время для питания потребителей переменного тока. Правильный расчет мощности солнечных панелей (PV-массива) и достаточная энергоемкость аккумуляторов позволяют обеспечить полную автономность объекта.

Режим II. Смешанное электроснабжение. Этот вид электростанций требует наличия сети переменного тока, которая используется при разряде аккумуляторов, чтобы не происходило прекращения подачи электроснабжения дома. Достоинство данного типа в том, что нет необходимости устанавливать больше массивы солнечный батарей и блоки аккумуляторов, т. к. всегда есть возможность получить недостаток электроэнергии от сети.

Режим III. Резервное электроснабжение. В данном случае схема солнечной электростанции предполагает настройку инвертора таким образом, что аккумуляторный банк остается всегда заряженным на 100%. Лишь небольшое количество произведенной солнечной электроэнергии тратится на поддержание полного заряда аккумуляторов, остальной объем преобразуется в переменный ток и используется для питания активных потребителей, излишек отдается в сеть согласно условиям «зелёного» тарифа.

Назначение: описанные выше типы солнечных электростанций востребованы для частных домов и коттеджей, где полностью отсутствует сеть или когда сеть отличается низким качеством. Также данные схемы нередко применимы для коммерческого применения: небольшие производственные участки, системы телекоммуникаций и любые другие области, где требуется создать надежную систему резервного питания с возможностью существенной экономии потрбленной электроэнергии. Стоит отметить, что некоторые режимы работы возможны только в инверторами MultiPlus, Quattro и Symo Hybrid, которые поддерживают тонкую настройку и передачу избытка электроэнергии по «зелёному» тарифу.

Эффективность работы: высокая, до 90-93% при прямом и инвертируемом режимах.

Составляющие: солнечные панели, MPPT-контроллер, аккумуляторный банк, гибридный инвертор, реже – дизельный генератор.

Работа в условиях «зелёного» тарифа: поддерживается.

Сетевая солнечная электростанция
(переменный ток, AC)

Принцип действия: вырабатываемый постоянный ток (DC) солнечными батареями поступает на вход солнечного инвертора, который производит преобразование постоянного в переменный ток (DC/AC). Выход от солнечного инвертора подключен к сети переменного тока и потребителям электроэнергии.

Данная схема отличается своей простотой, однако конструкция имеет несколько особенностей. Так, электростанция работает только когда доступна электрическая сеть переменного тока, а также напряжение в сети должно находиться в рабочем диапазоне инвертора.

Схема сетевой солнечной электростанции переменного тока

Назначение: данный вид очень востребован для домов, дач, коттеджей, где предлагаются выгодные условия «зелёного» тарифа. В дневное время, когда потребление электроэнергии, как правило, на минимальном уровне, произведенная энергия передаётся в сеть по уловиям «зелёного» тарифа. В вечернее и ночное время, когда в доме работает основная часть потребителей, энергия поступает из сети. Таким образом, данный вид солнечной электростанции позволяет существенно экономить на расходах за оплату электроэнергии, а если установлен достаточный массив солнечных батарей, домохозяйство будет получать прибыль за положительную разницу произведенной и затраченной электроэнергии по итогам месяца.

Эффективность работы: очень высокая, до 97%.

Составляющие: солнечные панели, солнечный PV-инвертор.

Работа в условиях «зелёного» тарифа:

Гибридная солнечная электростанция
(переменный ток, AC)

Принцип действия: солнечными батареи (DC) подключены к сетевому солнечного инвертору (DC/AC). Сеть переменного тока подключается на вход гибридного инвертора (DC/AC), также к гибридному инвертору подключены аккумуляторные батареи. Выход сетевого солнечного инвертора и гибридного инвертора объединены через распределительный щит и обеспечивают электропитанием потребителей переменного тока.

Читайте так же:

Соединение на шкантах приспособления

Применение гибридного инвертора с зарядным устройством в данном типе солнечной электростанции обеспечивает ряд неоспоримых преимуществ: электростанция работает даже при отсутствии напряжения в сети переменного тока, а также в условиях нестабильной сети. Пользователю доступно несколько режимов работы, которые могут гибко настраиваться по желанию и в соответствии с временем года.

Схема гибридной сетевой электростанции переменного тока

Режим I. Автономная электростанция. Сгенерированная электроэнергия накапливается в аккумуляторах: сетевой инвертор подает переменное напряжение на выход гибридного инвертора, который производит заряд аккумуляторов. Избыток используется потребителями или отдается в сеть переменного тока по условиям «зелёного» тарифа. В вечернее и ночное время электропитание обеспечивается гибридным инвертором от аккумуляторов.

Для автономного электроснабжения требуется устанавливать достаточную мощность солнечных батарей, чтобы сгенерированной электроэнергии хватало на достаточной заряд аккумуляторов, а их емкости было достаточно, чтобы покрыть потребности потребителей.

В случае применения гибридного инвертора Quattro с двумя входами, ко второму подключается дизельгенератор, которым система управляет автоматически в соответствии с заданными настройками. Например, при достижении установленного порогового значения разряда аккумуляторов, дизельгенератор будет заведен автоматически.

Режим II. Смешанное электроснабжение. В данном случае допускается незначительный разряд аккумуляторов или полный, после чего электропитание будет переключено на сеть переменного тока. Солнечный инвертор продолжает работу в любых случаях и дополняет мощность системы, а также продолжает заряжать аккумуляторы. Избыток передается в сеть по условиям «зелёного» тарифа.

Режим III. Резервное электроснабжение. В этом случае схема настроена таким образом, что аккумуляторы задействованы только при отсутствии электрической сети (авария, плановое отключение, веерные отключения и т. д.). Солнечный инвертор генерирует электроэнергию и обеспечивает потребителей, избыток передается в сеть по условиям «зелёного» тарифа.

Назначение: подобные электростанции востребованы для домов, коттеджей, офисов, отелей, гостиниц, баз отдыха и т. д., где требуется создать систему гарантированного электропитания, а также снизить зависимость или полностью отказаться от общей сети электроснабжения.

Эффективность работы: очень высокая, до 97%.

Составляющие: Солнечные панели, солнечный PV-инвертор, гибридный инвертор, аккумуляторный банк, реже – дизельный генератор.

Работа в условиях «зелёного» тарифа: поддерживается.

Схемы с выделенными группами потребителей

Проектирование солнечной электростанции на этапе строительства — правильный шаг, который позволяет создать удобную схему распределения электроэнергии. Очень важно предусмотреть группы потребителей с разным приоритетом, данная опция позволяет сбалансировать систему резервного питания. Например, первая группа – охватывает электрические приборы с максимальным приоритетом, которые должны работать даже при пропадании напряжения в сети: освещение, системы охраны, отопления, связи и т. д. Вторая группа – приборы второстепенной важности, которые требуют корректного завершения работы, при пропадании напряжения в сети их можно отключить вручную или при помощи дистанционного управления. А третья группа – потребители с низким приоритетом, без которых можно обойтись во время отключения электроэнергии.

Таким образом, вне зависимости от типа солнечной электростанции, правильная схема обеспечивает существенное повышение комфорта в условиях аварийного отключения сети.

Дизельный генератор в схеме солнечной электростанции

Дизельный генератор – важный элемент резервного или автономного электроснабжения. Во-первых, дизельгенератор обеспечивает очень длительное резервное питание при наличии дополнительного бака с топливом. Во-вторых, генератор может покрывать большие потребности в электрической мощности. В-третьих, современные системы обеспечивают интеллектуальное управление генератором. Такие инверторы как Quattro, поддерживают два входа переменного тока и могут самостоятельно запускать генератор, когда аккумуляторы разряжаются до определенного пользователем уровня. Данная возможность позволяет избежать глубокого разряда аккумуляторов, а также исключить вероятность полного отключения электроснабжения.

Классы качества солнечных панелей: в чем отличия

Солнечная панель – основной элемент солнечной электростанции, их надежность, производительность и долговечность определяют эффективность работы всей системы в целом. Классы качества солнечных панелей помогут разобраться в разнообразии брендов и выбрать качественный продукт.

Общепринято классы качества солнечных панелей обозначать «Tier 1», «Tier 2» и «Tier 3» — именно такую классификацию ввел и ежегодно корректирует Bloomberg. При этом стоит понимать, что это рейтинг, прежде всего – производителей солнечных батарей, брендов, а не собственно самих солнечных панелей. Впрочем, как показывают опыт, присутствие компании в перечне Tier 1 гарантирует высокую надежность и производительность всех выпускаемых ею солнечных панелей – от бюджетных до премиум-класса.

Что означают классы качества солнечных панелей

Если сравнивать стоимость панелей класса Tier 1 и Tier 3, то разница между ними может составлять 15-25%. Рассмотрим подробнее, чем отличаются классы качества солнечных панелей.

Класс Tier 1

К этому классу относятся производители топовых брендов, они отлично зарекомендовали себя на мировом рынке благодаря высококлассной продукции. Вот несколько основных особенностей производителей, которые относятся к классу Tier 1:

вертикально интегрированное производство – компания сама изготавливает все комплектующие, используемые для производства солнечных батарей. Производители сами занимаются выращиванием кремниевых пластин, получением солнечных (фотоэлектрических) модулей и производством солнечных панелей. При этом на всех производственных этапах осуществляется жесткий контроль качества
высокая степень автоматизации – максимальное исключение влияния человеческого фактора – вот одно из условий повышения качества производства. Чем выше уровень автоматизации производства – тем ниже процент брака
научно-исследовательская работа – компания инвестирует значительные средства в научно-исследовательские работы, имеет собственные патенты, внедряет инновационные решения
компания (бренд) работает на рынке больше 5 лет. За последнее время, на волне растущей популярности солнечной энергетики, появилось множество компаний, которые занимаются производством солнечных батарей. Но многие из них, выйдя на рынок, не выдерживают конкуренции и исчезают. Если компании на таком достаточно жестком рынке продержалась больше 5 лет, то это значит, что её руководство смогло правильно организовать как процесс производства, так и реализации собственной продукции. А значит, компания ориентирована на долгосрочную работу на рынке. Для покупателя это важно в том плане, что компания-производитель выполнит свои гарантийные обязательства, ведь на многие солнечные панели гарантия составляет 10 лет.

Читайте так же:

Сильно искрят щетки двигателя электроинструмента причина

Согласно статистике Bloomberg, классу Tier 1 соответствует всего 2% компаний, представленных на рынке. К ним относятся, например, Jinko, JA Solar, Canadian Solar, Trina, Hanwha Q Cells, First Solar, Yingli.

Класс Tier 2

На бренды, относящиеся к классу Tier 2, приходится около 8% всего мирового рынка. Эти компании больше сосредоточены на производстве, хотя и имеют свои небольшие исследовательские подразделения. Обычно компании класса Tier 2 работают от 3 до 5 лет на рынке.

Класс Tier 3

На бренды производителей класса Tier 3 приходится около 90% всего мирового рынка солнечных батарей. Эти компании заняты исключительно производством солнечных батарей, используя комплектующие, прежде всего – солнечные модули, выпущенные другими производителями. Как правило, такие компании работают на рынке меньше 3 лет, поэтому вероятность того, что они выполнят заявленные гарантийные условия, очень мала. Кроме того, стремясь выиграть конкуренцию за счет низкой цены, компании класса Tier 3, минимизируя расходы на производство, активно используют ручную сборку панелей, что приводит к снижению их эффективности и качества.

Солнечные батареи для дома и личного пользования

Использование солнечной энергии для обеспечения жизненных потребностей в 21 веке является актуальным вопросом не только для корпораций, но и для населения. Теперь использование солнечных батарей для получения экологической электроэнергии привлекает много людей своей доступностью, автономностью, неиссякаемостью и минимальными вложениями. Теперь эти явления настолько привычны и обыденны, что уже давно прочно обосновались в нашу каждодневную жизнь.

Данный источник электроэнергии используется для освещения, функционирования бытовых электроприборов и отопления. Уличные фонари на солнечных батареях используются повсеместно в городской черте, на дачных участках и территориях загородных коттеджей.

Содержание

Принцип работы солнечной батареи

Устройство предназначено для непосредственного преобразования лучей солнца в электричество. Этот действие называется фотоэлектрическим эффектом. Полупроводники (кремневые пластины), которые используются для изготовления элементов, обладают положительными и отрицательными заряженными электронами и состоят их двух слоев n-слой (-) и р-слой (+). Излишние электроны под воздействием солнечного света выбиваются из слоев и занимают пустые места в другом слое. Это заставляет свободные электроны постоянно двигаться, переходя из одной пластины в другую вырабатывая электричество, которое накапливается в аккумуляторе.

Как работает солнечная батарея, во многом зависит от ее устройства. Первоначально фотоэлементы изготавливались из кремния. Они и сейчас очень популярны, но поскольку процесс очистки кремния достаточно трудоемок и затратен, разрабатываются модели с альтернативными фотоэлементами из соединений кадмия, меди, галлия и индия, но они менее производительны.

КПД солнечных батарей с развитием технологий вырос. На сегодняшний день это показатель возрос от одного процента, который регистрировался в начале столетия, до более двадцати процентов. Это позволяет в наши дни использовать панели не только для обеспечения бытовых нужд, но и производственных.

Технические характеристики

Устройство солнечной батареи довольно простое, и состоит из нескольких компонентов:

Непосредственно фотоэлементы / солнечная панель;

Инвертор, преобразовывающий постоянный ток в переменный;

Контроллер уровня заряда аккумулятора.

Аккумуляторы для солнечных батарей купить следует с учетом необходимых функций. Они накапливают и отдают электроэнергию. Запасание и расход происходит в течение всего дня, а ночью накопленный заряд только расходуется. Таким образом, происходит постоянное и непрерывное снабжение энергией.

Чрезмерная зарядка и разрядка батареи укорачивает ее эксплуатационный срок. Контроллер заряда солнечной батареи автоматически приостанавливают накопление энергии в аккумуляторе, когда он достиг максимальных параметров, и отключают нагрузку устройства при сильной разрядке.

(Tesla Powerwall — аккумулятор для солнечных панелей на 7 КВт — и домашняя зарядка для электромобилей)

Сетевой инвертор для солнечных батарей является самым важным элементом конструкции. Он преобразовывает полученную от солнечных лучей энергию в переменный ток различной мощности. Являясь синхронным преобразователем, он совмещает выходное напряжение электрического тока по частоте и фазе со стационарной сетью.

Фотоэлементы могут соединяться как последовательно, так и параллельно. Последний вариант увеличивает параметры мощности, напряжения и тока и позволяет устройству работать, даже если один элемент потеряет функциональность. Комбинированные модели изготовлены с использованием обеих схем. Эксплуатационный срок пластин около 25 лет.

Установка солнечных батарей

Если конструкции будут использоваться для электрообеспечения жилых пространств, то место установки следует выбирать тщательно. Если панели будут загорожены высотными зданиями или деревьями, то трудно будет получить необходимую энергию. Их необходимо разместить там, где поток солнечных лучей максимален, то есть на южную сторону. Конструкцию лучше установить под наклоном, угол которого равен географической широте месторасположения системы.

Солнечные панели должны размещаться таким образом, чтобы хозяин имел возможность периодически очищать поверхность от пыли и грязи или снега, поскольку это приводит к более низкой способности выработки энергии.

Солнечная батарея своими руками

Те, кто хочет сэкономить, задумываются, как сделать солнечную батарею в домашних условиях самостоятельно, чтобы она обладала необходимыми эксплуатационными параметрами и полностью обеспечивала энергетические потребност. Это особенно актуально для мест отдаленных от главных артерий цивилизации.

Солнечные батареи своими руками в домашних условиях изготавливаются из соответствующих элементов, которые можно купить в открытом доступе в специализированных компаниях или через интернет магазины. Если кремниевые пластины должны приобретаться у производителей, то остальные элементы, такие как лента, рамка, пленка, стекло, припой и прочее можно вполне обнаружить и дома в хозяйстве.

Солнечная батарея своими руками из подручных средств изготавливается некоторыми умельцами из медных листов, зажимов, мощных электроплит, соли и из других материалов. Такие кустарные устройства не смогут полностью обеспечить необходимой электроэнергией и могут использоваться лишь в небольших масштабах.

Читайте так же:

Олимпокс промышленная безопасность тесты 2017

Лучше всего солнечные батареи купить у производителя, поскольку они обладают гарантией и необходимыми функциональными и эксплуатационными параметрами, и, значит, не подведут. Производство солнечных батарей базируется на применении новейших технологий, которые постоянно развиваются, предлагая более усовершенствованные модели. В зависимости от размеров устройств, они могут использовать для различных целей в местах, где нет снабжения электроэнергией. Они встречаются на калькуляторах, часах, различных мобильных устройствах.

Так, например, рюкзак с солнечной батареей будет незаменимым помощником тех, кто любит путешествовать с комфортом. Он накопит достаточно энергии, чтобы зарядить фонарик для освещения туристической палатки или чтобы во время похода заряжать необходимые гаджеты. Судя по отзывам, солнечные батареи используются часто и с удовольствием для удовлетворения разнообразных нужд не только на природе, но и в быту.

Современные устройства со встроенными солнечными модулями

Power bank с солнечной батареей – внешний накопитель с фотоэлементами для преобразования солнечных лучей в заряд аккумулятора. Он обладает несколькими портами и предназначен для зарядки смартфонов или планшетов. Это незаменимое устройство для тех кто, много времени тратят в дороге и пользуются гаджетами. Устройство, зависимо от модели может дополняться различными функциями, как, к примеру, фонариком.

Робот конструктор – наборы с различными элементами, из которых можно собрать несколько конструкций, которые двигаются автономно. Это лучшая игрушка для любознательных детей. Робот конструктор на солнечной батарее купить интересно будет не только малышам, но и вполне взрослым дяденькам, поскольку захватывающим является не только движение робота, но и сам процесс сборки.

Уличные садовые светильники на солнечных батареях – идеальное решение для сада, огорода или приусадебного участка. Благодаря накопленному заряду они будут светиться всю ночь. Для этого не нужно прокладывать специальную проводку. Их можно брать с собой на рыбалку или семейный поход. Чрезвычайная мобильность, компактность и удобство делают фонари самыми востребованными изделиями на солнечных батареях.

Возможности эксплуатации настолько разнообразны, а технологии так быстро развивается, что скоро солнечные модули охватят все сферы жизни современного человека.

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

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

Читайте так же:

Фрезерные станки по дереву для домашней мастерской

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]

(англ.) русск. (англ.) русск. (англ.) русск. (англ.) русск. (англ.) русск. (англ.) русск. (англ.) русск. (англ.) русск. (англ.) русск.

Производство в России

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

См. также

Ссылки

Примечания

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

Солнечная энергия
Полупроводниковые приборы
Космическая техника
Источники питания
Светочувствительные приборы

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

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

Солнечная батарея – альтернативный источник энергии

Заботясь об окружающем мире и, в то же время, экономя бюджет во многих странах применяют альтернативные источники энергии. Какие солнечные батареи и где применяются узнаем в этой статье.

Область применения солнечных батарей

Человечество научилось пользоваться солнечной энергией во многих областях своей жизни. Какие существуют солнечные батареи и где именно применяются? Вот самые интересные факты:

Медицина – учеными из Южной Кореи была разработана солнечная батарея, вживляемая под кожу. Она тоньше волоса в 15 раз, ее цель – обеспечить имплантированное в тело оборудование бесперебойным электричеством.

Читайте так же:

Сип кабель какую нагрузку выдерживает

Устройство и принцип работы солнечных батарей

Составные части солнечной батареи называются фотоэлементами. Соединение между ними параллельное и последовательное, а располагают их на каркасе из материалов, не проводящих электричество. Полупроводники работают благодаря фотогальваническому эффекту, означающему трансформацию лучистой энергии солнца в электричество.

Из чего делают солнечные батареи.

Для изготовления солнечных батарей используют кремний, это второй по распространенности химический элемент на Земле. У него высокая электропроводимость и хорошая способность притягивать солнечные лучи. Однако обычный кремний для данного производства не годится, его преобразовывают в пригодный, по специальной технологии. Изготовление такого кремния – очень дорогой и сложный процесс.

Бывают два вида фотоэлектрических преобразователей: на основе монокристаллического и поликристаллического кремния. Их производят по разной технологии. КПД первого равен 17,5%, а второго – менее 15%. Конструкция состоит из отдельных модулей, подключаемых между собой блоками.

Из чего делают солнечные батареи зависит от ее наиболее значимого параметра – полезной мощности. Расчет экономичности всей установки зависит именно от нее. Полезная мощность определяется по напряжению и силе тока на выходе, на которые влияет интенсивность лучей солнца.

В итоге электроэнергия переходит на хранение в аккумуляторы и накапливается там. Аккумулятор – это химический источник тока, который заряжается при контакте с потенциалом больше его собственного напряжения. Слабый солнечный свет снижает интенсивность заряда батареи аккумулятора, тогда она отдает энергию электроприемнику. Получается, что аккумуляторная батарея всегда функционирует в режиме разрядки и подзарядки.

Следить за этими процессами можно при помощи специального контроллера. Циклический заряд требует постоянного напряжения или постоянного заряда тока. Когда заряд батареи полон, к ней еще подключают резистор, поглощающий избыточную мощность.

Какие солнечные батареи можно изготовить своими руками?

Расчет собственной солнечной электростанции не должен сразу быть грандиозным и масштабным. Достаточно будет в первый раз сделать пробную панель небольшой площади, а потом, используя те же схемы, нарастить на конструкцию остальные элементы.

Изготовление каркаса. Здесь расчет максимально простой, а материалом служат алюминиевые уголки, либо уже готовые рамы со стеклом. Покрытие может быть прозрачным и с минимальной пропускной способностью ИК-спектра, чтобы не спровоцировать нагревание кремниевых элементов. Менее подходящий – поликарбонат, а наиболее доступным можно считать стекло, оптимальное решение – плексиглас.
Монтаж корпуса батареи. Необходимо включить в расчет дополнительное расстояние между модулями, около 3 мм. Схема требует предварительного изготовления рамы, соединение выполняют при помощи метизов. Чтобы расчет долговечности батареи оправдал себя, должна быть обеспечена максимальная герметичность конструкции. В раму закладывается лист прозрачного материала, прижимается и фиксируется, все должно хорошо просохнуть, чтобы испарения герметика не создали пленку на элементах. Соединение углов проводится согласно схемы метизами и шурупами.
Пайка солнечных элементов. Кропотливый и сложный процесс, но если произвести расчет, самодельная солнечная батарея обойдется в 4 раза дешевле заводской панели. Сэкономить средства поможет покупка в интернете элементов с дефектами, которые не потеряли своей функциональности. Однако внешний вид всей конструкции несколько пострадает. Сперва необходимо припаять контакты, нужно быть аккуратным, так как солнечные элементы довольно хрупкие. Нужно изготовить картонную заготовку и по ней нарезать проводники. Ориентируйтесь схемы, на пайку уйдет много времени.
Сборка солнечной панели. Соединение элементов проще проводить на разметочной подложке, в расчет площади нужно добавить 3–5 мм между каждой частью батареи. За основу можно взять лист фанеры, маркировать уголки на нем и закрепить элементы поочередно на монтажную ленту. Герметизация не нужна, однако такой способ крепления в полевых условиях не обеспечит долгую службу панели. Электрическая схема пайки подразумевает расположение «плюсовых» дорожек на лицевой, а «минусовых» на обратной стороне элементов. Далее следует нанесение флюса и припоя, а затем аккуратная пайка серебряных контактов. Клемма выводится на внешнюю сторону рамы. Соединение токовыводящих проводов должно быть изолировано, для этого могут быть использованы трубки для капельницы.

Добросовестный расчет, качественное оборудование, четкая схема и усидчивость обеспечат долгое функционирование самодельной солнечной батареи для домашних нужд.

Недостатки и преимущества источников солнечной энергии

Устройство солнечной батареи можно охарактеризовать как с положительной, так и с отрицательной стороны.

Плюсы

все оборудование весит относительно немного;
отсутствие необходимости прокладывания к опорам кабеля;
расходы на установку и обслуживание панелей сведено к минимуму;
оборудование при работе не издает абсолютно никакого шума;
энергия солнца экологически чистая;
общедоступность и неисчерпаемость;
солнечные батареи способны прослужить довольно долго.

Минусы

процесс сборки и расчет требуют большого труда;
ночью батареи не вырабатывают электричество;
солнечные панели очень громоздкие;
низкий КПД – в электричество преобразуется около 20% энергии, остальное рассеивается в виде тепла;
эффективность работы панелей снижается при пасмурной погоде;
оборудование чувствительно к загрязнениям и механическим повреждениям.

Факторы, которые необходимо учитывать при конструировании солнечных батарей:

региональные особенности солнечной активности;
расчет угла наклона солнечной панели и возможность ее слежения за солнцем;
насколько энергоемко оборудование, которое будет питать солнечная батарея;
важно, из чего изготовлены панели (оргстекло, кремний, стекло и т.д.).

голоса

Рейтинг статьи

Виды и типы: схемы солнечных электростанций