Солнечные панели и их виды. Солнечные панели википедия


Солнечная батарея - это... Что такое 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.

Использование

Микроэлектроника

Зарядное устройство

Для обеспечения электричеством и/или подзарядки аккумуляторов различной бытовой электроники — калькуляторов, плееров, фонариков и т. п.

Электромобили

На крыше автомобиля Prius, 2008

Для подзарядки электромобилей.

Энергообеспечение зданий

Солнечная батарея на крыше дома

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

Солнечно-ветровая энергоустановка

Использование в космосе

Солнечная батарея на МКС

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

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]

  1. Suntech Power (англ.)русск.
  2. First Solar (англ.)русск.
  3. Sharp Solar (англ.)русск.
  4. Yingli (англ.)русск.
  5. Trina Solar (англ.)русск.
  6. Canadian Solar (англ.)русск.
  7. Hanwha Solarone (англ.)русск.
  8. SunPower (англ.)русск.
  9. Renewable Energy Corporation (англ.)русск.
  10. SolarWorld

Производство в России

Заводы производящие солнечные батареи[источник не указан 646 дней]:

  1. ООО «Хевел» (Новочебоксарск)[12]
  2. «Телеком-СТВ» (Зеленоград)
  3. «Солнечный ветер» (Краснодар)[13]
  4. ОАО «НПП «Квант» (Москва)[14][15]
  5. ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов»
  6. ЗАО "Термотрон-завод" (Брянск)
  7. ОАО «Сатурн» Краснодар[16]

См. также

Ссылки

Примечания

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

dic.academic.ru

Солнечная батарея — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Солнечная батарея На крыше автомобиля Prius, 2008

Солнечная батарея — один из генераторов альтернативных видов энергии, превращающих солнечное электромагнитное излучение(проще говоря - свет) в электричество. Является объектом исследования гелиоэнергетики (от гелиос греч. Ήλιος, Helios — солнце). Производство солнечных батарей развивается быстрыми темпами в самых разных направлениях.

  1. Фотоэлектрические преобразователи — Полупроводниковые устройства, прямо преобразующие солнечную энергию в электричество (солнечные элементы ). Несколько объединённых СЭ называются солнечной батареей.
  2. Гелиоэлектростанции (ГЕЭС). Солнечные установки, использующие высококонцентрированное солнечное излучение в качестве энергии для приведения в действие тепловых и др. машин (паровой, газотурбинной, термоэлектрической и др.).
  3. Солнечные коллекторы (СК). Солнечные нагревательные низкотемпературные установки.
  4. Органические батареи Устройства преобразующее солнечные лучи в электричество с помощью генетически модифицированных клеток, напечатанных на тонком пластике с проводником.

[править] Использование

Солнечно-ветровая энергоустановка

Солнечные батареи очень широко используются в тропических и субтропических регионах с большим количеством солнечных дней. Особенно популярны в странах Средиземноморья, где их помещают на крыши жилых зданий для нагрева воды, получения электричества. В перспективе они, вероятно, будут применяться для подзарядки электромобилей.

[править] КПД фотоэлементов и модулей

Мощность потока солнечного излучения на квадратный метр, без учёта потерь в атмосфере, составляет около 1350 ватт[1]. В то же время, удельная мощность солнечного излучения в Европе в очень облачную погоду даже днём может[2] быть менее 100 Вт/м². С помощью наиболее распространённых солнечных батарей можно преобразовать эту энергию в электричество с КПД 9-24 %. При этом цена батареи составит около 1—3 долл. за Ватт номинальной мощности. При промышленной генерации электричества с помощью фотоэлементов цена за кВт·ч составит 0,25 долл. Ожидается, что к 2010 году себестоимость снизится до 0,15 долл.[3]

Сообщается, что в отдельных лабораториях получены солнечные элементы с КПД 44 %. В 2007 году появилась информация, о изобретении российскими учёными (г. Дубна) элементов с КПД 54 %, но эти высокоэффективные панели не могут массово использоваться в виду своей высокой себестоимости, над этой проблемой и работают многие учёные.

Максимальные значения КПД фотоэлементов и модулей, достигнутые в лабораторных условиях[4] 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

[править] Факторы влияющие на КПД

Особенности строения фотоэлементов вызывают снижение производительности панелей с ростом температуры.

Частичное затенение панели вызывает падение выходного напряжения за счёт потерь в неосвещенном элементе, который начинает выступать в роли паразитной нагрузки. От данного недостатка можно избавиться путем установки байпасса на каждый фотоэлемент панели.

Из рабочей характеристики фотоэлектрической панели видно, что для достижения наибольшего КПД 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.

[править] Использование в космосе

Солнечные батареи на МКС

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 генераторов).

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).

[править] Мировое производство солнечной энергии

см. Солнечная электростанция

В другом языковом разделе есть более полная статья Painel solar (порт.)

Вы можете помочь проекту, дописав эту статью с помощью перевода.

arquivo.pt

Что такое солнечная панель, их КПД и разновидности

Солнечная панель (она же солнечная батарея) – это устройство для выработки электричества, работающее только от солнечной энергии. Конструктивно она представляет собой несколько соединенных между собой определенным образом фотоячеек, помещенных в защитный корпус со стеклянной передней панелью. Фотоячейки являются ничем иным, как полупроводниковыми модулями, в которых под действием лучей солнца генерируется электроток.

Сфера применения солнечных батарей очень широка:

  • Микроэлектроника (для обеспечения автономной работы разного рода приборов, самый распространенный пример – калькуляторы на фотоячейках).
  • Бытовая электроника (для подзарядки аккумуляторов мелкой техники, от смартфонов до ноутбуков).
  • Энергообеспечение зданий (экономия электричества и обеспечение автономного энергоснабжения частных домов и иных объектов).
  • Энергообеспечение отдаленных районов (обеспечение электричеством регионов, где невозможна или затруднена прокладка центральных энергосетей).
  • Энергообеспечение мобильных объектов (передвижных станций, комплексов разного назначения).
  • Космическая отрасль (энергообеспечение различных космических аппаратов).
  • Автопромышленность (снабжение энергией электромобилей и электрокатеров).

Причем по мере совершенствования технологий и удешевления конечного продукта расширяется и сфера использования гелиопанелей.

Преимущества солнечных батарей

Достоинств у гелиопанелей очень много.

Во-первых, это энергонезависимость: им не нужно никакое дополнительное топливо. Также не требуется замена рабочих узлов или иное «техобслуживание». Все, что нужно, – периодическая очистка рабочей поверхности от загрязнений.

Во-вторых, это автоматическая и бесшумная работа. Солнечные батареи не надо включать или выключать и поддерживать их в рабочем состоянии. Простои в работе на них никак не сказываются. Кроме того, такие батареи не производят абсолютно никакого шума, в отличие от тех же дизельных или бензиновых генераторов.

В-третьих, это надежность и долговечность. Расчетный срок работы солнечных батарей составляет минимум 25 лет. Причем производитель гарантирует практически полное сохранение первоначальной выходной мощности на протяжении всего срока. Падения выходной мощности достаточно незначительны (порядка 5%). Они указываются в документации на солнечную батарею.

В-четвертых, это возможность конфигурировать гелиосистему по своему усмотрению. Солнечные модули можно объединять в системы, получая нужные выходные параметры мощности и напряжения. У топливных же и ветряных систем мощность фиксирована.

Виды фотоячеек

Солнечные батареи изготавливаются из фотоячеек нескольких типов:

  • На основе монокристаллов кремния. Ячейки, изготовленные из монокристаллического кремния, отличаются равномерной структурой и высокой производительностью.
  • На основе поликристаллов кремния. Ячейки из поликристаллов имеют неоднородную структуру и меньшую, чем у моноячеек, энерговыработку. При одинаковой выходной мощности площадь их будет несколько больше, чем у ячеек из монокристаллов. При этом стоимость их также ниже.
  • На основе тонких пленок. Батареи на основе тонкопленочных структур (обычно аморфного кремния, хотя в последние годы используются и новые разработки) имеют КПД примерно в 1,5 раза меньше, чем у кристаллических аналогов, однако обладают большей (на 10-15%) среднегодовой выработкой, особенно в условиях пасмурной погоды или сильно запыленного воздуха.
  • На основе двух- и трехслойных структур полупроводников (галлия/индия/селена, теллурида кадмия, арсенида галлия и т.д). Это новые разработки в области производства фотоячеек. КПД их выше, чем у ячеек на основе кремния, но выше также и стоимость, поэтому в бытовых солнечных панелях они почти не используются.

Каждый тип солнечных батарей имеет свои преимущества и недостатки, которые определяют особенности его использования.

Производительность солнечных батарей

КПД солнечных панелей изначально был невысоким, порядка нескольких процентов. Однако в настоящее время их производительность достигла довольно значительного уровня. Так, КПД батарей, собранных из фотоячеек на основе монокристаллического кремния, составляет около 24%. КПД ячеек на основе поликристаллов несколько ниже – примерно 20%, но эти панели стоят несколько дешевле монокристаллических.

Производительность тонкопленочных батарей составляет примерно 10-15% для кремниевых структур и около 24% для структур на основе галлия арсенида (20% для индия/палладия). Многослойные же ячейки (например, GaInP/GaAs/Ge) имеют производительность порядка 30%.

solarb.ru

Кто придумал солнечные батареи?

Электричество давно стало привычным и без него уже сложно представить нашу жизнь. Ведь это не только обычный свет в нашем доме, но и «двигатель» всего прогресса. А в перспективе цивилизация перейдет на электричество от солнечных батарей. Кто первым догадался, как преобразовать солнечный свет в электрический?

Забытое гениальное изобретение

В справочниках по электричеству говорится о том, что первые в мире солнечные батареи появились в 1954 году. Именно тогда ученые Дерилл Чапин, Кэл Фуллер и Гордон Пирсон создали солнечную батарею на основе кремния. Коэффициент полезного действия у батареи был крайне низким. Он равнялся лишь четырем процентам. То есть из 100 процентов падающего на кремниевую подложку солнечного света в электричество преобразовывалось только четыре процента. Спустя десятилетия этот показатель удалось довести до пятнадцати процентов.

Но мало кто знает, что намного раньше (в 1880 году) американский ученый Чарльз Фриттс изобрел селеновую солнечную батарею. Его идея заключалась в том, что он покрывал селен тонким слоем золота и разница этих двух химических элементов  позволяла превращать солнечный свет в электричество. Правда, с ничтожным КПД в один процент. Но важно то, что изобретение было сделано в области, где никто прежде никаких практических идей не проявлял. К сожалению, открытие Чарльза потом было просто забыто и идею пришлось «открывать» заново.

Интересно то, что к солнечным батареям имел отношение и знаменитый Альберт Эйнштейн. Он в 1905 году научно объяснил суть фотоэффекта. Но еще раньше, на подступах к этому объяснению находились другие ученые и практики. В частности,  Уиллоуби Смит в 1873 году заметил чувствительность селена к солнечному свету, но не смог правильно сформулировать природу явления. В 1877 году ученые Адамс и Дэй тоже столкнулись с этой особенностью селена, но тоже не вышли на верный путь объяснения эффекта. Чарльз Фриттс тоже не все понял, но зато сумел практически использовать селен в направлении хозяйственных потребностей цивилизации. Но низкий КПД солнечной батареи не позволил в то время применять ее и о его изобретении вскоре надолго забыли.

В разных странах приоритет в изобретении солнечных батарей отдается «своим» ученым. Некоторые основания для этого есть, поскольку после Второй мировой войны проблемой нехватки элек тричества занимались многие научные центры, обращая свое внимание на использование солнечной энергетики. Но справедливости ради все же нужно говорить о том, что первую солнечную батарею сделал Чарльз Фриттс.

Современные солнечные батареи

Перечень сфер, где применяются солнечные батареи, нынче довольно обширен. На все сто процентов от них зависит космонавтика. Любой спутник на орбите и в дальнем космосе использует электричество от солнечных батарей.

Никого уже не удивить калькулятором или наручными часами с солнечной подзарядкой. Выпускаются также другие электронные ус тройства с питанием от Солнца. В средствах массовой информации появилось не столь давно сообщение на тот счет, чо в скором времени потребители получат компьютер планшетного типа с питанием от солнечной панели.

В авиации тоже применяются солнечные батареи. Создан уже гелиосамолет, на котором совершен межконтинентальный перелет. Стоит еще сказать, что российский путешественник с мировым именем Федор Конюхов совершил длительное плавание на яхте, где все потребности в электричестве покрывались за счет использования солнечных батарей.

В строительстве тоже широко используются солнечные панели на крышах. В США за счет их полностью автномны многие населенныен пункты. В ряде стран эффективно работают гелдиостанции. Причем, довольно мощные. В России такая гелиостьанция действует в Крыму.

Конечно же, перечень на этом не кончается. Изобретеные новые материалы позволяют сворачивать солнечные батареи в компактный для переноски или перевозки  рулон. При этом стоимость таких батарей значительно снижена по сравнению с началом текущего века.  КПД же их удалось поднять до тридцати процентов. Ученые уверены, что перспектива цивилизации связана с солнечными батареями. Подсчитано, что если накрыть десять процентов пустыни Сахары солнечными панелями, то на Земле перестанут нужны атомные электростанции, которые крайне опасны в случае аварии.

Кто придумал солнечные батареи? - 4.0 out of 5 based on 11 votes

italife.ru

Солнечная панель Википедия

Солнечная батарея — объединение фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток, в отличие от солнечных коллекторов, производящих нагрев материала-теплоносителя.

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 в разных направлениях. Солнечные батареи бывают различного размера: от встраиваемых в микрокалькуляторы до занимающих крыши автомобилей и зданий.

История[ | код]

Первые прототипы солнечных батарей были созданы итальянским фотохимиком армянского происхождения Джакомо Луиджи Чамичаном.

25 апреля 1954 года, специалисты компании Bell Laboratories заявили о создании первых солнечных батарей на основе кремния для получения электрического тока. Это открытие было произведено тремя сотрудниками компании — Кельвином Соулзером Фуллером (Calvin Souther Fuller), Дэрилом Чапин (Daryl Chapin) и Геральдом Пирсоном (Gerald Pearson). Уже через 4 года, 17 марта 1958 года, в США был запущен спутник с использованием солнечных батарей — «Авангард-1». 15 мая 1958 года в СССР также был запущен спутник с использованием солнечных батарей — «Спутник-3».

Использование[ | код]

Портативная электроника[ | код]

Зарядное устройство

Для обеспечения электричеством и/или подзарядки аккумуляторов различной бытовой электроники — калькуляторов, плееров, фонариков и т. п.

Электромобили[ | код]

На крыше автомобиля Prius,

ru-wiki.ru

Солнечная батарея — Википедия

Солнечная батарея — несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток, в отличие от солнечных коллекторов, производящих нагрев материала-теплоносителя.

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 в разных направлениях. Солнечные батареи бывают различного размера: от встраиваемых в микрокалькуляторы до занимающих крыши автомобилей и зданий.

Первые прототипы солнечных батарей были созданы итальянским фотохимиком армянского происхождения Джакомо Луиджи Чамичаном.

25 апреля 1954 года, специалисты компании Bell Laboratories заявили о создании первых солнечных батарей на основе кремния для получения электрического тока. Это открытие было произведено тремя сотрудниками компании — Кельвином Соулзером Фуллером (Calvin Souther Fuller), Дэрилом Чапин (Daryl Chapin) и Геральдом Пирсоном (Gerald Pearson). Уже через 4 года, 17 марта 1958 году, в США был запущен первый спутник с солнечными батареями — Vanguard 1. Спустя всего пару месяцев, 15 мая 1958 года в СССР был запущен Спутник-3, также с использованием солнечных батарей.

Портативная электроника[править]

Зарядное устройство

Для обеспечения электричеством и/или подзарядки аккумуляторов различной бытовой электроники — калькуляторов, плееров, фонариков и т. п.

Электромобили[править]

На крыше автомобиля Prius, 2008

Для подзарядки электромобилей.

Авиация[править]

Одним из проектов по созданию самолета, использующего исключительно энергию солнца, является Solar Impulse.

Энергообеспечение зданий[править]

Солнечная батарея на крыше дома

Солнечные батареи крупного размера, как и солнечные коллекторы, 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 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[править]

Дорожное покрытие[править]

В 2016 году министр экологии и энергетики Франции Сеголян Руаяль заявила о планах построить 1000 км автодорог со встроенными ударо- и термостойкими солнечными панелями. Предполагается что 1 км такой дороги сможет обеспечивать электорэнергетические потребности 5000 людей (без учета отопления)[2].

Использование в космосе[править]

Солнечная батарея на МКС

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[править]

Мощность потока солнечного излучения на входе в атмосферу Земли (AM0), составляет около 1366 ватт[3] на квадратный метр (см. также AM1, AM1.5, AM1.5G, AM1.5D [4][5]). В то же время, удельная мощность солнечного излучения в Европе в очень облачную погоду даже днём может[6] быть менее 100 Вт/м²[источник не указан 976 дней]. С помощью распространённых промышленно производимых солнечных батарей можно преобразовать эту энергию в электричество с эффективностью 9—24 %[источник не указан 976 дней]. 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[7].

В 2009 году компания Spectrolab (дочерняя фирма Boeing) продемонстрировала солнечный элемент с эффективностью 41,6 %[8]. В январе 2011 года ожидалось поступление на рынок солнечных элементов этой фирмы с эффективностью 39 %[9]. В 2011 году калифорнийская компания Solar Junction добилась КПД фотоэлемента размером 5,5x5,5 мм в 43,5 %, что на 1,2 % превысило предыдущий рекорд[10].

В 2012 году компания Morgan Solar создала систему Sun Simba из полиметилметакрилата (оргстекла), германия и арсенида галлия, объединив концентратор с панелью, на которой установлен фотоэлемент. КПД системы при неподвижном положении панели составил 26—30 % (в зависимости от времени года и угла, под которым находится Солнце), в два раза превысив практический КПД фотоэлементов на основе кристаллического кремния[11].

В 2013 году компания Sharp создала трёхслойный фотоэлемент размером 4х4 мм на индиево-галлий-арсенидной основе с КПД 44,4 %[12], а группа специалистов из Института систем солнечной энергии общества Фраунгофера, компаний Soitec, CEA-Leti и Берлинского центра имени Гельмгольца создали фотоэлемент, использующий линзы Френеля с КПД 44,7 %, превзойдя своё собственное достижение в 43,6 % [13]. В 2014 году Институт солнечных энергосистем Фраунгофер создали солнечные батареи, в которых благодаря фокусировке линзой света на очень маленьком фотоэлементе КПД составил 46%[14][15].

В 2014 году испанские учёные разработали фотоэлектрический элемент из кремния, способный преобразовывать в электричество инфракрасное излучение Солнца[16].

Перспективным направлением является создание фотоэлементов на основе наноантенн, работающих на непосредственном выпрямлении токов, наводимых в антенне малых размеров (порядка 200-300 нм) светом (т. е. электромагнитным излучением частоты порядка 500 ТГц). Наноантенны не требуют дорогого сырья для производства и имеют потенциальный КПД до 85%[17][18].

Максимальные значения эффективности фотоэлементов и модулей, достигнутые в лабораторных условиях[19] 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

Факторы, влияющие на эффективность фотоэлементов[править]

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.

Очень часто одиночные фотоэлементы не вырабатывают достаточной мощности. Поэтому определенное количество фотоэлементов соединяется в так называемые фотоэлектрические солнечные модули и между стеклянными пластинами монтируется укрепление. Эта сборка может быть полностью автоматизирована.[20]

Десятка крупнейших производителей[править]

Крупнейшие производители фотоэлектрических элементов (по суммарной мощности) в 2013 году.[21]

  1. Yingli
  2. Trina Solar (англ.)русск.
  3. Sharp Solar (англ.)русск.
  4. Canadian Solar (англ.)русск.
  5. Jinko Solar (англ.)русск.
  6. ReneSola (англ.)русск.
  7. First Solar
  8. Hanwha Solarone (англ.)русск.
  9. Kyocera
  10. JA Solar (англ.)русск.

wp.wiki-wiki.ru

Какие бывают типы, виды солнечных батарей и панелей

Содержание:

  1. Кремниевые солнечные батареи
  2. Плёночные солнечные батареи
  3. Что такое концентрационные солнечные модули
  4. Фотосенсибилизированные батареи
Какие бывают виды солнечных панелей?

Сегодня различные типы солнечных панелей набирают всё больше и больше популярности. И не зря, ведь помимо того, что население планеты Земля начинает задумываться об экологических источниках энергии, солнечные панели ещё и становятся всё более и более энергоэффективными. Конечно, самое основное что входит в любую солнечную систему энергообеспечения — это панели или батареи, поэтому важно разбираться что к чему. Конечно, система намного сложнее и в неё входят всякие стабилизаторы, инверторы и прочее, однако это не основной момент.

Какие бывают виды солнечных батарей или панелей?

На данный момент типы солнечных батарей составляют такое разнообразие и их такое великое множество, что каждый потребитель желающий обзавестись подобным источником энергии задаётся вопросом: “А как выбрать солнечную батарею? Какие есть солнечные батареи?” Об этом наша статья: мы постараемся особо не влезая в дебри технологий разобраться на какие типы делятся батареи или панели, питающиеся от энергии солнца, ведь рынок пестрит выгодными предложениями и желаем продать Вам ту или иную систему. В первую очередь различаются солнечные модули материалами, принципом работы и принципом производства. Так давайте же разбираться что и почему.

Кремниевые солнечные батареи

Такой тип солнечных панелей отличается в первую очередь своим материалом, который, как можно догадаться из названия, представлен кремнием. Сегодня это самые популярные батареи на рынке. Это связано с тем, что кремний сравнительно легкодоступный материал, он недорогой и при этом обладает хорошими показателями производительности, по сравнению с конкурентными видами солнечных модулей. Производят их не только из кремния, но и в том числе из моно, поликристаллов в также аморфного кремния. В чём разница?

Монокристаллические солнечные батареи

Для производства солнечных батарей монокристаллического типа используют очищенный, самый чистый кремний. Такой вид солнечной панели выглядит как силиконовые соты, или ячейки, которые соединены в одну структуру. После того, как очищенный монокристалл затвердевает, его разделяют на супер тонкие пластины, толщиной до 300 мкм. Такие готовые пластины соединены тонкой сеткой из электродов. В сравнении с аморфными батареями, такие стоят дороже, ведь технология их производства в разы сложнее. При этом такие батареи стоит выбрать хотя бы за их высокий коэффициент полезного действия(КПД). На уровне 20%. Да, для солнечных батарей это хороший показатель.

Поликристаллические солнечные панели

Для того чтобы получить поликристаллы, кремниевую субстанцию медленно охлаждают. Такой подход к технологии производства значительно дешевле чем в предыдущем типе панелей, поэтому и стоит этот вид дешевле. При этом для изготовления требуется меньше энергии, а это ещё раз благотворно действует на цену. Но чем-то же нужно жертвовать? Поэтому у таких батарей КПД ниже — до 18%. Связано такое падение коэффициента с образованиями внутри поликристалла, которые снижают эффективность. Для того ещё лучше разобраться в различиях между первым и вторым типом батарей, взгляните на таблицу:

Сравнительная таблица монокристаллических и поликристаллических солнечных панелей:

Фактор Монокристаллы Поликристаллы
Разница в структуре Кристаллы направлены в одну сторону, зёрна параллельны Кристаллы направлены в разную стороны, не параллельны
Стабильность работы Высокая Меньше
Стоимость Дорогостоящие батареи Также дорогостоящие, но дешевле
Окупаемость 2 года до 3х лет
КПД до 22% до 18%
Технология производства Совершеннее, сложнее, точнее Проще, отсюда и низкая стоимость

Аморфные солнечные панели или батареи из аморфного кремния

  • Данный вид солнечных батарей можно отнести как к кремниевым (потому что материал изготовления — кремний) так и к плёночным, ведь изготовлены они по принципу производства плёночных батарей. Но всё же отличия есть.
  • Здесь используются не кристаллы кремния, а так называемый силан (кремневодород). Его наносят на подложку, внутри батарей. КПД у такого вида солнечных батарей намного ниже — около 5%. Но всё не так плохо! Есть и преимущества, среди которых можно назвать: намного лучшее поглощение (в 20 раз лучше), лучше работает при отсутствии прямого солнца, когда пасмурно, эластичность панелей.
  • Также бывают сочетания моно и поликристаллических панелей с аморфными. Такое сочетание позволяет соединить преимущества двух различных типов. Например, батареи лучше работают, когда солнца недостаточно для обычных кристаллических батарей.

Плёночные солнечные батареи

Плёночные панели — это следующий шаг развития источников питания на солнечной энергии. Шаг, который продиктован в первую очередь необходимостью снижения цен на производство батарей и стремлением к повышению энергоэффективности.

Плёночные батареи на основе теллурида кадмия

  • Кадмий — это материал, который обладает высоким уровнем светопоглощения, открытый как материал для солнечных батарей в 70-х годах. На сегодняшний день, этот материал применяется уже не только в космосе, на околоземной орбите, но и активно используется в качестве материала для солнечных панелей обычного, домашнего пользования.
  • Самой главной проблемой в использовании такого материала является его ядовитость. Однако исследования говорят о том, что уровень кадмия. который уходит в атмосферу, слишком мал, чтобы наносить вред здоровью человека. Также, несмотря на низкий КПД в районе 10%, стоит единица мощности в таких батареях меньше, чем у аналогов.

Плёночные панели на основе селенида меди-индия

Тип солнечных батарей из таких материалов используют медь, индий, селен, как полупроводник. Кстати, индий — это основной, очень необходимый материал, который используется в производстве жидкокристаллических мониторов. Поэтому, оставляя такой материал для этих целей, часто используют галлий, который замещает индий по своим функциям. КПД здесь выше, чем у батарей из теллурида кадмия — около 20%.

Полимерные солнечные панели

Вид солнечных батарей, который не так давно был изобретён и начал производиться. Здесь проводниками выступают полифенилен, фуреллены, фталоцианин меди. При этом такая плёнка очень тонкая — около 100 нм. Несмотря на низкий уровень КПД, около 5%, всё же можно выделить причины, почему стоит выбирать этот тип солнечных батарей: Доступность материалов, дешевизна, отсутствие вредных выделений в атмосферу. Так что такие батареи отлично подходят потребителям, ведь обладают отличной эластичностью и экологичностью.

Сравнительная таблица: виды солнечных батарей и уровень КПД

Напоследок, хотелось бы сравнить коэффициенты полезного действия каждого типа солнечных батарей, но не забывайте, что помимо КПД есть много других факторов, которые могут охарактеризовать каждый тип как с хорошей, так и плохой стороны.

КПД в процентах
Монокристаллические 17-22%
Поликристаллические 12-18%
Аморфные 5-6%
Теллурид кадмия 10-12%
Селенид меди-индия 15-20%
Полимерные 5-6%

Что такое концентрационные солнечные модули?

Концентрационные модули помогают более эффективно использовать площадь солнечных панелей, получая экономию площади почти в два раза. Однако такая система осложнена необходимостью инсталляции механического модуля, который бы поворачивал линзы в сторону солнца. Особенно такие установки необходимы в местах, где прямое излучение солнца есть в достатке на протяжении всего года.

Фотосенсибилизированные батареи

Фотосенсибилизирующий краситель опять-таки помогает оптимизировать приём солнечной энергии, но при этом солнечные панели работающие по этому принципу, скорее напоминают процесс фотосинтеза в природе. Впрочем, пока что это только концептуальная идея, не имеющая воплощения. Кто знает, может пока Вы соберётесь покупать солнечные панели, она уже будут вовсю продаваться на рынке.

Ну что, разобрались какие бывают солнечные батареи? Надеемся, эта статья поможет Вам определиться, какую батарею поставить для дома, но если после прочтения у Вас возникло ещё больше вопросов — милости просим на наш сайт, где Вы найдёте всю информацию про солнечные батареи и источники питания, работающие на солнечной энергии а также про различные виды солнечных панелей.

www.solnpanels.com