Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Интересные электротехнические новинки, Электрические приборы и устройства » Как устроены и работают солнечные батареи
Количество просмотров: 223068
Комментарии к статье: 25


Как устроены и работают солнечные батареи


Как устроены и работают солнечные батареи?В наше время практически каждый может собрать и получить в свое распоряжение свой независимый источник электроэнергии на солнечных батареях (в научной литературе они называются фотоэлектрическими панелями).

Дорогостоящее оборудование со временем компенсируется возможностью получать бесплатную электроэнергию. Важно, что солнечные батареи – это экологически чистый источник энергии. За последние годы цены на фотоэлектрические панели упали в десятки раз и они продолжают снижаться, что говорит о больших перспективах при их использовании.

В классическом виде такой источник электроэнергии будет состоять из следующих частей: непосредственно, солнечной батареи (генератора постоянного тока), аккумулятора с устройством контроля заряда и инвертора, который преобразует постоянный ток в переменный.

Солнечные батареи состоят из набора солнечных элементов (фотоэлектрических преобразователей), которые непосредственно преобразуют солнечную энергию в электрическую.

Большинство солнечных элементов производят из кремния, который имеет довольно высокую стоимость. Этот факт определят высокую стоимость электрической энергии, которая получается при использовании солнечных батарей.

фотоэлектричсекий преобразовательРаспространены два вида фотоэлектрических преобразователей: сделанные из монокристаллического и поликристаллического кремния. Они отличаются технологией производства. Первые имеют кпд до 17,5%, а вторые – 15%.

Наиболее важным техническим параметром солнечной батареи, которая оказывает основное влияние на экономичность всей установки, является ее полезная мощность. Она определяется напряжением и выходным током. Эти параметры зависят от интенсивности солнечного света, попадающего на батарею.

Э.д.с. (электродвижущая сила) отдельных солнечных элементов не зависит от их площади и снижается при нагревании батареи солнцем, примерно на 0,4% на 1 гр. С. Выходной ток зависит от интенсивности солнечного излучения и размера солнечных элементов. Чем ярче солнечный свет, тем больший ток генерируется солнечными элементами. Зарядный ток и отдаваемая мощность в пасмурную погоду резко снижается. Это происходит за счет уменьшения отдаваемой батареей тока.

Если освещенная солнцем батарея замкнута на какую либо нагрузку с сопротивлением Rн, то в цепи появляется электрический ток I, величина которого определяется качеством фотоэлектрического преобразователя, интенсивностью освещения и сопротивлением нагрузки. Мощность Pн, которая выделяется в нагрузке определяется произведением Pн = IнUн, где Uн напряжение на зажимах батареи.

самодельная солнечная батареяНаибольшая мощность выделяется в нагрузке при некотором оптимальном ее сопротивлении Rопт, которое соответствует наибольшему коэффициенту полезного действия (кпд) преобразования световой энергии в электрическую. Для каждого преобразователя имеется свое значение Rопт, которая зависит от качества, размера рабочей поверхности и степени освещенности.

Солнечная батарея состоит из отдельных солнечных элементов, которые соединяются последовательно и параллельно для того, чтобы увеличить выходные параметры (ток, напряжение и мощность). При последовательном соединении элементов увеличивается выходное напряжение, при параллельном – выходной ток. Для того, чтобы увеличить и ток и напряжение комбинируют два этих способа соединения. Кроме того, при таком способе соединения выход из строя одного из солнечных элементов не приводит в выходу из строя всей цепочки, т.е. повышает надежность работы всей батареи.

Таким образом, солнечная батарея состоит из параллельно-последовательно соединенных солнечных элементов. Величина максимально возможного тока отдаваемого батареей прямо пропорциональна числу параллельно включенных, а э.д.с. - последовательно включенных солнечных элементов. Так комбинируя типы соединения собирают батарею с требуемыми параметрами.

солнечные элементыСолнечные элементы батареи шунтируются диодами. Обычно их 4 – по одному, на каждую ¼ часть батареи. Диоды предохраняют от выхода из строя части батареи, которые по какой-то причине оказались затемненными, т. е. если в какой-то момент времени свет на них не попадает. Батарея при этом временно генерирует на 25% меньшую выходную мощность, чем при нормальном освещении солнцем всей поверхности батареи.

При отсутствии диодов эти солнечные элементы будут перегреваться и выходить из строя, так как они на время затемнения превращаются в потребителей тока (аккумуляторы разряжаются через солнечные элементы), а при использовании диодов, они шунтируются и ток через них не идет. Диоды должны быть низкоомными, чтобы уменьшить на них падение напряжения. Для этих целей в последнее время используют диоды Шоттки.

Получаемая электрическая энергия накапливается в аккумуляторах, а затем отдается в нагрузку. Аккумуляторы – химические источники тока. Заряд аккумулятора происходит тогда, когда к нему приложен потенциал, который больше напряжения аккумулятора.

Число последовательно и параллельно соединенных солнечных элементов должно быть таким, чтобы рабочее напряжение подводимое к аккумуляторам с учетом падения напряжения в зарядной цепи немного превышало напряжение аккумуляторов, а нагрузочный ток батареи обеспечивал требуемую величину зарядного тока.

Например, для зарядки свинцовой аккумуляторной батареи 12 В необходимо иметь солнечную батарею состоящую из 36 элементов.

матеиалы для изготовления солнечной батареиПри слабом солнечном свете заряд аккумуляторной батареи уменьшается и батарея отдает электрическую энергию электроприемнику, т.е. аккумуляторные батареи постоянно работают в режиме разряда и подзаряда.

Это процесс контролируется специальным контроллером. При циклическом заряде требуется постоянное напряжение или постоянный ток заряда.

При хорошей освещенности аккумуляторная батарея быстро заряжается до 90% своей номинальной емкости, а затем с меньшей скоростью заряда до полной емкости. Переключение на меньшую скорость заряда производится контроллером зарядного устройства.

Наиболее эффективно использование специальных аккумуляторов – гелевых (в батарее в качестве электролита применяется серная кислота) и свинцовыех батарей, которые сделанны по AGM-технологии. Этим батареям не нужны специальные условия для установки и не требуется обслуживание. Паспортный срок службы таких батарей – 10 - 12 лет при глубине разряда не более 20%. Аккумуляторные батареи никогда не должны разряжаться ниже этого значения, иначе их срок службы резко сокращается!

Аккумулятор подсоединяется к солнечной батарее через контроллер, который контролирует ее заряд. При заряде батареи на полную мощность к солнечной батареи подключается резистор, который поглощает избыточную мощность.

Для того чтобы преобразовать постоянное напряжение от аккумуляторной батареи в переменное напряжение, которой можно использовать для питания большинства электроприемников совместно с солнечной батарей можно использовать специальные устройства – инверторы.

Без использования инвертора от солнечной батареи можно питать электроприемники, работающие на постоянном напряжении, в т.ч. различную портативную технику, энергосберегающие источники света, например, те же светодиодные лампы.

Понимание будущего энергоснабжения становится все более важным. Мы предлагаем вам ознакомиться с нашей статьей Война токов 2.0 - как постоянный ток побеждает переменный, где рассматриваются современные вызовы и изменения, связанные с использованием постоянного тока в сетях энергоснабжения.

Андрей Повный

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Интересные электротехнические новинки, Электрические приборы и устройства

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Характеристики солнечных батарей
  • Полимерные солнечные батареи
  • Контроллеры для солнечных батарей
  • Самодельные солнечные батареи и их промышленные аналоги
  • Двусторонние солнечные элементы
  • Сетевые grid-tie инверторы для солнечных батарей
  • Солнечные электростанции для дома
  • Выбор инвертора и расчет аккумуляторной батареи для домашней солнечной элек ...
  • Способы преобразования солнечной энергии и их КПД
  • Аккумулятор из древесных отходов
  • Категория: Интересные электротехнические новинки, Электрические приборы и устройства

    Солнечные панели, Андрей Повный – все статьи

      Комментарии:

    #1 написал: Red |

    Довольно таки четко и понятно - спасибо!

      Комментарии:

    #2 написал: михаил |

    Да! Довольно четко и понятно, но давайте порассуждаем об обратном. К большому сожалению сейчас все построено на экономии, о чем поддтверждает сам автор. Посмотрим насколько экономично использование солнечных батарей. Кпд самых распространенных на данный момент батарей довольно низкое - всего 20%. Сделав несложные расчеты можно убедиться что с одного кв. метра батареи получим около 200 ватт электроэнергии. Если вспомнить еще сколько стоит вся электроника используемая в конструкции и как мало у нас солнечных дней то станет понятно что экономии на электроэнергиии, используя солнечные батареи, никак не получится.

      Комментарии:

    #3 написал: макс |

    Михаил, я с вами не согласен, у меня дома стоит  аккумулятор на 7 ампер часов номиналом 12 вольт, солнечная панелька площадью 21на 45 см дает ток 1.2 ампера  напряжением 14.8 вольт, а это 17 ватт постоянно, у меня 2 таких собранных панели итог, у меня 20-25 (в зависимости от угла освещения) ватт при солнечном свете, примерно от 8-15 в пасмурный день, от 0-8в любое остальное время (от времени суток) то есть осветить достаточно ярко проблем нет 1-2 комнаты

      Комментарии:

    #4 написал: Андрей |

    Везде много путаницы чем термин "солнечные батареи" отличаются от термина "солнечные панели". Как я понял из вашей статьи, получается, что солнечная батарея состоит из отдельных элементов, а уже солнечная панель, это когда все батареи собраны по определенной схеме на каком-то каркасе, т.е. можно сказать что т.н. солнечные панели могут состоять из нескольких солнечных батарей, которые в свою очередь собраны из набора фотоэлектрических преобразователей (солнечных элементов). Примерно так.

      Комментарии:

    #5 написал: Артем |

    На этом сайте http://www.sunbat.narod.ru/ Вы можете найти более 30 способов изготовления солнечных батарей

      Комментарии:

    #6 написал: andrei |

    Производительность солнечных панелей в зависимости от угла наклона и направленности относительно сторон света                                                                        
    юг-угол 0  93% угол 30  100% угол 60  91%  угол 90  68%                                          
    юго-запад- юго-восток - угол 0 93%  угол 30  96%  угол 60%  88%  угол 90  66%        
    восток и запад-угол 0  93%  угол 30  90%  угол 60  78%  угол 90  55%                        
    Отсюда видно лучшая производительность панелей направленных на юг под углом 30%

      Комментарии:

    #7 написал: Виталий |

    Ни где не могу найти такой простой зависимости, как зависимость мощности батареи от интенсивности соляризации. В характеристиках батареи даётся её номинальная (часто она же и максимальная) мощность при освещении 1кВт/м кв. А если эту батарею освещает поток мощностью 8кВт/м кв? 

      Комментарии:

    #8 написал: Алексей |

    Виталий,
    У нас в России максимальная мощность в Краснодарском крае около 7 КВт*ч/кв.м. в день. Там 100 Вт панель за день максимально может выдать 700 Вт. Если нужны дешевые панели, обращайтесь. Расчитаем, доставим.  

      Комментарии:

    #9 написал: methsky |

    А я думал что они используют энергию фотона, т.е количество конечной энергии не зависит от того солнечный день, или пасмурный, а от того обращено ли полушарие в котором ты находишься к солнцу (т.е дневное время) или наоборот. Я дико ошибался, теперь придется  мутить водородногелиевый синтез, а то эти ваши социальные нормы на свет честно говоря сильно выбешивают.

      Комментарии:

    #10 написал: Александр |

    Виталий,

    Если световой поток больше, то панель будет просто больше нагреваться, а мощности от этого больше не получится, т.к. 1 фотон выбивает с последней орбиты атома кремния один электрон. Если энергии фотона недостаточно для выбивания электрона, то он попросту отскакивает от него. Если энергии фотона в 5 раз больше, то это не значит что он выбьет 5 электронов. Это значит, что так же вылетит с орбиты один электрон, а остальная энергия преобразуется в тепловую.

      Комментарии:

    #11 написал: Дарья |

    Пожалуйста помогите. Пишу диплом на тему строительство промобъекта. Задалась вопросом экомного и энергоэффективного освещения. Вот что надумала: подключить солнечные панели к лампам накаливания (или любым другим источникам света). При этом лампы давая свет будут заодно подзаряжать панели. Понимаю что для зарядки нужна большая мощность чем при отдачи энергии поэтому предполагаю что потребуются лампы работающие от сети (чтоб покрыть разницу в энергии ). Одним словом система будет такая: лампа+электролампа=энергия на панель. Панель-энергия на лампу. Вот вопрос: Как и где можно узнать какой количество электроламп и какой ваттности мне потребуется допустим на кв.метр? Сколько потребуется солнечных панелей? И сколько можно будет подключить к панелям ламп на тот же злополучный кв.метр? Заранее спасибо! Извиняюсь за ошибки и отсутствие запятых (местами)-тел.работает не оч. хорошо данное сообщение написала только с 10 попытки.
    Р.S. Жду ответа. Еще раз спасибо. P.P.S. Для диплома нужны если не супер проверенные данные. Так хотя бы источники откуда можно их попытаться найти. 

      Комментарии:

    #12 написал: андрей |

    Здравствуйте уважаемая Дарья. Попробуйте посетить сайт trigada.ucoz.com

    На данном сайте собранна значительная библиотека книг по электричеству. Так же здесь присутствуют книги по интересующему вас вопросу. И в любой момент можно скачать интересующую вас книгу и прочесть ее. С уважением Андрей.

      Комментарии:

    #13 написал: Дмитрий |

    Согласен с Алексеем. У меня система панелей 2,4 кВт в Подмосковье. Вырабатывает в солнечный день в июле 17 кВт в сутки. Угол 45. Данные снимаю с контроллера Etracer 60А. Получается что со 100 Ватт панели вырабатывается 708 Ватт в сутки. Панели моно suoyang sy200wm.

      Комментарии:

    #14 написал: bvz |

    Интересно, как можно вырабатывать 708 Ватт в сутки, если в ваттах измеряется мощность. Мощность - это количество работы в единицу времени. А что такое мощность в единицу времени?

      Комментарии:

    #15 написал: Виталий Ким |

    Если панель вырабатывает в час 100 вт, то средний световой день равен 7 часам. 1008 7 =700 вт расчеты примерные...

    Средний солнечный день или сутки равен 7 часам. Умножьте 100*7 получим примерно 700 вт вырабатываемой энергии.

      Комментарии:

    #16 написал: УМНИК |

    Господа (и дамы)
    Чтоб избежать путаницы  давайте определимся: 
    Ватты - это МОЩНОСТЬ - тоесть способность произвести некую величину энергии за единицу времени.
    КОЛИЧЕСТВО же энергии - это (например) киловатт*час
    Панель имеет паспортную  мощность ( способность за 1 времени дать столько то энергии)
    но ВЫРАБАТЫВАЕТ она Вт*час энергии.
    То есть в Примере №15 если у товарища  панель мощностью 100 Вт и работает она 7 часов, то  за это время она выработает 100 вт * 7 часов = 700  Вт*час энергии
    ----
    Возьмем например  типовой утюг  мощностью 1000 Ватт
    За час работы он "съест"  1000  ватт*час  (что вы легко сможете  увидеть на квартирном электросчетчике)
    (кстати,  электросчетчик также показывает не Ватты - а  киловатт*час)
    Допустим также, что нам удалось накопить ( например в аккумуляторах) энергию  700 Вт*час (пример выше)
    Таким образом ,  от этой энергии  утюг проработает 700 Ватт*час (за день от батареи)  / 1000 Ватт (мощность утюга) = 0.7 часов (или 42 минуты)

      Комментарии:

    #17 написал: Артур |

    Существует одно огромное НО, солнечным батареям не нужен солнечный свет. А дальше додумывайте сами в чем смысл. 

      Комментарии:

    #18 написал: Хатуль МАдан |

    Алгоритм зарядки аккумулятора морально устарел. С уже существующих батарей, при изменении алгоритма зарядки, можно "выжимать" электричество, даже находясь в космосе, в тени Земли. Просто этим ни кто не занимается и это никому не нужно. Сама по себе система - закостенела.

      Комментарии:

    #19 написал: Егор |

    Правильно называть не «солнечные батареи», а «фотоэлектрические модули». Название «фотоэлектрическая» - это сочетание двух слов: фото - это свет, и вольт - это единица измерения текущего напряжения. Часто аббревиатура PV используется как синонимы для описания фотовольтаики. Фотоэлектрические модули состоят из элементов, которые напрямую преобразуют солнечное излучение в электричество. Когда солнечное излучение попадает в ячейку, фотоны выбивают электроны, и создается разность потенциалов, которая вызывает протекание постоянного тока. Важно отметить, что фотоэлектрические системы не нуждаются в свете для работы, потому что они производят энергию даже в пасмурные дни. Домашние фотоэлектрические установки обычно монтируются на крыше здания. Эти системы требуют инвертора - устройства, которое преобразует постоянный ток, вырабатываемый фотоэлектрическими модулями, в переменный ток с характеристиками, подходящими для электросети. 

      Комментарии:

    #20 написал: Иван Марков |

    Микротрещины - обычное явление в фотоэлектрических панелях. Обычно это практически невидимые разрывы солнечных элементов, которые возникают при производстве фотоэлектрических модулей. Они также могут возникать при транспортировке или небрежном обращении во время установки. Хотя их воздействие не будет сразу замечено, они могут усилиться из-за погодных условий и теплового напряжения. Огромные микротрещины могут повредить солнечные элементы, что приведет к потерям. Любые повреждения в точках контакта солнечных элементов могут существенно повлиять на выработку энергии элементами. Поскольку ячейки соединены последовательно, они могут влиять на выходную мощность панели, вызывая снижение производительности в зависимости от сломанных ячеек. На несколько сборных шин устанавливаются недорогие панели для уменьшения микротрещин. В среднем микротрещины сильно влияют на модули, снижение производительности составляет около 3%. И еще на панелях могут появляться горячие точки. Это перегруженные участки панели, которые затем нагреваются. Горячие точки на панелях являются результатом неправильно спаянных соединений и даже дефектов конструкции солнечных элементов. Это приводит к низкому сопротивлению там, где генерируемая мощность принимается ячейками. Из-за этого может возрасти напряжение, что приведет к появлению горячих точек в ячейках и точках пайки, что приведет к короткому замыканию. Горячие точки панелей снижают срок службы и производительность фотоэлектрических панелей.

      Комментарии:

    #21 написал: Сергей Сергеевич |

    Фотоэлектрический элемент солнечной батареи на самом деле представляет собой полупроводниковый диод большой площади, на котором генерируется напряжение. Суть всего преобразования солнечного излучения в электрическую энергию заключается во внутреннем фотоэлектрическом явлении. Свет, падающий на полупроводниковый материал, в нем увеличивает концентрацию носителей заряда по сравнению с состоянием без освещения. Падающие фотоны , принимаемые полупроводниковым материалом, создают электроны и дырки, передавая свою энергию. Электроны и дырки, разделенные PN-переходом, затем собираются во внешней цепи, где их присутствие регистрируется как электрическое напряжение или постоянный ток. Фотогальванические элементы используются в калькуляторах, часах, солнечных зарядных устройствах или космических зондах. Однако они также являются важным компонентом фотоэлектрических электростанций. Благодаря их массовому использованию в энергетике фотогальванические элементы претерпевают беспрецедентные технологические разработки.

      Комментарии:

    #22 написал: Даниил |

    Фотогальваника напрямую преобразует энергию в электричество. Они работают по принципу фотоэлектрических эффектов. Когда некоторые материалы подвергаются воздействию света, они поглощают фотоны и высвобождают свободные электроны. Это явление называется фотоэффектом. Фотогальванический эффект — это способ получения постоянного тока на основе фотоэффекта. Основаны на принципе фотогальванического эффекта, солнечных элементов или фотогальванических элементов. Они преобразуют солнечный свет в постоянный ток. Однако один фотоэлемент не производит достаточно электроэнергии. Поэтому несколько фотоэлементов монтируются на опорной раме и электрически соединяются друг с другом, образуя фотоэлектрический модуль или солнечную панель. Мощность общедоступных солнечных панелей варьируется от нескольких сотен ватт до нескольких киловатт.

      Комментарии:

    #23 написал: Алексей |

    Фотоэлектрическое явление было открыто Антуаном Сезаром Беккерелем еще в 1839 году. Однако первый действующий солнечный элемент был построен только в 1884 году, т.е. через 45 лет после этого открытия, американским изобретателем Чарльзом Фриттсом. Эта первая ячейка была сделана из селенового полупроводника, покрытого очень тонким слоем золота, и имела КПД около 1%. В 1904 году Альберт Эйнштейн описал принцип так называемого фотоэлектрического эффекта, за который впоследствии получил Нобелевскую премию. В то время, однако, эти первые селеновые элементы не имели шансов быть использованными в энергетике из-за их низкой эффективности и высокой стоимости, но их начали использовать в качестве датчика освещенности для определения времени экспозиции камер. Изобретатель солнечной батареи, какой мы ее знаем сегодня американский инженер Рассел Ол. В 1939 году он открыл так называемый «PN-переход», который представляет собой область между полупроводником P-типа и полупроводником типа N. PN-переходы используются в полупроводниковых компонентах, таких как диоды или транзисторы. Именно при разработке материалов для производства транзистора в качестве побочного продукта был создан солнечный элемент, в то время называемый «светочувствительным устройством» с КПД около 5%. В настоящее время наиболее распространенные монокристаллические элементы имеют КПД около 16%.

      Комментарии:

    #24 написал: Роберт |

    Скоро солнечные фотоэлектрические элементы станут самым дешевым источником электроэнергии в мире.

      Комментарии:

    #25 написал: Андрей |

    Фотогальванический элемент представляет собой технологию сбора энергии, которая преобразует солнечную энергию в полезную электроэнергию посредством процесса, называемого фотогальваническим эффектом. Существует несколько типов фотогальванических элементов, в которых полупроводники взаимодействуют с фотонами Солнца и генерируют электрический ток. 

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.