Як працюють сонячні батареї

Популярним способом отримання альтернативної енергії є установка і експлуатація сонячних станцій. Системи складаються з сонячних батарей, перетворювачів, акумуляторів і деяких інших елементів. Головне завдання такого комплекту отримати сонячну енергію, трансформувати її в електричний струм, накопичити електрику і при необхідності віддати його на точку забору - розетку, вимикач.

І хоч всі складові системи вкрай важливі, більшості споживачів, які добре пам'ятають уроки фізики зі шкільної програми, зрозуміло, як кожен елемент працює. А як працює сонячна батарея? Це питання цікавить багатьох споживачів, хто має намір встановити панелі на дах або на спеціальні столи наземним способом. У всій системі, напевно, саме це конструктивне ланка залишається менш зрозумілим для більшості користувачів.

Щоб прояснити цей момент, експерти «GREEN SYSTEM» вирішили розповісти простими словами, як працюють сонячні батареї. Якщо після прочитання статті у вас залишаться питання, фахівці компанії готові відповісти на них в телефонному режимі або при особистій зустрічі в нашому офісі. Запрошуємо до співпраці приватних осіб, фермерські господарства, комерційні організації і підприємства промисловості. Ми проектуємо, встановлюємо і обслуговуємо сонячні станції потрібної потужності з урахуванням потреб і можливостей конкретного об'єкта. Ну а тепер перейдемо до відповіді на питання: «Як працює сонячна батарея?».

Комплектація

Основними компонентами батареї є сонячні панелі, що складаються з кремнієвих фотоелементів. З монокристалічного або полікристалічного кремнію робляться найтонші пластини, які і є елементами, здатними «вбирати» сонячне світло для його подальшого перетворення в традиційне електрику. Фотоелементи з'єднуються паралельно-послідовним способом один з одним в єдиний ланцюг. Модуль доповнений алюмінієвим профілем, проводами, розподільної коробкою. Всі перераховані деталі з'єднані в один блок герметиками.

Цікава інформація: Кремнієві пластини, на жаль винахідників, сильно відбивають світло. Відповідно частина сонячної енергії відбивається, не використовується модулем. Для зменшення втрат фотоелектричні пластинки покриваються антивідблиску шаром. А щоб запобігти пошкодженню пластини з кремнію від вітру, дощу, граду, зверху модуль закривається ударостійким склом.

При цьому робота сонячних панелей сама по собі не дасть ніякого результату, якщо блок не буде підключений до наступних додаткових компонентів:

• Акумулятор. Його роль накопичувальна. Акумулятор накопичує енергію, яку отримали і перетворили фотоелементи. Установка АКБ дозволяє використовувати електрику тоді, коли виникає потреба в ньому. Акумулятор забезпечує будівлю або обладнання електроенергією в темний час доби і в похмуру погоду, якщо не вистачає енергії від фотомодулів. Потрібно розуміти, що в АКБ заряд йде постійним струмом великої Ампераж і низького вольтажу. Для перетворення такого струму в змінний 200 вольт потрібні спеціальні пристрої.
• Контролер заряду. Критично важливо забезпечити правильну навантаження і вольтаж для заряду АКБ. Часто контролери заряду входять до складу гібридних інверторів або блоку літій іонних батарей. Це BMS контролери
• Інвертор-перетворювач. Найважливіший елемент системи, завдання якого полягає в перетворенні постійного струму, що надходить контроль заряду АКБ, контроль навантаження споживачів, перетворення гармонік, сплесків і інших характеристик мережі (у електричного струму з нашої з вами мережі є ще ряд параметрів і характеристик крім 200 вольт і 50 герц ) в змінний заряд.
• Стабілізатор напруги. Цей компонент відповідає за підтримання оптимальних показників напруги в мережі.

Отже, без будь-якого з перерахованих елементів, система працювати не зможе. А щоб вона не просто працювала, а демонструвала надійність і стабільність, компоненти повинні бути грамотно підібрані. Їх характеристики повинні відповідати загальним розрахунками, тому проектування системи потрібно довіряти професіоналам, які працюють в даній сфері.

Кристали фотоелементів: види і відмінності

Уже згадувалося, що пластини сонячних панелей можуть бути монокристаллическими і полікристалічний. Чим вони відрізняються?

Монокристалічні фотоелементи виготовляються з пластин кремнію, які, в свою чергу, є найтонші зрізи кремнієвого кристала, вирощеного з очищеного сировини. Вони демонструють високий ККД до 22%. Перші фотомодулі в лабораторіях були з селену, який давав ККД близько 1% !!! Ось такий шлях від лабораторії до ефективної технології пройшли фотомодулі за майже півстоліття Панелі з монокристаллическими елементами досить дорогі, що пояснюється дорожнечею виробничого процесу.

Полікристалічні фотоелементи виробляються шляхом розплавлення кремнієвого сировини і його поступового охолодження. Ступінь очищення кремнію в них нижче, виробничий процес - простіше, ніж в у першому випадку. Але і результат, який можна отримати при використанні таких фотоелементів, не такий високий. ККД досягає всього 15%.

Отже, фотоелектричні елементи обраного типу в потрібній кількості з'єднується між собою послідовно-паралельно. Такий принцип з'єднання дозволяє отримати високі показники напруги і струму. Крім того, при виході одного елемента з ладу, ланцюг зберігає працездатність, і панель може функціонувати без збою.

Цікаво знати: Монокристалічні і полікристалічні кремнієві панелі не єдині доступні. Це найпопулярніші варіанти, які найбільш часто використовуються в сонячної промисловості. Але вчені, незадоволені складність вирощування кристалів і недостатньо високим ККД, продовжують шукати їм альтернативу. Наприклад, конкурентами кремнієвих батарей можна вважати тонкоплівкові кремнієві, кадмієві фотоелементи, плівки селеніду міді-індію-галію. Хоч ККД у цих пристроїв також варіюється на показнику 10-11%, але є у них свої плюси. Тонка плівка еластична, довговічна, може наноситися на поверхні з неправильною геометрією. І, як показують тести, плівкові фотоелектричні елементи краще приймають промені в похмуру погоду. Коли мова йде про невеликі обсяги необхідної альтернативної енергії, такий варіант може бути розглянутий.

Найбільшими виробниками сонячних панелей є Китай і США. Китайські батареї відрізняються конкурентною ціною. При цьому вони повністю відповідають світовим стандартам, сертифіковані, надійні і довговічні.

Принцип роботи сонячних панелей

Тепер, коли ми розібралися, що таке сонячна панель, розглянемо принцип роботи сонячних батарей. Важливо відзначити, що в конструкції модулів є два види напівпровідників:

• n-шар з надмірною кількістю електронів;
• p-шар з дефіцитом електронів.

При попаданні сонячних світлових потоків на n-шар його електрони вивільняються з атомів і під дією електричного поля переміщуються на p-шар, де спочатку спостерігалася їх недостача. Після перенаправлення виробленої енергії на АКБ вони знову переміщаються на перший шар, де для них є вільне місце. Направлений рух електронів - це і є електричний струм. Процес не припиняється, поки акумулятор не набере заряд. Потужність сонячної панелі довжиною в метр може досягати 125 Вт.

Цікаво знати: Сонячна панель може мати багатошарову будову або конструкцію з декількома p-n переходами. Багатошарові блоки вловлюють сонячні потоки різного спектру, промені різної довжини. Поки такі варіації використовуються тільки в космічній сфері, але скоро можуть з'явитися і в широкому доступі в сонячної промисловості. Їх конструктивна особливість полягає в наявності спеціальних призм, які поділяють різні світлові потоки. Що стосується ефективності, то тришарові панелі демонструють ККД до 49%, а моделі з нескінченним числом шарів мають ККД до 68%.

Важлива інформація: Тому як батарея встановлюється, щоб отримувати і перетворювати енергію сонця, то цілком зрозуміло, що панелі монтуються на майданчиках, де відкритий доступ до сонячного світла. Якщо частина конструкції виявляється затемненій, це може викликати падіння вихідного напруги. Тому місце установки ретельно продумується, забираються всі, що може створити тінь. Наприклад, крона дерев формується так, щоб вона не відкидала тінь на панелі.

Які плюси отримує власник сонячних батарей

Сонячні батареї - це сучасні технології. І всеж. Які переваги отримує власник станції? Навіть одна батарея дозволяє:

• істотно економити на електроенергії, адже її потужності вистачить, щоб частково або повністю відмовитися від струму з центральних електромереж;
• окупність сонячних станцій 3-5 років, далі власник отримує чистий прибуток;
• при правильно спроектованої системі енергії сонця після трансформації в електричний струм може вистачати, щоб опалювати будинок і підігрівати гарячу воду;
• надлишки електрики можна продавати за «Зеленим тарифом».

Цікаво знати: Багато людей впевнені, що взимку сонячна батарея не буде ефективною, так як світловий день короткий, енергії сонця набагато менше, ніж влітку. Але не варто забувати, що сніг прекрасно відображає промені. Тому на панелі, при правильній їх установці, буде потрапляти частина відбитого світла. І потужність модуля скоротитися в зимовий час незначно. З 2019 року виробники почали випускати двосторонні фотомодулі, які ефективно вловлюють відбите випромінювання. ККД таких модулів вище на 5-7% в порівнянні зі звичайними.

В рамках даного матеріалу експерти компанії GREEN SYSTEM розповіли, з чого складаються сонячні панелі, як працюють батареї. В офісі компанії в м Запоріжжя бул Парковий 1ф оф 4 ви зможете побачити зразки сонячних панелей різних типів, комплектуючі сонячних електростанцій. Діє реальна модель автономної СЕС. Ми покажемо аналітику і статіскіу за діючими об'єктами, побудованим нашою компанією, розповімо про аспектах цих об'єктів і про те як будувати ефективні сонячні станції.

Якщо ви хочете дізнатися більше про можливі вигоди від встановлення сонячних батарей або про принцип дії сонячної панелі, зв'яжіться з нашим менеджером по телефону. Спеціаліст дасть консультацію в телефонному режимі або призначить зустріч на зручне для вас час.