Солнечные батареи для дома – предназначение и принцип работы

Областей применения солнечных батарей становится все больше с каждым днем. Эти устройства с успехом проявляют себя в сфере промышленности, сельского хозяйства, военно-космических отраслях и даже в быту. Чтобы понять, насколько обширно использование солнечных батарей, давайте совершим небольшое виртуальное турне по нашему необъятному миру.

Там, куда электричество никак не дойдет

К сожалению, линии электропередач, опутавшие большую часть нашей планеты, всё ещё не могут добраться в самые труднодоступные уголки, которые подключать к ресурсам электростанций оказывается дороже, чем установить солнечную батарею, преобразующую в электроэнергию обычный дневной свет.

Солнечные батареи для дома - предназначение и принцип работы

Солнечные батареи обеспечивают электроэнергией прибайкальскую метеостанцию на склонах Хамар-Дабан

Как Вы думаете решают вопрос отсутствия электроэнергии в некоторых отрезанных от цивилизации домах? Устанавливать электростанцию на жидком или твердом топливе оказывается дороже и ущербнее для окружающей экологии, чем использовать солнечные батареи.

Чаще всего ими укрывают крыши домов, так что в солнечный день они вырабатывают электричество, которого достаточно и для освещения и работы бытовых устройств. А специальный проект в Испании оказался ещё успешнее. Из экономических соображений ряд современных домов был оборудован солнечными батареями, энергия которых используется для нагрева воды.

Оказавшись отключенными от электричества, дефицит горячей воды и проблема с отоплением им не грозит.

Солнечные батареи для дома - предназначение и принцип работы

Дом с солнечными батареями на крыше не подвержен перепадам в электросети

Что интересно, такими панелями можно оборудовать практически любой дом, например, дачу или домик в деревне, к которой не подведен “свет”. Дабы удостовериться в этом, специалисты сайта www.sun-battery.

biz провели эксперимент, в котором водрузили солнечную батарею “AP-640” (кстати, купить её может каждый желающий) на крышу одного из домов.

Результат — автономное освещение внутри и работа нескольких электрозависимых устройств (телевизор, холодильник и т.п.).

Солнечные батареи для дома - предназначение и принцип работы

Солнечные батареи AP-640 решают проблему электроснабжения домов

Аргументов в пользу солнечных электростанций не счесть, но основным из них является экологичность.

Примером, где отсутствие вредных выбросов солнечными батареями в окружающую среду сделало их альтернативой традиционными источникам электроэнергии, стала солнечная электростанция, расположенная недалеко от испанского местечка Севильи.

Солнечные батареи водрузили на башню, на которую направили зеркала, отражающие и фокусирующие свет. Довольными остались около 10 тысяч близлежащих домохозяйств, которые снабжаются электроэнергией, преобразованной из света от солнца.

Солнечные батареи для дома - предназначение и принцип работы

Самая крупная солнечная электростанция в Испании имеет мощность в 20 мегаватт

Солнечные батареи оказались практически единственным источником электроэнергии за пределами Земли. Ими оснащаются все космические аппараты. Когда Солнце освещает их, они вырабатывают электроэнергию, которая аккумулируется бортовыми батареями и используется для питания оборудования в тех местах, где свет недосягаем. В отличие от атомных электрогенераторов они не выделяют вредных веществ.

Солнечные батареи для дома - предназначение и принцип работы

Солнечные батареи обеспечивают электроэнергией МКС

Солнечные батареи нашли применение и в наземном транспорте. Не так давно компания Toyota стартовала продажи своей модели Prius, оборудованной гибридным двигателем. На крыше автомобиля нового поколения располагаются солнечные батареи, от которых тот при внезапно закончившемся топливе сможет проехать ещё километров 5.

Солнечные батареи для дома - предназначение и принцип работы

Автомобиль на солнечных батареях экологически безопасен и беспрецедентно экономичен

Солнечные батареи для бытовых нужд

Встретить солнечные батареи в рознице по разумной цене становится всё проще.

На глаза они попадаются, как в виде отдельных, работающих в качестве резервного источника питания устройств, так и встраиваются в различные приборы.

Например, многие помнят, как в нашу жизнь вторглись калькуляторы, практически сразу получившие небольшие панели, позволяющие им работать без батареек, лишь попав на свет.

Солнечные батареи для дома - предназначение и принцип работы

Калькулятор на солнечных батареях может работать всегда и везде, где есть свет

Разработчики устройств, которые могут работать от альтернативных источников электроэнергии пошли ещё дальше.

На свет появились аккумуляторные фонарики, которые днем можно зарядить, просто положив встроенной солнечной батареей на свет, а в темное время суток пользоваться как обычно.

Получается, по сути, универсальный спутник для путешествий, способный придти на помощь там, куда не добрался электрический ток.

Не менее интересным оказался проект корейской компании Samsung, представившей на свет свой недорогой мобильник E1107 Crest Solar, задняя стенка которого получила небольшую солнечную панель, которой достаточно, чтобы пополнять заряд аккумулятора без подключения к сети. При положительном балансе на счету и в зоне действия операторов без связи с этим телефоном остаться просто невозможно.

Солнечные батареи для дома - предназначение и принцип работы

Мобильный телефон Samsung E1107 Crest Solar оснащен солнечными батареями

Впрочем, если ваш мобильный телефон, смартфон, ноутбук или другое устройство не получило от производителя альтернативного зарядника на солнечных батареях, Вы всегда можете восполнить этот недостаток.

Как раз для таких случаев продаются внешние солнечные панели, многие из которых могут накапливать электроэнергию во встроенных или входящих в комплект поставки аккумуляторах, а затем отдавать её подключаемым девайсам.

Солнечные батареи для дома - предназначение и принцип работы

Внешняя солнечная батарея для питания мобильных телефонов и других компактных устройств

А как часто вам приходилось скучать во время загородного отдыха или туристического похода без музыки или света в палатке, выбросив батарейки, которые исчерпали свой электрический заряд? Конечно, карманные солнечные батареи вряд ли помогут в этом, но вот более крупные модели вполне. Такими переносными солнечными электростанциями очень часто оснащаются походные сумки и рюкзаки, а стоят они ненамного дороже обычных моделей, без которых не обходится ни один туристический поход.

Источник: https://www.sun-battery.biz/stat/primenenie_solnechnyh_batarej.php

Принцип работы солнечных батарей. Их параметры и устройство

   Здравствуйте, дорогие читатели. В этой статье мы вам расскажем, про принцип работы солнечных батарей. 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).

Солнечные батареи для дома - предназначение и принцип работы

   Принцип работы солнечных батарей

   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 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.

   Распространены 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. Наибольшая 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.

Из чего состоит солнечная батарея

   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 к 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 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.

Солнечные батареи для дома - предназначение и принцип работы

   Принцип работы солнечных батарей

   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.

Читайте также:  Светодиодные лампы p21w и p21/5w: что выбрать и установить

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

   При 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 свинцовые батарей, которые сделаны 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.

Видео, принцип работы солнечных батарей

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

[wysija_form id=»1″]

Источник: https://powercoup.by/elektroenergetika-v-mire/printsip-rabotyi-solnechnyih-batarey

Принцип работы солнечных батарей (панелей) для дома: схема действия и видео

Солнце является неисчерпаемым источником энергии, которую человечеству нужно научиться использовать в своих целях. Многие страны мира активно наращивают объём электроэнергии, получаемой из альтернативных источников, в том числе и от солнечной радиации.

Мощностей таких комплексов уже достаточно, чтобы организовать централизованное электроснабжения небольших городов.

В данной статье расскажем о видах и принципах работы солнечных панелей, схемах и вариантах использования солнечной энергии различными устройствами и приборами.

Энергию солнца можно использовать по-разному. Во-первых, на экономии электроэнергии, поступающей к потребителю из централизованных сетей.

Во-вторых, для организации автономного электроснабжения объектов, которые нельзя подключить к обычной линии электропередач. В-третьих, для питания отдельно стоящих электросветильников, зарядке АКБ, мобильных гаджетов.

У каждого такого прибора своя принципиальная схема солнечной батареи со своими особенностями.

Какой принцип работы солнечных батарей?

Солнечные модули состоят из кремниевых фотоэлементов. Такой элемент представляет собой «сэндвич», в котором пластинка полупроводника находится между токопроводящими слоями.

В кристалле кремния каждый его атом соединяется с соседями прочными связями. В таком соединении электроны не могут покинуть свои места. Поэтому электрический ток здесь не течет.

Чтобы запустить данный процесс, необходимо соединить вместе два различных слоя кремния:

  1. Слой N, в котором имеется избыток электронов.
  2. Слой P, где есть свободные места для электронов.

Таким образом, в месте соединения 2-х слоев электроны могут свободно переходить от одного слоя к другому. Так, на одной стороне этого перехода будет положительный заряд, на другой отрицательный.

Эффективность работы фотоэлементов зависит от схемы их подключения. Максимум производительности и надежности можно добиться, если все фотоэлементы соединить между собой параллельно-последовательно.

Фотоэлементы не имеют подвижных частей. Поэтому их не надо обслуживать, и они физически не изнашиваются. Простота устройства и принципа работы солнечной батареи обеспечивает стабильную работу в течение 20-25 лет.

Виды солнечных батарей по схеме действия

Фотоэлементы, изготовленные из кремния, могут отличаться по своему кристаллическому строению. Пластины полупроводника могут быть:

  • Поликристаллические просты в изготовлении и стоят дешевле, но производительно у них в районе 12-15%;
  • Монокристаллические дают КПД до 20%, но стоят дороже;
  • Аморфные гибкие панели имеют низкий КПД, около 6-10%.

Понять разницу между видами модулей и принцип работы солнечной батареи можно ознакомившись с видео по изготовлению и работе тонкопленочной панели First Solar.

Области применения солнечных панелей

1. Особенности работы солнечной электростанции для дома и ее устройство

Принципиальная схема работы станции на основе солнечных батарей в комплексе с дополнительными приборами достаточно простая. Но чтобы ее понять, нужно изучить ее составляющие:

  • корпус;
  • фотоэлементы;
  • аккумуляторы;
  • инвертор.

Если кратко рассматривать принцип работы, то не нужно забывать об аккумуляторах для солнечных батарей. Если фотоэлемент подключить к потребителю напрямую, система будет работать не стабильно.

Поэтому в схему работы автономной электростанции на солнечных батареях включают АКБ. Чаще всего их два.

Первый аккумулирует электрический ток и сразу отправляет его потребителю, второй накапливает электричество и поставляет его в случае падения напряжения.

Особенностью устройства и принцип действия солнечных батарей является присутствие в ее схеме диодов Шоттки. Они защищают солнечные мини электростанции от перегрева. Без диодов вся энергосистема может выйти из строя после первого же дождя или тумана.

В бытовых условиях, да и на производстве большинство электропотребителей работают на переменном токе 220 В. Поскольку солнечный модуль вырабатывает постоянный ток напряжением 12/24/48 В, его необходимо трансформировать в переменный. В этом и заключается принцип работы инвертора солнечных батарей.

Инвертор состоит из следующих элементов:

  • низкочастотного адаптера;
  • варикапа на триодах;
  • динисторов;
  • обкладки.

Наибольшая мощность генерации достигается, когда панель располагается под прямым углом к вектору падения лучей света. Наиболее эффективно работают приборы с поворотным принципом действия солнечной батареи.

Но трекеры существенно повышают стоимость комплекса СЭС.
Принцип работы солнечных батарей для дома имеет много общего со схемой работы простого калькулятора с фотоэлементом для подзарядки.

Разница лишь в размерах составных частей электростанции и ее мощности.

2.Принцип работы фонарей и светильников на солнечных батареях

Уличные фонари на солнечных батареях имеют следующий принцип работы:

  • фотоэлементы, установленные на крышке прибора, генерируют электрический ток;
  • ток накапливается во встроенном аккумуляторе светильника;
  • из АКБ электричество поступает в контроллер, и он включает и выключает лампу.

Такой принцип работы имеют и садовые светильники на солнечных батареях. Только там все составляющие прибора гораздо меньшей мощности и размеров. Но и садовые светильники малопроизводительны и используются во основном для декоративных целей и подсветки дорожек.

3. Водонагреватель на солнечной энергии

Принцип работы солнечной батареи основан на преобразовании радиации, излучаемой Солнцем, в электрический ток. Этот процесс можно использовать не только для организации освещения территории и электропитания домашних приборов, но и в других целях. Например, для нагрева воды.

Принцип работы солнечных батарей для нагрева воды может быть двух типов:

  1. Прямой нагрев.
  2. Косвенного типа.

В первом случае нагретая вода циркулирует естественным путем. Во втором случае в водонагревателе используется двухконтурная система, с конденсатором в основном баке, который и передает тепло рабочей жидкости.

Фотоэлектрические панели можно смонтировать к ТЭНу, который и будет греть воду. Но этот принцип действия солнечных батарей достаточно энергозатратный и дорогой.

В теплое время года гораздо выгоднее использовать солнечный водонагреватель, представляющий собой ряд труб, размещенных на прогреваемом солнцем участке. Вода, нагретая в трубах, поступает в коллектор или напрямую в распределительный бак.

Конечно, недостатком такой системы является ее простой в холодное время года. Поэтому выгоднее использовать комбинированные системы.

Часто солнечные водонагреватели используют для подогрева воды в бассейнах, кратко принцип работы солнечных батарей в данном случае такой:

  • в непосредственной близости от бассейна устанавливаются солнечные батареи (коллектор) – ряд труб, окрашенных специальной, светопоглощающей краской, которая способствует быстрому нагреву воды в теплообменнике;
  • в чаше бассейна размещается датчик температуры;
  • при срабатывании датчика включается насос и подает воду в теплообменник, где она нагревается до заданной температуры;
  • как только вода в бассейне нагреется, датчик выключит насос.

Таким образом, солнечную энергию можно эффективно использовать и без дорогих фотоэлектрических панелей.

4. Зарядные устройства на солнечных батареях

Иметь в пользовании автономную мобильную миниэлектростанцию на солнечных батареях очень удобно и выгодно. Благодаря принципу действия солнечной батареи, такие устройства-зарядки могут работать с навигаторами, ноутбуками, телефонами и другими мобильными гаджетами. К преимуществам таких зарядок относят:

  • универсальность конструкции (они адаптированы к различным устройствам и комплектуются специальными переходниками);
  • имеют небольшие габариты;
  • не требуют специального обслуживания.
    В зарядных устройствах такого типа принцип работы солнечной батареи следующий:
  • кристаллы фотоэлементов перерабатывают солнечные лучи в электрический ток;
  • ток накапливается в АКБ;
  • при подключении к зарядке стороннего устройства, ток постепенно перетекает в его аккумуляторную батарею.

Сегодня в продаже имеются различные виды зарядок с фотоэлементами:

  1. Моноблоки. Этот девайс по форме напоминает сотовый телефон, только вместо дисплея у него расположена кремниевая панель. Зарядки данного вида хватит, чтобы запитать мобильный телефон или другой маломощный гаджет.
  2. Гибкая панель. Это тонкая пластина фотоэлементов, которую можно складывать или сворачивать. Ее вес намного меньше моноблока. Но, принцип работы солнечной панели такой конструкции основан на использовании аморфных кристаллов кремния. А значит, мощность зарядки будет небольшая.
  3. Встроенная зарядка. Принцип работы встроенного устройства с солнечной батареей данной конструкции очень интересен. Сама панель закреплена на наружной стороне сумки или рюкзака, внутри которых имеется небольшой аккумулятор, накапливающий электроэнергию, генерируемую фотоэлементами. При необходимости всегда можно подключиться к АКБ и запитать телефон, ноутбук или фонарик.
  4. Раскладушка. Это несколько гибких панелей, которые сложены стопкой. Для их использования нужно разложить батареи в одну линию. Преимуществом конструкции считается ее компактность в сложенном виде. Таким образом получается увеличить рабочую площадь, что обеспечивает высокую производительность зарядного устройства, в основе которого лежат солнечные панели. Принцип их работы аналогичен всем вышеперечисленным видам зарядок.
Читайте также:  Замена лампочки габаритов на сузуки гранд витара: какая стоит

При покупке зарядного устройства на фотоэлементах нужно учитывать не только принцип работы солнечной панели, но и ее мощность, размеры, вес и характеристики АКБ.

5. Солнечные тепловые электростанции

Под солнечной электростанцией обычно подразумевается комплекс из батарей, которые генерируют электроэнергию, но ведь солнечную радиацию можно трансформировать и в тепло.

Принцип работы и применение солнечных батарей тепловых станций может быть разный. Классические виды таких сооружений:

  • башенные конструкции;
  • распределительные устройства.

Принцип работы солнечной станции башенного типа заключается в следующем:

  • в центре сооружения установлена высокая опора, на вершине которой расположен теплообменник;
  • вокруг опоры по кругу смонтирована система плоских зеркал, отраженный свет от которых фокусируется на теплообменнике;
  • под действием солнечных лучей теплоноситель в теплообменнике нагревается и передает тепловую энергию воде;
  • превращаясь в пар, вода приводит в действие генератор, который и производит электрический ток.

Устройство и принцип работы такой тепловой СЭС проще, но эффективней чем комплекса на солнечных батареях.

Устройство и принцип действия распределительных станций иной. В этом случае батарея с теплоносителем располагается в центре цилиндрических зеркал, половинки которых находятся на некотором расстоянии друг от друга. В результате в фокус отраженных солнечных лучей попадает батарея, состоящая из нескольких труб, заполненных теплоносителем.

Принцип работы станции распределительного типа более простой и эффективный, по сравнению с башенными конструкциями. Распределительные СЭС построены в США и Китае. По мощности они не уступают фотоэлектрическим аналогам.

На ютуб канале компании Green Tech Trade

можно посмотреть видео, объясняющее принцип работы солнечной батареи и процесс строительства полноценной электростанции.

Компания является официальным представителем производителя солнечных панелей и оказывает услуги по сопровождению, монтажу и запуску СЭС в Украине.

Источник: https://greentechtrade.com.ua/ru/pryntsyp-raboty-solnechnyh-batarej-dlya-doma/

Солнечные батареи для дома: составные элементы, принцип работы, виды, преимущества и недостатки использования, монтаж

Постоянно растущие тарифы на электричество, перебои в сети напряжения и регулярные отключения всё больше подталкивает хозяев частных домов использовать солнце в качестве источника энергии.

Уже не в диковинку увидеть сооружения из солнечных модулей, закреплённых на кровле или отдельно стоящих на подставке.

Современные домашние станции отличаются большой мощностью, способностью обеспечивать бесперебойную работу бытовой технике в автономном режиме. Эффективность работы и производительность зависят от региона и климатических особенностей.

Посмотрите видео как собрать солнечную батарею своими руками

Составные элементы солнечных батарей

  • Мини станции на солнечных батареях состоят из следующих элементов:
  • • солнечные модули;
  • • контролёр;
  • • аккумуляторы;
  • • инвертор.
  • Кроме того понадобятся:
  • — первичный преобразователь;
  • — комплект проводов;
  • — контрольные приборы за отслеживанием заряда в аккумуляторах;
  • — устройство отбора мощности у батарей.

Принцип работы солнечной батареи

  1. Принцип работы батарей на солнечной энергии состоит из цепи физических процессов:
  2. • кремниевые пластины улавливают солнечную энергию;
  3. • нагретые пластины высвобождают электроны;
  4. • активизация электронов заставляет их двигаться по проводникам;
  5. • проводники направляют поток электронов в аккумулятор (чаще используют несколько накопителей энергии), в результате чего происходит подзарядка;
  6. • преобразователь меняет постоянный ток на переменный;
  7. • с помощью проводных подключений осуществляется подача питания бытовой технике.

Виды солнечных батарей

Подбор типа батарей с необходимыми параметрами обеспечит максимальную производительность с учётом климатических особенностей региона. Выпускается несколько разновидностей плит, отличающихся структурой поверхностного слоя и технологическим процессом изготовления.

  Энергосберегающая (теплосберегающая) плёнка для окон

• Плиты с покрытием из монокристаллического кремния относятся к самым дорогостоящим фотоэлементам, что обусловлено способностью накопления солнечной энергии при сильной облачности. Производство включает сложный процесс медленного остывания кремниевого расплава. После остывания материал разрезается и подвергается дополнительной термообработке. Обычно пластины имеют тёмно-синий цвет.

• Плиты с покрытием из аморфного кремния пока не выпускаются в промышленных объёмах. Перспективное направление находится в стадии развития. Сложность производственного процесса заключается в создании одинаковой направленности кремниевых кристаллов по всей поверхности плёнки, толщина которой не превышает 100 микрон.

• Покрытия рабочей поверхности поли- или монокристаллическим кремнием имеют более доступную стоимость в связи с использованием упрощённой технологией производства. Электротехнические показатели немного уступают другим типам солнечных батарей.

Параметры установок

  • При выборе солнечных батарей уделяют внимание техническим параметрам и характеристикам. Качественные и высокопроизводительные изделия должны иметь следующие параметры:
  • • показатель КПД свыше 20%;
  • • высокий уровень сопротивления;
  • • стекло должно быть закалённым;
  • • устойчивость к плохим погодным условиям;
  • • в южных регионах предпочтение отдаётся поликристаллическим моделям;
  • • для северных регионов рекомендуются монокристаллические плиты.

Преимущества использования солнечных батарей

  1. Плюсы:
  2. • автономность;
  3. • регулировка температуры;
  4. • за энергию не нужно платить;
  5. • постоянное пополнение запасов ресурса;
  6. • экологичность и безопасность;
  7. • может использоваться в качестве резерва и основного источника;
  8. • длительный срок эксплуатации.

Недостатки использования солнечных батарей

  • Минусы:
  • • высокая цена оборудования;
  • • погодные катаклизмы отрицательно влияют на работу приборов;
  • • необходимо выделить место под установку;
  • • обслуживание оборудования;
  • • в зимнее время снижается производительность;
  • • для увеличения мощности требуется модернизация системы.

Примерная стоимость батарей

Доступной альтернативную систему добычи электроэнергии назвать нельзя. Однако дорогое оборудование может окупиться уже через 3-5 лет, в зависимости от мощности и климатических особенностей. Станция мощностью 20-25 кВт, с возможностью отопления дома среднего размера, может обойтись в 800 000 рублей.

Монтаж солнечной батареи

  1. Сооружение станции на солнечных батареях имеет преимущество перед укомплектованным оборудованием возможностью постоянно наращивать мощность, и оптимизировать процесс.
  2. Начать изготовление станции нужно с разработки проекта.

    На этом этапе учитываются следующие факторы:

  3. — место установки модулей;
  4. — расчёт угла наклона конструкции;
  5. — если предполагается использовать кровлю под установку, просчитать несущую способность кровельного каркаса, стен и фундамента;
  6. — отдельное помещение или уголок в доме под аккумуляторы.
  7. После приобретения необходимого оборудования и фотоэлементов выполняется монтаж.

• Каркас собирается из алюминиевого уголка шириной 35 мм. Объем ячейки должен соответствовать размерам необходимого количества фотоэлементов (835х690 мм).

• В заготовленной раме из алюминия сделать отверстия для метизов.

• Внутреннюю часть уголка обработать герметиком в два слоя.

• В раму уложить лист из оргстекла, поликарбоната, плексигласа или другого материала. Уплотнить соединения рамы и листа путём лёгкого прижима поверхностей по периметру. Оставить на открытом воздухе до полного высыхания.

• Зафиксировать стекло десятью метизами в отверстия, размещённые по углам и сторонам рамки.

• Перед креплением фотоэлементов очистить поверхность от пыли.

• Припаять проводник к плитке, предварительно протерев контакты спиртом и уложив на них флюс. Во время работы с кристаллом нужно избегать давления на него. Хрупкая структура может разрушиться.

• Уложить по всей длине контакта шину и медленно провести по ней горячим паяльником.

• Перевернуть пластины и выполнить пайку аналогичным образом.

• Выложить фотоэлементы на оргстекло в рамке, зафиксировать их с помощью монтажной ленты. Раскладку легче выполнить после разметки. Рекомендуется также использовать для крепления силиконовый клей. Наносить его нужно точечным способом. Одной капли на плитку вполне достаточно.

  • • Располагать кристаллы нужно с соблюдением зазора 3-5 мм, чтобы при нагревании материала не деформировалась поверхность.
  • • Выполнить соединение проводников по краям фотоэлементов с общими шинами.
  • • Специальным прибором протестировать качество пайки.

• Герметизировать панель, нанеся герметик между плитками. Осторожно придавить их пальцами, чтобы края плотно прилегли к стеклу. Также необходимо промазать герметиком края рамки.

• С боковой стороны каркаса установить соединительный разъем, к которому подключить диоды Шоттки.

• Закрыть рамку защитным стеклом. Уплотнить все соединения для предотвращения попадания внутрь влаги.

• Лицевую сторону панели обработать лаком.

• Закрепить панель на кровлю или другое место, расположенное на солнечной стороне.

Источник: https://nastroike.com/dom-i-dacha/864-solnechnye-batarei-dlya-doma-sostavnye-elementy-printsip-raboty-vidy-preimushchestva-i-nedostatki-ispolzovaniya-montazh

Устройство солнечной батареи – полный обзор элементов. Жми!

За это время появились могучие электростанции, масштабные ГЭС, сила расщеплённого атома и мощь бурных рек пришла на помощь человечеству.

Особенно стремительно развиваются в различных регионах Земли в последние десятилетия такие альтернативные источники энергии, как ветровые станции и солнечные батареи.

Учитывая, что угасание Солнца ожидается лишь через 4-5 млрд. лет, такой источник энергии, как солнечные батареи можно считать неисчерпаемым. Поговорим о нём. Что это такое, откуда взялось и как устроено.

Изобретение

Инсолятор О. МушоПервым, кто смог экспериментально обнаружить взаимодействие между светом и электрической энергией, был знаменитый немецкий физик Генрих Герц. Также известно, что явление, аналогичное открытому позднее фотоэффекту наблюдал и исследовал в 1839 г. Эдмон Беккерель.

Он сумел выяснить, что ультрафиолет значительно способствует возникновению и прохождению разряда между двумя проводниками электрической энергии. Однако, проведя ряд экспериментов, Герц не стал больше развивать эту тему.

Первую в мире, работоспособную схему по выработке и передаче электрической энергии с применением лучей света произвёл русский учёный из Москвы Александр Столетов. Он создал прообраз первого в мире фотоэлемента.

Француз Огюст Мушо в конце позапрошлого столетия сумел создать систему, при которой сфокусированные и преобразованные солнечные лучи приводили в движение печатную машину.

Это привело к появлению первых фотоэлементов на основе селена (Se – 34), а затем и таллия (Tl – 81). В 1930 гг. учёными-физиками Академии наук СССР был создан медно-таллиевый (Cu-Tl) фотоэлемент с наибольшим для тех времён КПД в 1%.

Появившиеся позднее фотоэлементы на основе Кремния (Si-14) имели в 6 раз больший КПД. В 1953 г. была разработана первая в мире солнечная батарея. Спустя всего 5 лет учёные СССР установили первые солнечные батареи на искусственный спутник Земли №3.

Третий искусственный спутник Земли (СССР, 15 мая 1958 г.) с солнечными батареями.В 1970-х гг. прошлого века учёные выяснили, что полупроводники лучше многих металлов образуют электрический ток из света. С тех пор появилось множество новых видов и материалов для производства солнечных батарей.

Именно открытие фотоэффекта, произведённое А. Эйнштейном, и привело к возникновению и развитию индустрии солнечных батарей.

Как устроена

Система СБИтак, солнечная батарея – система взаимосвязанных элементов, структура которых позволяет, используя принцип фотоэффекта, преобразовывать попадающий на них под определённым углом солнечный свет в электрический ток.

  • Система, преобразующая солнечный свет в электрическую энергию состоит из следующих комплектующих элементов:

Схема работы солнечной панелиФотоны света (солнечный свет), попадающие на поверхность полупроводника при столкновении с его поверхностью передают свою энергию электронам полупроводника. Выбитые вследствие удара из полупроводника электроны преодолевают защитный слой, имея дополнительную энергию.

Таким образом, отрицательные электроны покидают p-проводник, переходя в проводник n, положительные – наоборот. Такому переходу способствуют существующие в проводниках на тот момент электрические поля, которые в последствие увеличивают силу и разность зарядов (до 0.5 В в небольшом проводнике).

Намереваясь приобрести солнечную батарею или изготовить её, тщательно просчитайте:

  • стоимость такой батареи и необходимого оборудования;
  • необходимое вам количество электрической энергии;
  • количество необходимых вам батарей;
  • число солнечных дней в году в вашем регионе;
  • необходимую вам площадь для установки солнечных батарей.

Сила электрического тока в солнечном элементе зависит от таких факторов, как:

Элементы для улучшения работы

СБ на солнечном трекереДля организации более эффективной работы фотоэлементов в конструкции солнечной батареи используют диод Шоттки.

Он представляет собой диод полупроводникового типа, который имеет меньше по сравнению с другими конструкциями падение напряжения при включении напрямую.

Он работает на основе использования перехода p-n типа в среде “металл-проводник”. Сравнение с кремниевыми диодами показывает, что прямое напряжение снижается в среднем с 0,65 В до 0,35 В, что способствует росту КПД системы.

Для более эффективного попадания солнечного света на поверхность батареи разработано и используется специальное устройство – солнечный трекер. Данное устройство предназначено для слежения за движением Солнца и поворота солнечной панели (батареи) таким образом, чтобы на её поверхность попадало как можно больше солнечных лучей (оптимизация угла падения лучей).

Для более рационального соединения двух и более панелей солнечных батарей и получения нужного сопротивления в такой системе используются специальные сертифицированные коннекторы, например МС4 Т (male+female).

Преимущества и недостатки

Положительными чертами данного вида выработки энергии являются:

  • экологичность (не загрязняет окружающую среду);
  • долговечность (при бережном использовании фотоэлементы прослужат несколько десятков лет);
  • достаточно простой принцип работы.

Минусами системы являются:

Использование солнечной энергии в мире

Комплекс солнечных батарей в ГерманииМногие государства всерьёз задумались о масштабном производстве и использовании солнечной энергии.

  1. Лидерами по производству энергии с помощью солнечных батарей являются США, Япония и Германия.
  2. Производство солнечной энергии получает своё развитие и в России.
  3. В настоящее время в РФ уже построено следующее количество установок по производству солнечной энергии:
  • Краснодарский край – 46 ед.;
  • Дагестан – 8 ед.;
  • Ставропольский край – 2 ед.;
  • Бурятия, Хабаровский край, Костромская область – по 1 ед.

Бурное развитие данной отрасли во всем мире оставляет надежду на то, что в будущем этот неисчерпаемый источник экологичной энергии станет основным для населения планеты.

Смотрите видео, в котором подробно рассказывается об устройстве и производстве солнечных панелей:

Источник: https://teplo.guru/eko/ustroystvo-solnechnoy-batarei.html

Как устроена солнечная батарея и принцип ее работы

Современная солнечная батарея представляет собой соединение фотоэлементов, которое может преобразовывать солнечное электромагнитное излучение в электрическую энергию. Ее основными составляющими являются фотоэлементы, от количества которых зависит вырабатываемое напряжение и сила тока.

Устройство солнечной батареи основано на явлении внутреннего фотоэлектрического эффекта, которое впервые было открыто ученым Эдмондом Беккерелем еще в 1839 году. В 1873 году другой ученый Уиллоуби Смит заметил такой эффект во время облучения солнечным светом пластины селена.

Наибольшее распространение солнечные батареи получили, начиная с середины двадцатого века.

Виды солнечных батарей и их предназначение

В настоящее время используется несколько разновидностей солнечных батарей. Все они отличаются длительным сроком эксплуатации, который зачастую превышает 30 лет. Это достигается за счет отсутствия в конструкции механических компонентов и расходных частей.

Наибольшее распространение сегодня получили три вида фотоэлементов:

  1. Монокристаллические;
  2. Поликристаллические;
  3. Тонкопленочные.

Самым распространенным видом являются поликристаллические панели, которые отличаются оптимальным соотношением цены и эффективности. В большинстве случаев их КПД достигает 12-13 %.

Эти батареи отличаются кристаллической структурой и синим цветом. Монокристаллические солнечные панели являются более эффективными, так как их КПД достигает 15-16%.

Однако, с учетом стоимости одного ватта мощности, их использовании обходиться дороже.

Монокристаллические и поликристаллические батареи имеют схожие функции:

  • освещение жилых домов, хозяйств, тепличных комплексов;
  • освещение садовой, парковой зоны, улиц;
  • обеспечение электроэнергией медицинские и телекоммуникационные приборы;
  • энергоснабжение систем подачи и очистки воды;
  • подзарядка ноутбуков, мобильных телефонов.

Тонкопленочные обладают самым низким КПД, который не превышает 12%.

В то же время, за счет низкой цены фотоэлементов, которые входят в конструкцию, один ватт мощности электроэнергии здесь обходиться дешевле, чем в остальных батареях.

К тому же, тонкопленочные панели занимают в 2-3 раза большую площадь, чем моно- и поликристаллические. Поэтому, их лучше использовать для питания крупных систем мощностью более 10 кВт.

Из какого материала изготавливаются солнечные батареи

Наиболее распространенным материалом для изготовления солнечных панелей является кристаллический кремний. Монокристаллический кремний изготавливается по методу Чохральского или тигельным способом. Более простым для изготовления считается поликристаллический кремний, который по структуре представляет собой совокупность кристаллов. Также в качестве материала для изготовления фотоэлементов может использоваться ленточный кремний. Для его производства два тонких слоя кремния накладываются друг на друга. Он более дешевый в изготовлении, но и менее эффективный.

Основные элементы солнечной батареи

Современное устройство солнечной батареи предусматривает обязательное наличие прочного корпуса, в котором будут размещаться фотоэлементы. Это связано с хрупкостью панелей. Корпус представляет собой коробку небольшого размера с небольшими боковыми ребрами.

При этом, ребра не должны мешать солнечному свету попадать на выходы элементов. Размер коробки определяется количеством солнечных элементов. Следующим элементом конструкции является подложка, которая располагается в корпусе прямо на панели.

Перед установкой подложки корпус нужно обработать специальными красками, которые имеют стойкость к микроорганизмам и влаге.

Кроме того, в корпусе должны быть вентиляционные отверстия, за счет которых будет поддерживаться определенная температура и выводиться газы, которые выделяются при работе батареи в незначительном количестве.

Технология изготовления

Вначале следует спаять фотоэлементы между собой. Если вы купили элементы с металлическими выступами, то тогда можно просто спаять ушки батарей между собой. Делать это нужно очень внимательно и аккуратно.

После пайки соединенные компоненты необходимо приклеить к подложке в верхней части панели. Это лучше сделать при помощи специального силиконового клея, который никак не препятствует проникновению солнечных лучей. Кроме того, он способствует нормальному теплообмену.

Однако, не переусердствуйте с клеем, так как это может привести к повреждению батарей. Клеить нужно только центр клеток. Далее все элементы нужно соединить с проводом, который подается в одной из заранее предусмотренных вентиляционных отверстий.

Для закрепления провода к солнечным элементам лучше использовать силиконовую замазку.

На следующем этапе поверх панелей устанавливается оргстекло. Однако, до этого следует подключить диод Шоттки от чувствительных теплопроводящих компонентов. Этот диод послужит блокирующим устройством, которое защитит фотоэлементы при перепадах напряжения. Кроме того, диод Шоттки будет отключать питание системы при маленькой мощности электросети.

Так аккумуляторы, заряжаемые от солнца, не будут разряжаться при прекращении питания. Когда диод будет подключен, можно ставить оргстекло и закреплять его винтами. Технология изготовления солнечных панелей является достаточно простой и понятной. Единственное, важно правильно соблюдать последовательность соединения, иначе вся система не будет работать.

Как работает солнечная батарея

Принцип работы солнечной батареи основан на наличии полупроводника в виде двух пластин, соединенных друг с другом. Каждая пластина изготавливается из кремния с использованием дополнительных примесей. Благодаря этому пластины обладают своими уникальными свойствами.

Первая из них имеет избыток валентных электронов, а вторая имеет недостаток этих электронов. Эти полупроводники получили название n и p. Если эти полупроводники соединить в единое целое, то можно получить PN-переход в месте контакта между ними.

В то время, когда на батарею попадают прямые солнечные лучи, на обеих сторонах этого перехода начинают накапливаться положительные и отрицательные плавающие нагрузки. В результате генерируется напряжение и возникает магнитное поле.

Если подсоединить к такому элементу провод, по нему потечет электричество.

Как подключить солнечную батарею

Как только вы изготовите солнечную панель, можно начинать заниматься ее подключением. Можно не подключать ее напрямую к сети, чтобы избежать потерь электроэнергии. То есть, желательно установить автономную систему с аккумуляторами. Они будут заряжаться от солнечных батарей каждый день и быстро разряжаться.

При этом, глубина разрядки может быть довольно существенной. Поэтому, аккумуляторы могут быстро выйти из строя. Для того, чтобы этого не произошло, лучше оставить подключение к сети через гибридный батарейный инвертор. Это устройство будет отдавать фотоэлементам приоритет при распределении нагрузки.

Инвертор не будет отдавать излишки электроэнергии в сеть, а будет передавать ее на аккумуляторы. Такой вариант является одним из наиболее оптимальных. Эта система состоит из гибридного инвертора, контроллера заряда солнечных панелей и аккумуляторов.

Такой механизм сможет работать не только как основная, но и как резервная система электропитания.

Источник: https://ekobatarei.ru/vidy/solnce-alternativnyj-istochnik-elektroenergii

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector