Солнечные батареи из чего состоят: Из чего делают солнечные батареи различных поколений панелей

как работают и из чего состоят

Идеи из подручных материалов

Можно сделать солнечную батарею своими руками из подручных материалов. Рассмотрим самые популярные варианты.

Солнечная батарея из фольги

Многие удивятся, узнав, что фольгу можно применять для изготовления солнечной батареи своими руками. На самом деле, в этом нет ничего удивительного, ведь фольга увеличивает отражающие способности материалов. Например, для уменьшения перегрева панелей, их кладут на фольгу.

Как сделать солнечную батарею из фольги?

Нам понадобится:

• 2 «крокодильчика»;
• медная фольга;
• мультиметр;
• соль;
• пустая пластиковая бутылка без горлышка;
• электрическая печь;
• дрель.

Очистив медный лист и вымыв руки, отрезаем кусок фольги, кладем его на раскаленную электроплиту, нагреваем полчаса, наблюдая почернение, затем убираем фольгу с плиты, даем остыть и видим, как от листа отслаиваются куски. После нагревания оксидная пленка пропадает, поэтому черный оксид можно аккуратно удалить водой.

Затем вырезается второй кусок фольги такого же размера, как и первый, две части сгибаются, опускаются в бутылку так, чтобы у них не было возможности соприкоснуться.

Далее «крокодильчики» прицепляются к панели, провод от ненагретой фольги — к плюсу, от нагретой — к минусу, соль растворяют в воде и выливают раствор в бутылку. Батарея готова.

Также фольгу можно применять для подогрева. Для этого ее необходимо натянуть на раму, к которой затем нужно подсоединить шланги, подведенные, например, к лейке с водой.

Вот мы и узнали, как самому сделать солнечную батарею для дома из фольги.

Солнечная батарея из транзисторов

У многих дома завалялись старые транзисторы, но не все знают, что они вполне подойдут для изготовления солнечной батареи для дачи своими руками. Фотоэлементом в таком случае является полупроводниковая пластина, находящаяся внутри транзистора. Как же изготовить солнечную батарею из транзисторов своими руками? Сначала необходимо вскрыть транзистор, для чего достаточно срезать крышку, так мы сможем разглядеть пластину: она небольших размеров, чем и объясняется низкий КПД солнечных батарей из транзисторов.

Далее нужно проверить транзистор. Для этого используем мультиметр: подключаем прибор к транзистору с хорошо освещенным p-n переходом и замеряем ток, мультиметр должен зафиксировать ток от нескольких долей миллиампера до 1 или чуть больше; далее переключаем прибор в режим измерения напряжения, мультиметр должен выдать десятые доли вольта.

Прошедшие проверку транзисторы размещаем внутри корпуса, например, листового пластика и спаиваем. Можно изготовить такую солнечную батарею своими руками в домашних условиях и использовать ее для зарядки аккумуляторов и радиоприемников маленькой мощности.

Солнечная батарея из диодов

Также подходят для сборки батарей старые диоды. Сделать солнечную батарею своими руками из диодов совсем несложно. Нужно вскрыть диод, оголив кристалл, являющийся фотоэлементом, затем нагревать диод 20 секунд на газовой плите, и, когда припой расплавится, извлечь кристалл. Остается припаять вытащенные кристаллы к корпусу.

Мощность таких батарей невелика, но для электропитания небольших светодиодов ее достаточно.

Солнечная батарея из пивных банок

Такой вариант изготовления солнечной батареи своими руками из подручных средств большинству покажется очень странным, но сделать солнечную батарею своими руками из пивных банок просто и дешево.

Корпус сделаем из фанеры, на которую поместим поликарбонат или оргстекло, на задней поверхности фанеры зафиксируем пенопласт или стекловату для изоляции. Фотоэлементами нам послужат алюминиевые банки

Важно выбрать именно банки из алюминия, так как алюминий менее подвержен коррозии, чем, например, железо и обладает лучшим теплообменом

Далее в нижней части банок проделываются отверстия, крышка срезается, и ненужные элементы загибаются для обеспечения лучшей циркуляции воздуха. Затем необходимо очистить банки от жира и грязи с помощью специальных средств, не содержащих кислоты. Далее необходимо герметично скрепить банки между собой: силиконовым гелем, выдерживающим высокие температуры, или паяльником. Обязательно нужно очень хорошо просушить склеенные банки в неподвижном положении.

Прикрепив банки к корпусу, окрашиваем их в черный цвет и закрываем конструкцию оргстеклом или поликарбонатом. Такая батарея способна нагревать воду или воздух с последующей подачей в помещение.

Мы рассмотрели варианты того, как сделать солнечную панель своими руками. Надеемся, что теперь у вас не возникнет вопроса, как сделать солнечную батарею.

Выбор солнечной батареи

В качестве источника электроэнергии сегодня популярны три типа солнечных батарей:

• С поликристаллическим модулем – отличаются стабильными показателями генерации, не зависимо от интенсивности солнечных лучей. Также солнечные батареи на основе поликристаллического кремния отличаются сравнительно небольшим КПД – от 9 до 18%, в зависимости от производителя. Со временем КПД не снижается, но к недостаткам поликристаллических элементов следует отнести сравнительно небольшой срок службы – порядка 10 лет.
• С монокристаллическим модулем – такие панели неравномерно вырабатывают электричество в солнечную и пасмурную погоду, теряют мощность со временем эксплуатации. Но КПД автономного электроснабжения на основе монокристаллического кремния находится в пределах от 12 до 25%. А срок службы монокристаллических панелей составляет порядка 25 лет.
  Рис. 3. поликристаллический и монокристаллический модуль
• С аморфными кристаллами – используются в гибких пластинах, отличаются довольно низким КПД – порядка 6%. Максимальная мощность, заявляемая производителем, значительно снижается со временем эксплуатации и может упасть на 20 – 40%. Срок службы довольно низкий – не более 5 лет.
  Рис. 4: аморфный модуль

Эффективность солнечных батарей зимой

Несмотря на то что зимой солнце поднимается ниже, поток света уменьшается незначительно, особенно после выпадения снега.

Основных причин, по которым солнечные элементы зимой менее эффективны три:

• Меняется угол падения лучей. Для того чтобы сохранять мощность, угол наклона батареи необходимо менять хотя бы раз в сезон, а лучше каждый месяц.
• Снег, особенно влажный, налипает на поверхность устройства. Его необходимо убирать сразу после выпадения.
• Зимой меньше продолжительность светлого времени суток, а также больше пасмурных дней. Изменить это невозможно, поэтому приходится рассчитывать мощность батареи по зимнему минимуму.

Мнения экспертов о продукции

Выбор типа солнечной станции зависит от задачи, которую необходимо решить с помощью альтернативных источников энергии.

В настоящее время наиболее широко применяются три типа солнечных электростанций:

1. Автономные. В местах, где нет подключения к центральной сети, в садах, на дачах, автономные солнечные электростанции самые востребованные, хорошо подходят для освещения и других жизненно важных электроприборов. Применение автономных солнечных станций позволяет существенно экономить финансы, на жидкое топливо для генераторов, особенно в районах с большим количеством солнечных дней.
2. Комбинированные с сетью. Если есть центральная сеть, то не нужно отказываться от нее, лучше сделать систему совместную с сетью. Автоматическая работа инвертора, входящего в состав такой станции, будет самостоятельно выбирать источник питания электрических приборов. А входящие в состав аккумуляторные батареи будут источником резервного электроснабжения, при отключениях сети.
3. Сетевые on-grid. Сетевые солнечные электростанции самые выгодные и быстро окупаемые, поскольку не имеют в составе аккумуляторных батарей и преобразование энергии происходит с высоким КПД. Более того, позволяют передавать (продавать) излишки генерируемой электроэнергии в сеть, тем самым ускоряя процесс окупаемости. Во многих странах при такой генерации с помощью возобновляемых источников для продажи электроэнергии действует «зеленый тариф». В РФ в 2019 году принят в первом чтении Федеральный закон №581324-7 «О внесении изменений в ФЗ «Об электроэнергетике» в части развития микрогенерации», который позволит реализовывать электрическую энергию, вырабатываемую альтернативными источниками, по специальному тарифу. Покупка гарантирующим поставщиком электроэнергии от объектов микрогенерации будет обязательной. Цена купли-продажи будет равна средневзвешенной нерегулируемой цене на электроэнергию на ОРЭМ. Доходы физических лиц, возникшие при реализации лишней электроэнергии, произведенной для нужд своего домохозяйства, не будут подлежать налогообложению.

Независимо от выбранного типа солнечной электростанции, стоит понимать, что для надежной и эффективной работы лучше приобретать высококачественные солнечные батареи. Несмотря на более высокую стоимость они более эффективны и долговечны. Срок службы батарей может достигать 30 и более лет. Покупатели часто задают вопрос: «Почему выработка зимой меньше?» Не нужно думать, что из-за холода батарея будет хуже работать. Негативное действие на эффективность работы оказывают осадки в виде снега, которые необходимо удалять, плюс меньшая продолжительность светового дня с высокой облачностью – именно это негативно влияет на выработку электроэнергии в зимнее время. Летом солнечная батарея генерирует меньшее напряжение, чем зимой. В жару температура на поверхности гелиопанели может достигать 50–55 °С, что снижает эффективность фотогальванических элементов.

Дополнительные расходы, связанные с эксплуатацией

Использование этого не подразумевает какого либо ухода или обслуживания, кроме как периодической чистки от загрязнения и снега зимой (если сам не оттает). Однако будут и некоторые попутные расходы:

Ремонт, все что можно поменять по гарантии, производитель без проблем заменить, важно покупать официального дилера и иметь гарантийные документы.
Электричество, его расходуется совсем немного на насос и контроллер. Для первого можно поставить всего 1 солнечную панель на 300 Вт и ее вполне будет достаточно (подойдет даже без аккумуляторная система).
Промывка змеевиков, ее нужно будет делать один раз в 5-7 несколько лет

Все зависит от качества воды (если она используется как теплоноситель).

Устройство и принцип действия солнечной батареи

Когда-то пытливые умы открыли для нас природные вещества, вырабатывающие под воздействием частиц света солнца, фотонов, электрическую энергию. Процесс назвали фотоэлектрическим эффектом. Ученые научились управлять микрофизическим явлением.

На основе полупроводниковых материалов они создали компактные электронные приборы – фотоэлементы.

Производители освоили технологию объединения миниатюрных преобразователей в эффективные гелиопанели. КПД панельных солнечных модулей из кремния широко производимых промышленностью 18-22%.

Из описания схемы наглядно видно: все комплектующие элементы электростанции одинаково важны – от их грамотного подбора зависит согласованная работа системы

Из модулей собирается солнечная батарея. Она является конечным пунктом путешествия фотонов от Солнца до Земли. Отсюда эти составляющие светового излучения продолжают свой путь уже внутри электрической цепи как частицы постоянного тока.

Они распределяются по аккумуляторам, либо подвергаются трансформации в заряды переменного электротока напряжением 220 вольт, питающего всевозможные домашние технические устройства.

Солнечная батарея представляет собой комплекс последовательно соединенных полупроводниковых устройств – фотоэлементов, преобразующих солнечную энергию в электрическую

Принцип работы солнечных батарей

Солнечные батареи считаются очень эффективным и экологически чистым источником электроэнергии. В последние десятилетия данная технология набирает популярность по всему миру, мотивируя многих людей переходить на дешевую возобновляемую энергию. Задача этого устройства заключается в преобразовании энергии световых лучей в электрический ток, который может использоваться для питания разнообразных бытовых и промышленных устройств.

Правительства многих стран выделяют колоссальные суммы бюджетных средств, спонсируя проекты, которые направлены на разработку солнечных электростанций. Некоторые города полностью используют электроэнергию, полученную от солнца. В России эти устройства часто используются для обеспечения электроэнергией загородных и частных домов в качестве отличной альтернативы услугам централизованного энергоснабжения. Стоит отметить, что принцип работы солнечных батарей для дома достаточно сложный. Далее рассмотрим подробнее, как работают солнечные батареи для дома подробно.

Как было сказано раньше, принцип работы заключается в эффекте полупроводников. Кремний является одним из самых эффективных полупроводников, из известных человечеству на данный момент.

При нагревании фотоэлемента (верхней кремниевой пластины блока преобразователя) электроны из атомов кремния высвобождаются, после чего их захватывают атомы нижней пластины. Согласно законам физики, электроны стремятся вернуться в свое первоначальное положение. Соответственно, с нижней пластины электроны двигаются по проводникам (соединительным проводам), отдавая свою энергию на зарядку аккумуляторов и возвращаясь в верхнюю пластину.

Технические характеристики

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

• Непосредственно фотоэлементы / солнечная панель;
• Инвертор, преобразовывающий постоянный ток в переменный;
• Контроллер уровня заряда аккумулятора.

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

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

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

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

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

Как сделать своими руками

Умея работать с ручным инструментом, имея знания в электротехнике и механике, а также имея желание и свободное время, можно изготовить своими руками, достаточно сложное механическое транспортное средство, каким является солнечный автомобиль.

Начать необходимо с того, что нужно понять, как устроен подобный автомобиль, и как осуществляется его работа. Работа подобных устройств, отражена на ниже приведенной схеме.

Энергия солнца поглощается и преобразуется в электрическую энергию в солнечном коллекторе (батарее), который устанавливается на корпусе транспортного средства (автомобиля), и накапливается в аккумуляторе.

Посредством установки электронного блока управления, осуществляется контроль за расходом накопленной электрической энергии и зарядом аккумулятора, а также током потребления электрического двигателя, преобразующим электрическую энергию в его вращательное движение, которое в свою очередь, посредством механической передачи, передается на колеса транспортного средства.

Как видно из приведенной схемы, основные электрические элементы и механическую часть конструируемого автомобиля, лучше всего использовать заводского производства. Корпус же, может быть различным, главное условие для него, это прочность конструкции и малый вес.

Габаритные размеры корпуса создаваемого автомобиля зависят от размера механических узлов, а также размера солнечной батареи, которую планируется разместить снаружи.

Мощность солнечной панели должна соответствовать техническим характеристикам электронного блока и аккумуляторов, устанавливаемых на модели, а они, в свою очередь, должны быть увязаны с характеристиками электрического двигателя.

Отопление солнечной энергией домов

Принцип работы солнечной батареи для отопления дома кардинально отличает их от всех описанных выше приспособлений. Это совершенно другое устройство. Описание следует ниже.

Главной деталью отопительной системы, работающей на энергии солнца, является коллектор, принимающий его свет и преобразовывающий его в кинетическую энергию. Площадь этого элемента может варьироваться от 30 до 70 квадратных метров.

Для крепления коллектора используется специальная техника. Между собой пластины соединены металлическими контактами.

Следующим компонентом системы является накопительный бойлер. В нем происходит трансформация кинетической энергии в тепловую. Он участвует в нагревании воды, литраж которой может достигать 300 литров. Иногда такие системы поддерживаются дополнительными котлами на сухом топливе.

Завершают систему солнечного отопления настенные и напольные элементы, в которых по тонким медным трубам, распределенным по всей их площади, циркулирует нагретая жидкость. Благодаря низкой температуре запуска панелей и равномерности теплоотдачи, помещение прогревается достаточно быстро.

Как работает солнечное отопление

Давайте подробно рассмотрим принцип работы солнечных батарей от ультрафиолетового света.

По мере прохождения жидкости через слои системы кинетическая энергия преобразовывается в тепло, которое и используется для отопления дома. Этот процесс циркуляции носителя обеспечивает помещение теплом и позволяет сохранять его в любое время суток и года.

Итак, мы выяснили принцип работы солнечных батарей.

Правила установки

Максимальная мощность панели достигается в положении, при котором солнечные лучи падают перпендикулярно. Это необходимо учитывать при установке

Важно также учесть, в какое время суток минимальная облачность. Если угол наклона крыши и ее положение не соответствуют требованиям, то оно исправляется регулировкой основания

Между батареей и крышей должен быть воздушный зазор 15–20 сантиметров. Это необходимо для протекания дождя и предохранения от перегрева.

Фотоэлементы плохо работают в тени, поэтому следует избегать располагать их в тени от зданий и деревьев.

Электростанции из солнечных фотоэлементов – это перспективный экологически чистый источник энергии. Их широкое применение позволит решить проблемы с нехваткой энергии, загрязнением окружающей среды и парниковым эффектом.

Коллекторы: получение тепла из солнечной энергии

Солнечные коллекторы

Солнечные батареи могут применяться для обогрева объектов, нагрева жидкости. Возможность получения тепла обусловлена способностью батареи накапливать энергию. Это позволяет повышать температуру теплоносителя в трубах, за счет чего обеспечивается не только нагрев жидкости, но и обогрев всего объекта. Солнечные коллекторы функционируют по определенной схеме. Их основные элементы конструкции:

• насосная станция;
• бак-аккумулятор;
• контроллер;
• трубы и фитинги.

Виды коллекторов:

• плоские: состоят из плоского абсорбера, покрытия, теплоизолирующего слоя;
• вакуумные (трубчатые): состоят из стеклянной колбы, теплоизоляционный материал заменен на вакуум, который заполняет емкость (в ней также находится абсорбер).

У второго варианта есть существенное преимущество – низкие теплопотери. По этой причине вакуумные коллекторы применяются повсеместно там, где не могут быть установлены плоские аналоги.

Виды солнечных батарей

Кроме размера и мощности, панели отличаются способом, которым изготавливаются из кремния отдельные элементы.

Внешний вид моно- и поликристаллических панелей

Элементы из монокристаллического кремния

Элементы солнечных батарей, изготовленные из монокристаллического кремния, имеют форму квадрата с закругленными углами. Это связано с технологией изготовления:

• из расплавленного кремния высокой степени очистки выращивается кристалл цилиндрической формы;
• после остывания у цилиндра обрезаются края, и основание из круга принимает форму квадрата с закругленными углами;
• получившийся брусок разрезается на пластины толщиной 0,3 мм;
• в пластины добавляются бор и фосфор и на них наклеиваются контактные полоски;
• из готовых элементов собирается ячейка батареи.

Готовая ячейка закрепляется на основании и закрывается стеклом, пропускающим ультрафиолетовые лучи или ламинируется.

Такие устройства отличаются самым высоким КПД и надежностью, поэтому устанавливаются в важных местах, например, в космических аппаратах.

Фотоэлементы из мульти-поликристаллического кремния

Кроме элементов из цельного кристалла, есть устройства, в которых фотоэлементы изготавливаются из поликристаллического кремния. Технология производства похожа. Основное отличие в том, что вместо кристалла круглой формы используется прямоугольный брусок, состоящий из большого количества мелких кристаллов различных форм и размеров. Поэтому элементы получаются прямоугольной или квадратной формы.

В качестве сырья берутся отходы производства микросхем и фотоэлементов. Это удешевляет готовое изделие, но ухудшает его качество. Такие устройства имеют меньший КПД – в среднем 18% против 20–22% у монокристаллических батарей. Однако вопрос выбора достаточно сложный. У разных производителей цена одного киловатт мощности монокристаллических и поликристаллических панелей может быть одинаковой или в пользу любого вида устройств.

Фотоэлементы из аморфного кремния

В последние годы распространение получили гибкие батареи, которые легче жестких. Технология их изготовления отличается от технологии изготовления моно- и поликристаллических панелей – на гибкую основу, обычно стальной лист, напыляются тонкие слои кремния с добавками до достижения необходимой толщины. После этого листы разрезаются, к ним приклеиваются токопроводящие полоски и вся конструкция ламинируется.

Солнечные батареи из аморфного кремния

КПД таких батарей примерно в 2 раза меньше, чем у жестких конструкций, однако, они легче и более прочные за счет того, что их можно сгибать.

Такие приборы дороже обычных, но им нет альтернативы в походных условиях, когда основное значение имеет легкость и надежность. Панели можно нашить на палатку или рюкзак, и заряжать аккумуляторы во время движения. В сложенном виде такие устройства похожи на книгу или свернутый в рулон чертеж, который можно поместить в футляр, напоминающий тубус.

Кроме зарядки мобильных устройств в походе, гибкие панели устанавливаются в электромобилях и электросамолетах. На крыше такие приборы повторяют изгибы черепицы, а если в качестве основы использовать стекло, то оно приобретает вид тонированного и его можно вставить в окно дома или теплицу.

Абсорбер, самая важная часть системы

Часть солнечного коллектора, которая принимает, аккумулирует и передает тепло теплоносителю называется абсорбером. Именно от этого элемента зависит КПД всей системы.

Изготавливают этот элемент из меди, алюминия или стекла, с последующим покрытием. Как раз от покрытия больше зависит эффективность работы абсорбера, чем от материала, из которого он изготовлен. Ниже, на фото, вы можете посмотреть какие покрытия бывают и как эффективно они могут поглощать тепло.

В описании системы указано максимально возможное поглощение солнечной энергии попадающей на абсорбер. «α» – это максимально возможный процент поглощения. «ε» – это процент отражающегося тепла.

По типу строения

Абсорберы отличаются и по типу устройства, сейчас их всего два вида:

Перьевые – устроены следующим образом. Пластины соединяют между собой трубки с теплоносителем. Сами трубки могут быть соединены между собой в одну систему несколькими способами. Это простой тип абсорбера, который можно сделать своими руками.

Цилиндрические – в этом случае покрытие наносится на стеклянную поверхность колбы и применяется в вакуумных коллекторах. Благодаря этому устройству тепла концентрируется больше как раз в центре трубки где расположен тепло съемник, или стержень. Работает эта система с более высоким КПД, нежели перьевая.

Подводя итог

При покупке солнечных батарей, российские жители хотят уменьшить затраты на электроэнергию. Коммунальные платежи за электричество самые большие, это касается частных домов и коттеджей. Это будет эффективно только при установке автономной сетевой (подключенной к общей сети электроснабжения). Средний срок окупаемости одной электростанции для дачи 7-8 лет, срок напрямую зависит от тарифа на электроэнергию и географической широты.

Отдельно отметим, что отопительные системы можно сделать своими руками. Однако лучше попросить помощи у друзей, так как оборудование тяжелое и самому переносить его с места на место сложно. Вот, несколько полезных примеров:

Создание солнечного системы, обеспечивающей горячее водоснабжение, электроснабжение и отопление жилого дома.

Солнечные батареи. / Альтернативная энергетика / it works!

Мы часто пишем про различные виды альтернативной энергетики, в том числе про солнечную. Этой статьей начинается цикл статей про принципы работы различных устройств работающих на возобновляемой энергии. И первое что будет рассмотрено — солнечные батареи. Солнечная энергия в последнее время используется повсюду: в естественном освещении помещений, нагрева воды, сушки и иногда даже в приготовлении пищи. Однако самым важным использованием энергии солнца является, пожалуй, генерация электричества. И главный элемент такой генерации — солнечная батарея!

Строение солнечных батарей

Солнечная батарея состоит из фотоэлементов, соединенных последовательно и параллельно. Все фотоэлементы располагаются на каркасе из непроводящих материалов. Такая конфигурация позволяет собирать солнечные батареи требуемых характеристик (тока и напряжения). Кроме того, это позволяет заменять вышедшие из строя фотоэлементы простой заменой.

Принцип работы

Принцип работы фотоэлементов из которых состоит солнечная батарея основан на фотогальваническом эффекте. Этот эффект наблюдал еще Александр Эдмонд Беккерель в 1839 году. Впоследствии работы Эйнштейна в области фотоэффекта позволили описать явление количественно. Опыты Беккереля показали, что лучистую энергию солнца можно трансформировать в электричество с помощью специальных полупроводников, которые позже получили название фотоэлементы.

Вообще такой способ получения электричества должен быть наиболее эффективным, потому что является одноступенчатым. По сравнению с другой технологией преобразования солнечной энергии через термодинамический переход (Лучи -> Нагревание воды -> Пар -> Вращение турбины -> Электричество), меньше энергии теряется на переходы.

Строение фотоэлемента

Фотоэлемент на основе полупроводников состоит из двух слоев с разной проводимостью. К слоям с разных сторон подпаиваются контакты, которые используются для подключения к внешней цепи. Роль катода играет слой с n-проводимостью (электронная проводимость), роль анода — p-слой (дырочная проводимость).

Ток в n-слоя создается движение электронов, которые «выбиваются» при попадании на них света за счет фотоэффекта. Ток в p-слое создается «движением дырок». «Дырка» — атом, который потерял электрон, соответственно, перескакивание электронов с «дырки» на «дырку» создает «движение» дырок, хотя в пространстве сами «дырки» конечно не двигаются.

На стыке слоев с n- и p-проводимостью создается p-n-переход. Получается своего рода диод, которые может создавать разность потенциалов за счет попадание лучей света.

Физический механизм действия

Когда лучи света попадают на n-слой, за счет фотоэффекта образуются свободные электроны. Кроме этого, они получают дополнительную энергию и способны «перепрыгнуть» через потенциальный барьер p-n-перехода. Концентрация электронов и дырок изменяется и образуется разность потенциалов. Если замкнуть внешнюю цепь через нее начнет течь ток.

Разность потенциалов (а соответственно и ЭДС) которую может создавать фотоэлемент зависит от многих факторов: интенсивности солнечного излучения, площади фотоэлемента, КПД конструкции, температуры (при нагревании проводимость падает).

Из чего делают фотоэлементы?

Самый первый в мире фотоэлемент появился в 1883 году в лаборатории Чарьза Фриттса. Он был изготовлен из селена, покрытого золотом. Увы, но такой набор материалов показал невысокие результаты — около 1% КПД.

Революция в использовании фотоэлементов произошла тогда, когда в недрах лаборатории компании «Bell Telephone» был создан первый элемент на кремнии. Компания нуждалась в источнике электроэнергии для телефонных станцией, и, можно сказать, была первой компанией, которая использовала альтернативный источник на солнечной энергии.

Кремний до сих пор остается основных материалом для производства фотоэлементов. Вообще кремний (Silicium, Silicon) — второй по распространенности элемент на Земле, запасы его огромны. Однако в промышленном его использовании есть одна большая проблема — его очистка. Процесс этот очень трудоемкий и затратный, поэтому чистый кремний стоит дорого. Сейчас ведется поиск аналогов, которые бы не уступали кремнию по КПД. Перспективными считаются соединения меди, индия, селена, галлия и кадмия, а также органические фотоэлементы.

Солнечные батареи (Сборки)

Однако разность потенциалов, создаваемая одним фотоэлементов, мала для промышленного применения. Чтобы иметь возможность использовать солнечные элементы для электропитания устройств, их соединяют вместе. Тем самым получаются солнечные батарей (солнечные сборки, солнечные модули). Кроме того, фотоэлементы покрывают различными защитными слоями из стекла, пластмассы, различных пленок. Это делают для того, чтобы защитить хрупкий элемент.

Основной рабочей характеристикой солнечной батареи является пиковая мощность, которую выражают в Ваттах (Вт, W). Эта характеристика показывает выходную мощность батареи в оптимальных условиях: солнечном излучении 1 кВт/м

2, температуре окружающей среды 25 ^oC, солнечном спектре шириной 45^o(АМ1,5). В обычных условиях достичь таких показателей удается крайне редко, освещенность ниже, а модуль нагревается выше (до 60-70 градусов).

Соединяя фотоэлементы последовательно мы повышаем разность потенциалов, соединяя параллельно — ток. Таким образом комбинируя соединения можно добиться требуемых параметров по току и напряжению, а следовательно и по мощности. Кроме того, последовательно или параллельно можно соединять не только фотоэлементы в рамках одной солнечной батареи, но и солнечные батареи в целом.

Tesla производит солнечных батарей уже на 4 МВт в неделю — достаточно для 1000 домов

Компания Tesla объявила, что на прошлой неделе Gigafactory в Нью-Йорке достигла производства солнечных панелей для покрытия крыш домов на 4 МВт — по словам компании, этого достаточно для 1000 условных домов. Впечатляющий рубеж, но может ли компания монтировать крыши в таком темпе?

В октябре прошлого года Tesla выпустила 3-ю версию своей солнечной кровли Solar Roof, которая теперь называется Solarglass, а также значительно снизила цены за счёт оптимизаций и более быстрой установки. По различным оценкам, стоимость Tesla Solar Roof V3 упала на 40 %.

Исполнительный директор компании Илон Маск (Elon Musk) стремится ускорить производство и установку новой версии солнечной кровли. Он обещал, что Tesla нацелена на производство 1000 условных крыш Solarglass в неделю к концу 2019 года. Теперь Tesla объявила, что достигла этой цели на прошлой неделе:

Congratulations Giga NY team!

— Elon Musk (@elonmusk) March 15, 2020

Tesla производит 1000 солнечных кровель в течение недели из расчёта на то, что каждая крыша вырабатывает 4 кВт энергии. Это определенно нижняя граница, поскольку Tesla предлагает установку кровли мощностью 10 кВт. Тем не менее, рост объёмов производства на лицо. Вопрос состоит лишь в том, может ли компания устанавливать так много крыш?

Tesla стремится, чтобы процесс монтажа одной крыши составлял около недели, но пока новые покупатели Solarglass сообщают, что процесс отнимает порядка двух недель. Господин Маск сказал, что компания устроит соревнования монтажных бригад на новых испытательных конструкциях на заводе в Фремонте, чтобы понять, кто может устанавливать новые солнечные панели быстрее и лучше.

Но в конечном счёте, сегодня мощности Tesla упираются в количество доступных для работы кровельщиков. Компания нанимает сотни специалистов на эти вакансии, а также сертифицирует сторонние компании, но рабочих рук всё равно не хватает. Журналисты Electrek полагают, что лишь к лету Tesla сможет выйти на установку сотен кровель в неделю — это всё равно значительно меньше достигнутого объёма производства в 1000 условных домов в неделю.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Создан эффективный гибрид солнечной панели и проточной батареи

Wenjie Li et al. / Chem, 2018

Инженеры из США и Саудовской Аравии создали устройство, объединяющее в себе солнечную панель и проточную батарею, и имеющее более высокую эффективность, чем предыдущие подобные разработки. После зарядки батарея способна отдать 14,1 процента энергии, попавшей на солнечную панель, рассказывают разработчики в журнале Chem.

Один из основных недостатков солнечной, ветряной и другой альтернативной энергетики заключается в том, что выработка энергии такими способами непостоянна и зависит от природных факторов. К примеру, солнечные панели способны вырабатывать достаточно много энергии только в светлое время суток, причем эффективность работы солнечной электростанции зависит от облачности. Из-за этого солнечные батареи необходимо подключать либо к общей электросети, либо к аккумуляторам, запасающим энергию днем и высвобождающим ее ночью.

В качестве аккумуляторов некоторые инженеры предлагают использовать не традиционные литий-ионные или их аналоги, а проточные батареи, которые состоят из двух резервуаров с отрицательным и положительным электролитами, которые разделены ионопроницаемой мембраной. Такие батареи имеют несколько преимуществ, в том числе больший срок работы и более простое масштабирование для использования вместе с большим количеством солнечных панелей. Кроме того, поскольку электрохимические процессы в таких батареях происходят только в небольшой области, отделенной от баков с электролитами, их можно считать более безопасными и в случае неисправности поток электролита можно быстро перекрыть и не допустить неконтролируемого высвобождения большого количества энергии.

Уже существуют прототипы устройств, в которых солнечная панель объединена с проточной батареей, но в них от попадания света на панель до отдачи электричества из проточной батареи происходят существенные потери, из-за чего их общая эффективность невысока. Группа инженеров под руководством Суна Цзиня (Song Jin) из Висконсинского университета в Мадисоне создали более эффективное устройство, способное выдавать от проточной батареи 14,1 процента энергии, попавшей на солнечную панель. Устройство состоит из нескольких основных частей. В его верхней части располагается солнечная панель, а под ней располагается активная зона проточной батареи, состоящая из двух резервуаров, разделенных анионопроницаемой мембраной. Кроме того, ко всем элементам устройства присоединен блок для управления, позволяющий переключать режимы и управлять работой устройства.

Схема устройства

Wenjie Li et al. / Chem, 2018

Во время работы оба электролита циркулируют по трубкам благодаря помпам. Принцип работы устройства основан на том, что в электролитах используется пара веществ, способных менять заряд. В зависимости от того, какие электроды используются в конкретный момент, в устройстве происходят различные электрохимические процессы, связанные с восстановлением или окислением одного или обоих веществ.

Схемы работы устройства в режимах проточной батареи, зарядки от солнечного света и работы в качестве солнечной панели

Wenjie Li et al. / Chem, 2018

Тесты показали, что батарея способна создавать напряжение 1,25 вольта, а коэффициент полезного действия солнечной панели составляет 26.1 процента. Кроме того, разработчики проверили общую эффективность устройства, зарядив его с помощью солнечной панели, а затем измерив характеристики проточной батареи. Средняя эффективность преобразования на протяжении десяти циклов оказалась равной 14,1 процента, что является лучшим показателем среди аналогичных устройств.

В 2016 году швейцарские инженеры создали солнечно-водородную систему с похожей общей эффективностью, равной 14,2 процента. Она состоит из солнечной панели, а также емкости с водой и мембраны, разделяющей водород и кислород, получаемые с помощью электролиза днем, и используемые для выработки энергии ночью.

Григорий Копиев

Материаловеды из МГУ научились управлять кристаллизацией перовскитных солнечных батарей

Сотрудники лаборатории новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ изучили процессы формирования светопоглощающего слоя перовскитных солнечных батарей и открыли 4 новых соединения, которые образуются на начальном этапе его кристаллизации. Результаты работы опубликованы в престижном международном журнале Chemistry of Materials.

Перовскитные солнечные батареи — новое поколение устройств, преобразующих энергию солнечного света в электричество. В настоящее время КПД таких устройств составляет более 25%, превышая рекордные значения наиболее распространённых сегодня солнечных батарей на основе поликристаллического кремния.

Кристаллы гибридного перовскита (оранжевые) и промежуточной фазы (прозрачные). Основа перовскитного солнечного элемента — тонкий слой кристаллического светопоглощающего материала — гибридного перовскита. Этот материал имеет такую же структуру, как и одноимённый минерал «перовскит», однако совсем иной химический состав. В отличие от природного минерала, имеющего химическую формулу CaTiO₃, гибридные перовскиты, синтезируемые в лаборатории и используемые для солнечных батарей, состоят из органических (метиламмоний, формамидиний) и неорганических (ионы свинца, брома, йода) ионов. Поскольку такие соединения сочетают органическую и неорганическую части, их называют гибридными, а их общая формула может быть представлена как APbX₃ (A = MA, FA; X = I, Br).

Химический состав гибридного перовскита определяет его свойства. Например, насколько хорошо он будет поглощать свет и насколько устойчив будет к факторам окружающей среды. Последние исследования в области перовскитных элементов показали, что использовать катион формамидиния предпочтительнее, чем катион метиламмония: получаемые на его основе перовскитные солнечные батареи обладают большей стабильностью и эффективностью.

В отличие от других светопоглощающих материалов, гибридные перовскиты имеют важное преимущество: их можно получать кристаллизацией из растворов в органических растворителях (DMF или DMSO). Несмотря на то, что количество работ, посвящённых растворным методам получения гибридных перовскитов исчисляется уже тысячами, механизм кристаллизации, критически влияющий на свойства получаемого материала, по-прежнему оставался малоизученным.

Сотрудники лаборатории новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ ранее установили, что кристаллизацией гибридного перовскита MAPbI₃ из DMF можно управлять, контролируя образование промежуточных фаз, а изучение взаимодействие перовскитов с растворителями позволило сотрудникам разработать новую систему классификации растворителей.

В новой работе учёные рассмотрели все возможные составы кристаллизуемой системы — варьировали тип катиона, аниона, тип растворителя, а также соотношение исходных реагентов в растворе — и установили, какие соединения образуются в ходе кристаллизации данных систем. Отельное внимание было уделено системе с катионом формамидиния, которая в настоящее время считается наиболее перспективной для создания высокоэффективных перовскитных солнечных элементов. В ходе работы было обнаружено 4 новых промежуточных фазы с этим наиболее перспективным катионом и показаны существенные различия в пути кристаллизации в зависимости от состава раствора.

«Проведённая работа имеет важное фундаментальное значение, поскольку мы изучили пути кристаллизации для всех возможных случаев. Это позволило показать полную и завершённую картину того, какие промежуточные соединения могут образовываться при кристаллизации перовскитов с различным составом из различных растворителей. Полученные результаты имеют также и непосредственную практическую значимость. Как нами было показано ранее, путь кристаллизации напрямую обуславливает свойства получаемого материала. Благодаря нашей работе теперь стало известно, какие возможные продукты могут образоваться при получении гибридных перовскитов, и как следует выбирать состав, чтобы управлять кристаллизацией. Таким образом, рациональный выбор составов и контроль условий кристаллизации позволят получить более стабильные и более эффективные перовскитные солнечные батареи», — рассказал руководитель исследования Алексей Тарасов, кандидат химических наук, заведующий лабораторией новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах и старший научный сотрудник химического факультета МГУ.

Отдельно стоит отметить, что в работе принял участие студент 4 курса факультета наук о материалах Совместного университета МГУ-ППИ в Шэньчжэне Ли Юймао. Это уже вторая опубликованная работа в области перовскитных солнечных элементов, выполненная при участии студентов ФНМ Совместного университета МГУ-ППИ в Шэньчжэне.

Работа поддержана грантом Российского научного фонда.

Солнечная крыша Tesla — уникальные кровельные панели Solar Roof

Генеральный директор компании Tesla Илон Маск во время презентации нового продукта — солнечных панелей для крыши, заявил о старте продаж инновационного детища ближе к середине 2017 года. Продукт известен под названием «солнечная крыша» (solar roof) и был разработан в SolarCity, совладельцем которого являлся господин Илон. В ноябре 2016 года Tesla motors приобрела компанию за $2,1 млрд, другими словами, solar roof сменила только юридического владельца, а не фактического. В преддверии долгожданного выхода продукта на рынок, расскажем, что известно о солнечной кровле сегодня.

Разделы статьи:

Виды черепицы Tesla

Что представляет из себя солнечная крыша Тесла? Это всем известные солнечные батареи (преобразователи энергии солнца в другие виды энергии), но выполняющие одновременно функции защитной конструкции — кровельного материала. Согласно презентации, известно о четырех видах стеклянных панелей, рассчитанных для различных предпочтений застройщиков и архитекторов. Будут предлагаться керамическая черепица итальянского стиля, сланец, текстурированная или гладкая плитка. Вся коллекция представлена ниже:

Вероятно, ассортимент цветов и моделей будет пополняться с растущей популярностью кровельного материала.

Из чего состоят панели Tesla Solar roof?

Каждая черепица состоит из трех слоев:

1. Верхний слой — сверхпрочное и ударостойкое закаленное стекло;
2. Высокоэффективная солнечная батарея;
3. И наконец слой с цветной пленкой или текстурой, имитирующей популярные виды кровли: керамику, сланец или дранку.

В своем твиттере Тесла опубликовала видео механических испытаний своего продукта в сравнении с обычными материалами для крыши.

Solar roof glass tile vs. conventional roof tile pic.twitter.com/AnGWJ07jub

— Tesla (@TeslaMotors) 29 октября 2016 г.

Скорее всего, такая прочность в период реальной эксплуатации не понадобится, но свойства стекла безусловно впечатляют.

В своем микроблоге Маск подчеркнул, что при необходимости можно включать нагревательные элементы на поверхности стеклянных панелей для очистки их от снега.

Он добавил, что такой процесс не будет энергоемким, но позволит сильно увеличить КПД солнечных батарей в зимний период.

Ориентировочная стоимость «солнечной» крыши

Буквально на днях Илан Маск сделал шокирующее для многих застройщиков заявление: солнечная крыша будет стоить дешевле традиционных материалов. Так ли это? Возможно, сами батареи и будут чуть ниже цены, например, керамической черепицы. Но не стоит забывать о дополнительном оборудовании, без которого продукция Tesla не будет функционировать должным образом, а именно генерировать солнечную энергию и преобразовывать ее в электрическую. Можно интерпретировать сказанное основателем компании как: стоимость новой технологии будет ниже обычного кровельного материала + солнечные батареи, что совершенно меняет картину.

Как минимум к стеклянной кровле нужно будет прикупить фирменный аккумулятор Powerwall 2-ого поколения. Его стоимость составляет порядка $5,5 тыс. Немного о его технических характеристиках:

• Габариты — 1150×755×155 мм;
• Вес — 122 кг;
• Диапазон температур для работы устройства — от −20°С до +50°С;
• Потребляемая мощность — 14 кВт.ч;
• Непрерывная мощность — 5 кВт, макс. — 7 кВт;
• Гарантийный срок — 10 лет.

В состав Powerwall 2 также входит инвертор напряжения.

Батарея Tesla Powerwall 2 благодаря рабочему диапазону температуры можно устанавливать как внутри помещения, так и снаружи. Например, его можно закрепить на фасаде здания.

Подключение панелей Тесла ничем не отличается от традиционной схемы солнечных батарей. Напряжение постоянного тока из крыши попадает в аккумулятор Powerwall, который передает его в инвертор для преобразования в переменный ток.

Общая схема подключения солнечных батарей для преобразования энергии солнца в электроэнергию

Попробуем рассчитать ориентировочную стоимость на оборудование Tesla для дома, площадь крыши которого — 200 м2. Если солнечная кровля будет дешевле обычного материала (например, керамической черепицы), тогда цена 1 м2 не должна превышать $35. Не забываем учесть затраты на батарею: 5500 / 200 = $27,5. Итого 35 + 27,5 = $62,5, умножим полученный результат на общую площадь: 62,5*200 = $12,5 тыс. Именно столько потребуется отдать за современные технологии для частного дома средних размеров. Разумеется, расчеты ориентировочны, но не стоит забывать о дополнительных затратах на монтаж и дополнительные элементы энергоэффективной системы.

Еще немного цифр. Согласно данным сайта greentechmedia.com система Тесла будет генерировать порядка 9000 кВт.ч в год (экономию можно посчитать самостоятельно). Также портал ссылается на недостаточное количество профессиональных установщиков, что повлечет за собой высокие затраты на первоначальный монтаж и настройку оборудования. Учитывая все факторы, цена такой высокотехнологичной кровли будет находится в диапазоне от $ 33000 до $ 37000 за все те же 200 кв.м.

Фото домов с применением кровли Tesla

Солнечные панели будут производится на заводе в Буффало (штат Нью-Йорк). Вот как выглядит дом с только что установленными панелями Tuscan Glass Tile (Тосканская стеклянная плитка).

Панели со стороны двора или улицы будут выглядеть непрозрачными. Разглядеть стеклянное происхождения материала можно будет только в солнечное время, просматривая здание сверху-вниз. Изображения Slate Glass Tile:

В отличие от других видов солнечной крыши, гладкие панели разработаны специально, чтобы каждый мог видеть солнечные батареи с разных углов. Назначение гладкой стеклянной плитки Tesla заключается в том, чтобы предложить «более современный вид», сказал Илон на презентации.

Применение солнечных батарей Tesla гладкого стиля — Smooth Glass Tile

Эксперты США и Европы прогнозируют революционный спрос на новейшую разработку. Будут ли солнечные крыши так популярны в России и странах СНГ покажет время. Известно, что продажами Tesla solar roof будет заниматься лично компания, без посредников и торговых организаций.

Солнечные батареи | сфера приминения, плюсы и минусы, уход

В настоящее время все чаще возникает необходимость на чем-либо сэкономить. Одним таким способом является обеспечение частного жилища солнечными батареями. Этот вид энергии в полной мере можно назвать неисчерпаемым.
Всего несколько десятилетий назад, панели солнечных батарей использовались в космической промышленности. Но, в настоящее время их сфера существенно
расширилась и они стали доступны практически каждому желающему.
По идее, если разместить на крыше своего домика в деревне солнечные батареи, то в дальнейшем можно будет не беспокоиться об его освещении.
Подобный вид освещения очень выгоден тем, что является совершенно безвредным, надежным, дешевым и тихим.

Сфера применения солнечных батарей

Батареи, работающие от солнечной энергии, активно используются в сотовых телефонах, телевизорах, ноутбуках, планшетах и прочих современных устройствах.
На многих приусадебных участках часто можно встретить популярные нынче садовые фонарики, работающие на солнечной батарее. Более крупные солнечные панели от таких фонариков отличаются мощностью и рабочим напряжением.
Получить самодельную солнечную панель можно из стандартного модуля, мощность которого не превышает (12Вт), и автомобильного аккумулятора кислотно-свинцового. Если эти два прибора соединить через авто реле-регулятор, то получим заветную панель солнечной батареи.
Для увеличения мощности, скажем до 24Вт, следует последовательно подключить еще один модуль.
Для усовершенствования системы, можно использовать еще устройство, которое призвано регулировать собранную энергию солнца. Это устройство будет следить за необходимым количеством солнечной энергии, и восполнять ее запасы.
С помощью инвертора преобразуют постоянный ток в переменный, и увеличивают напряжение до 220Вт, что позволяет использовать эту энергию для функционирования бытовых приборов.
Казалось бы, ничего сложного в системе организации солнечных батарей нет, но, подобный вид энергии требует внимания и осторожности. Важно точно рассчитать номинальную и пиковую степень нагрузки. Не менее важно подобрать все элементы системы, которые будут совместимы друг с другом.

Плюсы и минусы солнечных батарей

Конечно же, у солнечных батарей масса преимуществ, но существует и определенный недостаток — зависимость от степени естественного освещения. Если будет наблюдаться затенение, то некоторые модули недополучат необходимой энергии, и выдадут меньшее напряжение. А это естественно отразится на заряде аккумулятора. В современных модулях подобные проблемы не возникнут из-за длинных и отдельных ячеек.
При установке солнечных батарей на крыше дома, следует обеспечить их вентиляцию с обратной стороны. Ведь не секрет, что при ярком солнце, поверхность может нагреться до 100С. Если же используются пленочные наклеиваемые модули, то таких элементов должно быть не менее 40 штук. Подобные модули чаще всего устанавливают при слишком выпуклых конструкциях крыш. Но, предпочтительнее все, же обычные модули на жесткой основе.

Фотоэлектрические панели

Положительно себя зарекомендовали фотоэлектрические панели. В их основе используется опыт космических технологий. Такие панели не требуют ремонта, обслуживания, не шумят и состоят из движущихся частей. Эти солнечные модули состоят из поликристаллических кремниевых элементов, обеспечивающих высокий КПД. Стоимость фотоэлектрических панелей высока. На эти модули нельзя допускать нагрузку свыше 240 кг/м». Фотоэлектрические системы собираются из индивидуальных элементов, работа которых основывается на фотоэффекте полупроводников.

Фотоэлектрические системы могут быть автономными или соединенными с электросетью. Сотрудничество с электросетями позволяет резервировать электрическую энергию при дефиците. Так, две панели фотоэлектрического образца, мощность которых составит 100 Вт с аккумулятором на 100 ампер часов, смогут обеспечить полноценное освещение частного дома, функционирование бытовых приборов и даже систему полива. С помощью солнечных батарей можно организовать автономное электроснабжение дома.
Небольшой мощности солнечные батареи уже можно встретить на жилых мобильных вагончиках или же на дачах. Подобные системы позволяют быть независимыми от централизованных источников энергии.
Но, решиться оснастить свое жилище подобной системой еще не все. Необходимо правильно рассчитать финансовые затраты и необходимую мощность будущего оборудования.
Среди новинок можно отметить отделку алюминием и стеклом фасадов домов, которые могут обеспечивать электрическое снабжение дома. Как правило, на них дается гарантия 25 лет.
Также солнечные батареи можно выбирать исходя из присущей климатической зоне особенностей погоды. Так, батареи могут быть монокристаллическими и поликристаллическими. Последние рекомендуется устанавливать в регионах с частой пасмурной погодой.

Рекомендации по уходу за солнечными панелями

Для того чтобы панели исправно исполняли свои функции, их следует содержать в чистоте. Снег, пыль или птичий помет снизят интенсивность поглощения солнечной энергии на 7%. Поэтому раза четыре в год, панели следует обработать водой из шланга. Кроме этого один раз в год нужно будет выполнять профилактическое обследование частей, на прочное их состояние. Также необходимо будет избавиться по возможности от высоких деревьев, препятствующих прямым лучам солнца.
Для того чтобы солнечные панели служили долго и их количество и мощность были грамотно рассчитаны и подобраны, следует обратиться за помощью к специалистам, которые ответят на все вопросы и проведут монтажные работы на приусадебном участке.
Если Вы желаете ощутить настоящую страсть к идеальным пропорциям и максимальной функциональности  посетите наш магазин мебели. Именно здесь, Вы найдёте ответит на вопрос: где купить качественную мебель в Москве. Дадут Вам, несколько советов, как выбрать действительно качественную, достойную и недорогую мебель.

Как делают солнечные панели? Из чего они сделаны?

Если задуматься, способность получать электроэнергию из солнечного света — удивительный процесс.

Основные выводы по энергии, производимой от солнечной энергии

Солнечная энергия 100% безуглеродная, возобновляемая, чистая и бесшумная. Сами солнечные панели очень долговечны, их срок службы составляет 25 лет + Солнце создает электричество за счет фотоэлектрического эффекта в кремниевых элементах солнечной панели, который запускается солнечным светом Большинство солнечных панелей производится в Азии на огромных и технологически продвинутых предприятиях.

Сравните предложения до 7 установщиков в вашем регионе.

Так как же на самом деле работают современные солнечные панели?

Солнечные панели состоят из 60 или 72 кремниевых элементов. Когда солнечный свет попадает на эти клетки, электроны внутри кремния на атомном уровне высвобождаются и перемещаются. Электрический ток — это просто движение или поток электронов в одном направлении. Например, молния — это внезапная волна электронов через накопление заряда в облаках или между облаками и землей.

Если посмотреть более подробно, кремний (Si), используемый в солнечных панелях, адаптируется в процессе производства для увеличения количества доступных электронов.Часто фосфор (P) и бор (B) связаны с противоположными слоями кремния. Фосфор добавляет дополнительные доступные электроны и обеспечивает отрицательный заряд, в то время как бор уменьшает количество доступных электронов, обеспечивая положительный заряд. Возникающее электрическое поле активируется, когда солнечный свет попадает на панель, чтобы доставить поток электронов к стыку между ячейками.

Если вы подключите группу этих фотоэлементов в цепь внутри панели и установите несколько панелей рядом, вы можете создать большой поток электронов и электричества постоянного тока.Электроэнергия, используемая в домашних условиях, составляет 240 вольт переменного тока. Поэтому коробка, называемая солнечным инвертором — обычно не больше, чем ваша средняя корзина для покупок, — используется для преобразования электроэнергии постоянного тока в переменный ток, чтобы его могли немедленно использовать жители и электросеть.

Как производятся солнечные панели? Шаг за шагом

Как и многие другие продукты, производство большинства солнечных панелей перенесено в Азию и преимущественно в Китай. Создание огромных производственных мощностей и современных технологий, таких как робототехника, привело к быстрому снижению стоимости солнечных технологий и, в целом, к повышению качества.

Этап 1: переработка сырья

Кремний — второй по распространенности элемент на Земле после кислорода. Соединения кремния содержатся в камнях, песке, глине, воде, растениях и даже в некоторых животных. Для очистки кремния его нагревают до температуры кипения (1410 ° C). Монокристаллы создаются путем извлечения цилиндрических кристаллов из расплавленного кремния. Панели солнечных батарей можно назвать монокристаллическими или поликристаллическими. Монокристаллические элементы солнечных панелей производятся из одного кристалла кремния (в отличие от кофе одного происхождения), в то время как поликристаллические солнечные панели используют смесь, которая приводит к немного более низкой эффективности.

Шаг 2: Производство солнечной батареи

Хотя кремний является активным материалом в солнечном элементе, существует ряд компонентов, которые используются при производстве современного солнечного элемента. Обычно силикон разрезают на тонкие листы шириной примерно с лист бумаги. На листы кремния наносится покрытие, которое улучшает поглощение солнечного света и сводит к минимуму любое отражение. Затем добавляются металлические проводники, чтобы облегчить поток электронов, которые представляют собой небольшие видимые линии сетки.Каждая ячейка содержит положительно (бор) и отрицательно (фосфор) заряженные кремниевые пластины, которые встречаются в проводящем переходе, чтобы вызвать поток электричества.

Шаг 3: Производство солнечной панели

Интересно отметить, что процессы некоторых производителей солнечных панелей начнутся только с этого этапа, и они закупают предварительно изготовленные солнечные элементы у других производителей. Типичные солнечные панели в Австралии используют 60 элементов или 72 элемента, объединенных в одну панель.Каждая панель будет иметь верхний лист из оргстекла для защиты ячеек, герметичный материал, такой как EVA, между каждым слоем и задний лист для защиты силикона от влаги и загрязнения. Солнечные панели обычно скрепляются алюминиевой рамой и имеют выходную / входную распределительную коробку, когда установщики солнечных батарей могут легко соединить солнечные панели в массив.

Шаг 4: Тестирование и аккредитация

Европа, США, Австралия и другие страны предъявляют разные требования к солнечной панели для аккредитации и доступности для использования.У каждого из них разные требования к испытаниям, которые позволяют производителю солнечных панелей представлять свои различные технические характеристики в листе технических данных. В Австралии Совет по чистой энергии — это орган, которому поручено тестировать и аккредитовать новые солнечные панели. Существует также один крупный независимый тестер солнечных панелей под названием DNV GL. Они проходят тщательную процедуру тестирования и ежегодно публикуют список лучших производителей, чтобы помочь потребителям определить производителей высокого качества.

Сравните предложения до 7 установщиков в вашем регионе.

Список компонентов солнечных панелей

Процесс производства включает в себя приведенный ниже список частей солнечной панели:

• Алюминиевая рама
• Закаленное стекло
• Герметизирующий материал, например Пленка EVA
• Кремниевые элементы
• Задний лист
• Распределительная коробка с проводами 12В

Каждая часть солнечной панели подвергалась доработке и совершенствованию на протяжении многих лет, чтобы повысить эффективность, долговечность и снизить стоимость производства.На приведенном ниже графике представлен обзор того, как стоимость солнечных панелей снизилась за последние 8 лет, что напрямую связано с улучшениями в производственных процессах.

Другие формы солнечных панелей и солнечной энергии

В солнечной энергетике появляются новые технологии, которые открывают возможности для повышения эффективности панелей. К ним относятся графеновое покрытие солнечных элементов, легкие панели, в которых не используется стекло и которые являются гибкими. Чтобы увидеть более подробный обзор различных типов солнечных панелей и различных брендов, см. Эту статью.

Кроме того, существуют альтернативные формы солнечной энергии, такие как концентрирующая солнечная энергия (CSP), где вместо солнечных панелей используются зеркальные панели для фокусировки солнечного света на центральной башне, где вода нагревается до высоких температур и преобразуется обратно в энергию через пар. турбины. Солнечные тепловые панели также работают немного иначе, когда вода проходит через панели в медных трубках, которые нагревают воду, пока она проходит через панель и возвращается в резервуар для горячей воды.

Сравните предложения до 7 предварительно проверенных установщиков в вашем регионе.
С 2008 года наши знания и сложное программное обеспечение позволили более 160 000 австралийских домашних хозяйств и предприятий сделать осознанный выбор в отношении установщика солнечных батарей и батарей.

Из чего сделаны солнечные панели?

Мы можем получать долю продаж от товаров, на которые есть ссылки на этой странице. Учить больше.

Хотя к настоящему времени почти все слышали о солнечных батареях, не все знают, из чего на самом деле сделаны эти интересные элементы технологии.

Помимо простого понимания того, что делают солнечные панели, люди в основном не осознают, насколько они сложны и насколько на самом деле передовые технологии, лежащие в их основе.

Большинство людей довольны тем, что просто знают, что панели сделаны из специального материала, способного поглощать и использовать энергию солнца, даже хранить его для использования в периоды, когда солнце не светит, например, в пасмурные дни и, конечно, ночью.

Но если вы действительно хотите узнать больше о солнечных батареях и материалах, которые используются для их создания, читайте дальше, чтобы узнать больше.

Материалы, из которых состоят солнечные панели

Солнечные панели состоят из комбинации двух элементов: кремния и серебра.

Каждая солнечная панель состоит из множества отдельных солнечных батарей. Сами клетки представляют собой не что иное, как кусочки кремния.

К счастью, кремния в окружающей среде очень много, поэтому защитники окружающей среды могут расслабиться, зная, что Земля не обедняется этим важным элементом.

Кремний в солнечных элементах способен поглощать энергию солнца и фактически преобразовывать эту энергию в энергию электронов.

Как только электроны начинают течь между слоями кремния, проводник внутри солнечной панели должен фактически использовать генерируемую энергию.

Серебро — элемент, который наиболее широко используется в солнечных батареях, потому что практически вся энергия, вырабатываемая солнечными лучами, попадающими на элементы, может быть использована.

Это приводит к меньшим потерям тепла и энергии.

Анатомия солнечной панели

При соединении нескольких солнечных элементов друг с другом создается больше электричества и напряжения.Когда все они соединены вместе, они образуют солнечную панель.

Обращение к этим панелям под правильным углом с наименьшим количеством тени и наибольшим количеством солнечного света гарантирует, что вырабатывается как можно больше электроэнергии.

После того, как они помещаются в здание, они обычно устанавливаются лицом на юг или с автоматической системой вращения, чтобы следовать дуге солнца.

Панели также обычно устанавливаются таким образом, чтобы между крышей здания и самими панелями оставалось достаточно места, чтобы не допустить захвата всего тепла, которое вырабатывается, и потенциально опасного.

Чем больше панелей установлено, тем больше электроэнергии они вырабатывают.

Сложнее, чем кажется

Хотя это очень простое описание солнечных панелей может сделать их похожими на простые конструкции, на самом деле они очень сложны.

Фактически, инженеры и ученые должны очень усердно работать, чтобы убедиться, что правильные материалы используются в правильных концентрациях, чтобы солнечные панели работали максимально эффективно.

Вот почему солнечные панели такие дорогие (хотя цена неуклонно снижается), так как для их разработки и производства было вложено много исследований и тяжелая работа.

Однако они более чем того стоят за деньги, которые вы ежемесячно экономите на счетах за электроэнергию.

Экономьте деньги, переведя свой дом на солнечную энергию. Подсчитайте свои сбережения.

Баннер Фото Кредит

солнечных панелей начинают умирать, оставляя после себя токсичный мусор

Даже когда происходит переработка, есть много возможностей для улучшения.Солнечная панель — это, по сути, электронный бутерброд. Заполнение представляет собой тонкий слой ячеек из кристаллического кремния, которые изолированы и защищены от элементов с обеих сторон листами полимера и стекла. Все это скреплено в алюминиевой раме. На задней стороне панели находится распределительная коробка с медной проводкой, которая отводит электричество по мере его генерации.

На типичном предприятии по переработке электронных отходов этот высокотехнологичный сэндвич будет обрабатываться грубо. Переработчики часто снимают раму панели и ее распределительную коробку, чтобы восстановить алюминий и медь, а затем измельчают остальную часть модуля, включая стекло, полимеры и кремниевые элементы, которые покрываются серебряным электродом и спаиваются с использованием олова и свинца.(Поскольку подавляющее большинство этой смеси по весу составляет стекло, полученный продукт считается нечистым, раздробленным стеклом.) Тао и его коллеги подсчитали, что переработчик, разбирающий стандартную кремниевую панель с 60 ячейками, может получить около 3 долларов за рекуперированный алюминий. , медь и стекло. Вандерхоф, тем временем, говорит, что стоимость переработки этой панели в США составляет от 12 до 25 долларов — после транспортных расходов, которые «часто равны стоимости переработки». В то же время в штатах, где это разрешено, вывоз солнечной панели на свалку для твердых отходов обычно стоит меньше доллара.

«Мы считаем, что большая слепая зона в США для вторичной переработки заключается в том, что затраты намного превышают выручку», — сказал Мэн. «Отношение порядка 10: 1».

Если бы наиболее ценные компоненты солнечной панели, а именно кремний и серебро, можно было бы эффективно разделить и очистить, это могло бы улучшить соотношение затрат и доходов. Небольшое количество специализированных переработчиков солнечных фотоэлектрических систем пытается это сделать. Компания Veolia, которая управляет единственным в мире заводом по переработке кремния в промышленных масштабах во Франции, измельчает и измельчает панели, а затем использует оптическую технику для восстановления кремния низкой чистоты.По словам Вандерхофа, Recycle PV Solar изначально использовала «процесс нагрева и процесс шаровой мельницы», который мог повторно улавливать более 90 процентов материалов, присутствующих в панели, включая серебро и кремний низкой чистоты. Но недавно компания получила от своих европейских партнеров новое оборудование, которое, по его словам, может выполнять «95% с лишним процентов», при этом разделяя повторно уловленные материалы намного лучше.

Некоторые исследователи фотоэлектрических систем хотят добиться большего. В другом недавнем обзорном документе группа ученых, возглавляемая учеными Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, призывает к разработке новых процессов переработки, в которых все металлы и минералы восстанавливаются с высокой степенью чистоты, с целью сделать переработку как можно более рентабельной и экологически выгодной. .Как объясняет ведущий автор исследования Гарвин Хит, такие процессы могут включать использование тепловой или химической обработки для отделения стекла от кремниевых ячеек с последующим применением других химических или электрических методов для отделения и очистки кремния и различных следов металлов.

«Мы призываем к тому, что мы называем полноценной интегрированной системой переработки», — сказал Хит Grist. «Высокая ценность означает, что мы хотим извлечь из этих модулей все составляющие материалы, имеющие ценность. Интегрированный относится к процессу вторичной переработки, который может осуществляться после всех этих материалов и не должен передаваться от одного переработчика к другому.

Монокристаллические и поликристаллические солнечные панели — советник Forbes

От редакции. Советник Forbes может получать комиссию за продажи по партнерским ссылкам на этой странице, но это не влияет на мнения или оценки наших редакторов.

Сравните цитаты от лучших установщиков солнечных панелей

Бесплатно, без обязательств Оценки

Солнечная энергия, которая когда-то была побочным продуктом углеродных источников энергии, быстро распространяется и обеспечивает электроэнергией больше домов, чем когда-либо.Из примерно 3 миллионов солнечных установок по всей стране одна треть была построена только за последние пару лет.

Таким образом, стоит тщательно изучить все аспекты вашей солнечной энергетической системы, особенно выбор между монокристаллическими или поликристаллическими солнечными панелями. Эффективность, стоимость и долговечность зависят от вашего выбора типа солнечной панели.

Что такое солнечная панель

Есть два типа солнечных панелей: тепловые и фотоэлектрические. Тепловые солнечные панели концентрируют солнечный свет для производства тепла.Фотоэлектрические (PV) солнечные панели улавливают энергию солнца и преобразуют ее в электричество.

Фотоэлектрические солнечные панели — это наиболее предпочтительный тип солнечных панелей для использования в жилых помещениях. Хотя они на самом деле менее эффективны, чем солнечные тепловые панели, они лучше работают в жилых помещениях, поскольку не требуют больших помещений.

Солнечную панель можно сравнить с рамкой для картины. Он прямоугольный; вокруг него металлический каркас, а на лицевой стороне есть защитное стекло. Солнечная панель состоит из нескольких слоев, наиболее важным из которых является слой, содержащий матрицу солнечных элементов.

В пределах каждой солнечной панели расположено от 32 до 96 солнечных элементов, при этом все элементы соединены вместе проводом и выдают от 230 до 275 Вт электроэнергии.

Солнечные элементы могут быть монокристаллическими или поликристаллическими. Монокристаллические солнечные элементы представляют собой более высококачественные панели, поскольку они более эффективно поглощают солнечные лучи. Но поликристаллические панели дешевле и могут быть хорошим вариантом для участков с высоким солнечным светом.

Что такое монокристаллические солнечные панели?

Монокристаллические солнечные панели (или монопанели) изготавливаются из монокристаллических солнечных элементов.Каждая ячейка представляет собой кусочек монокристалла кремния, выращенного специально для создания солнечных панелей.

В лаборатории кристалл выращивают в цилиндрическую форму бревна, называемую слитком, а затем разрезают на тонкие диски. Каждый диск обрезан по краям, образуя восьмиугольники.

Когда солнечные элементы размещаются на солнечной панели, восьмиугольные формы помогают солнечным панелям уместить максимальное количество солнечных элементов в массив. Это очень похоже на печенье на противне. Даже плотно расположенные круглые печенья всегда имеют промежутки между ними, но восьмиугольные печенья могут быть размещены плотно вместе, не тратя впустую места.

Монокристаллические солнечные панели, отличающиеся своим черным цветом, обычно имеют диапазон эффективности от 15% до 20%, а некоторые новые экспериментальные модели достигают даже около 50%.

Что такое поликристаллические солнечные панели?

Поликристаллические солнечные панели (или поли панели) изготавливаются из отдельных поликристаллических солнечных элементов.

Как и монокристаллические солнечные элементы, поликристаллические солнечные элементы состоят из кристаллов кремния. Разница в том, что кристалл кремния не экструдируется как единый чистый слиток, а охлаждается и фрагментируется сам по себе.Эти фрагменты плавятся в печи и формуются в кубики, которые затем разрезаются на тонкие пластинки. Таким образом, эту амальгаму образуют множество различных кристаллов, а не монокристалл типа монокристаллических солнечных элементов. Это менее сложный производственный процесс, чем при использовании монокристаллических элементов, поэтому он позволяет производить больше солнечных элементов быстрее и дешевле.

Квадратные поликристаллические ячейки синего цвета аккуратно размещаются бок о бок, устраняя любое пустое пространство между ячейками. Поликристаллические солнечные панели работают менее эффективно, чем монокристаллические, потому что расплавленные фрагменты кремния оставляют меньше места для движения электронов.

Поликристаллические панели обычно имеют КПД от 13% до 16%. Хотя всего на несколько процентных пунктов меньше, чем у монокристаллических панелей, эта разница может иметь большое значение при использовании многих солнечных панелей.

Монокристаллические солнечные панели: плюсы и минусы

Плюсы

• Высокоэффективный при производстве энергии
• Панели требуют меньше места
• Черные панели сочетаются с более темной черепицей или листвой
• Лучшая термостойкость

Минусы

• Дорого
• Менее экологичные методы производства

Плюсы и минусы поликристаллических солнечных панелей

Плюсы

• Дешевле, чем монокристаллические панели
• Срок службы сопоставим со сроком службы монокристаллических панелей, но при более низкой стоимости

Минусы

• Для панелей требуется больше места
• Менее эффективен при производстве энергии
• Менее устойчивое производство
• Голубоватый цвет выделяется больше, чем черный цвет поликристаллических панелей
• Меньше термостойкость

Лучшие приложения для монокристаллических солнечных панелей

• Меньшие приложения
• Области с меньшим количеством солнечного света
• Эффективность, а не стоимость важнее
• Внешний вид — это проблема

Монокристаллические солнечные панели лучше всего подходят для областей с ограниченным пространством, поскольку они производят больше электроэнергии в меньшем масштабе, чем поли-панели.Монокристаллические солнечные панели могут потреблять максимальное количество энергии даже в областях с более низким солнечным светом. Таким образом, они идеальны, когда цель — эффективность больше, чем стоимость.

Хотя все солнечные панели громоздкие, монокристаллические солнечные панели с их темным оттенком переходят на задний план лучше, чем полимерные блоки.

Монокристаллические солнечные панели, как правило, имеют лучшую термостойкость, чем поликристаллические. Таким образом, они являются хорошим выбором для регионов с очень высокой температурой, таких как пустыня.

Лучшие приложения для поликристаллических солнечных панелей

• Большие площади
• Зоны с максимальным солнечным светом
• Стоимость важнее
• Эстетика не в приоритете

Поликристаллические солнечные панели лучше всего подходят, когда нужно следить за чистой прибылью.

Поскольку монокристаллические панели обычно стоят примерно на $ 0,05 за ватт на дороже, поликристаллические блоки являются более выгодной ценой, если у вас достаточно места для панелей.

Поликристаллические солнечные панели лучше работают в областях, богатых солнечным светом, поскольку они обеспечивают меньшую мощность, чем панели.

Голубоватый оттенок и крапчатый вид поликристаллических панелей может подойти не всем, особенно при установке большого количества в жилых районах. Но они хорошо работают в сельской или городской местности, где панели можно удобно спрятать, например, на крыше или за домом.

Сравните цитаты от лучших установщиков солнечных панелей

Бесплатно, без обязательств Оценки

Как делают солнечные панели

Популярность солнечной энергии резко возросла за последние несколько лет, оказав значительное влияние на рынок энергии.По данным Ассоциации производителей солнечной энергии, в США установлено достаточно солнечных батарей для питания 13,1 миллиона домов, а к 2024 году общая мощность солнечных батарей в США, по прогнозам, увеличится более чем вдвое.

По мере того, как использование солнечной энергии становится все более распространенным, растет и информация о том, как ее используют и используют. Фотоэлектрические или солнечные панели часто можно найти как в коммерческих, так и в жилых районах. Как изготавливаются эти панели и из каких материалов они изготавливаются?

В таблице ниже указаны исходные материалы и детали, из которых состоит солнечная панель.

• Сырье

  Кремний — это основной материал для токопроводящих электрических компонентов. Прежде чем его можно будет использовать, он должен пройти процесс обработки, который удаляет примеси и превращает его в чистый кремний или поликремний. В ближайшее время отрасль не должна столкнуться с нехваткой материалов; Кремний присутствует в большом количестве, составляя четверть земной коры по весу.

• Слитки и вафли

  Когда кремний очищается от примесей, он превращается в слитки, которые представляют собой цилиндры из чистого кремния. Слитки сделаны из кристалла кремния, погруженного в поликристаллический кремний. Примеси остаются в расплавленной жидкости, поэтому слиток образует полностью чистый цилиндр.Оттуда слиток нарезается на пластины толщиной 0,5 мм, которые имеют прямоугольную или шестиугольную форму, чтобы они могли плотно прилегать друг к другу.

• Ячейка

  Бор и фосфор добавляются к пластинам в процессе легирования.Пластины нагреваются, чтобы позволить атомам этих элементов или примесей проникнуть в кремний. Когда эти элементы добавляются к поликремнию, первым результатом является избыток электронов, за которым следует их недостаток. Это позволяет поликремнию действовать как полупроводник.

• Панели солнечных батарей

  Чтобы проводить большое количество электричества, многие элементы должны быть соединены электрическими контактами.Затем группа подключается к приемнику. На панель нанесено антибликовое покрытие, чтобы предотвратить потерю солнечного света и потерю энергии. Затем ячейки запечатываются в резину или винилацетат, обрамляют алюминием и покрывают стеклом или пластиком.

Кремний: сырье для солнечных батарей

Кремний — второй по распространенности элемент в земной коре.По мнению Коалиции по образованию в области минералов, он не считается чистым по своей природе; скорее, он обнаружен в сочетании с кислородом в таких породах, как обсидиан, гранит и песчаник, в форме, известной как кремнезем. Кремний можно добывать из кварцита, слюды и талька, но песок является его наиболее распространенным источником руды. Кремний в солнечных панелях производится в процессе восстановления, в котором диоксид кремния нагревается углеродным материалом, а кислород удаляется, оставляя после себя более чистый кремний металлургического качества.

После этого сорт должен быть дополнительно очищен до поликремния, чистота которого для солнечной энергии составляет 99.999 процентов. Чтобы получить поликремний разных марок, к элементу можно применить несколько процессов. Для электронного поликремния, который имеет более высокий процент чистоты, силикон металлургического сорта должен проходить через хлористый водород при чрезвычайно высоких температурах и подвергаться дистилляции. Но чтобы получить конечный продукт, пригодный для использования в солнечной энергии, силикон проходит процесс химической очистки. В этом процессе газы проходят через расплавленный кремний для удаления примесей, таких как бор и фосфор.В чистом виде кремний солнечного качества затем превращается в цилиндры, называемые слитками, которые затем разрезаются на небольшие проводящие части, которые поглощают солнечный свет в солнечных панелях.

Слитки и вафли: основа солнечных элементов

Из слитков вырезают несколько типов пластин: монокристаллические, поликристаллические и кремниевые ленты. Они различаются своей эффективностью в проведении солнечного света и количеством производимых отходов.

Монокристаллические пластины тонко вырезаны из цилиндрического слитка, который имеет монокристаллическую структуру, что означает, что он состоит из чистого однородного кристалла кремния.Алмазная пила используется для отрезания пластин от цилиндра, в результате чего получается круглая форма. Однако, поскольку круги не плотно прилегают друг к другу, круглые пластины дополнительно разрезают на прямоугольные или шестиугольные формы, что приводит к потере кремния из частей, которые удаляются. Согласно GreenRhinoEnergy.com, этот отработанный кремний может быть переработан в поликремний и переработан. Исследователи пытаются найти способы создания монокристаллических ячеек без лишних обрезков и отходов.

Поликристаллические, иногда называемые мультикристаллическими, слитки состоят из нескольких кристаллических структур.Они могут производить меньше отходов, но они не так эффективны, как монокристаллические. Слитки имеют форму куба, потому что они сделаны из расплавленного кремния, залитого в фасонную отливку. Это означает, что вафлям можно сразу придать желаемую форму, что сокращает количество отходов.

Кремниевые ленты представляют собой тонкие листы мультикристаллического кремния. Они такие тонкие, что их не нужно нарезать вафлями. Хотя тонкие листы или тонкие пленки являются гибкими, их можно использовать интересными способами и дешевле в производстве, они не так долговечны, как пластины, и требуют большей поддержки, чем другие конструкции солнечных панелей.

Солнечные элементы: добавление легирующих добавок для активации пластины

Хотя кремниевые пластины к этому моменту готовы, они не будут проводить никакой энергии, пока не пройдут процесс легирования. Этот процесс включает ионизацию пластин и создание положительно-отрицательного (p-n) перехода. Вафли нагревают в цилиндрах при очень высокой температуре и опускают в воду. Затем верхний слой цилиндра подвергается воздействию фосфора (отрицательная электрическая ориентация), а нижний слой — воздействию бора (положительная электрическая ориентация).Соединение положительно-отрицательного элемента позволяет ему правильно работать в солнечной панели.

После этого шага нужно сделать еще несколько вещей, чтобы создать функционирующую ячейку. Поскольку кремний естественным образом отражает солнечный свет, существует значительный риск потери значительной части потенциальной энергии солнца, которую клетки должны поглощать. Чтобы минимизировать это отражение, производители покрывают ячейки просветляющим нитридом кремния, который придает ячейкам последний синий цвет, который мы видим на установленных панелях.

Оттуда производители внедряют систему сбора и распределения солнечной энергии. Это делается с помощью шелкографии или трафаретной печати, при которой металлы печатаются на обеих сторонах ячейки. Эти металлы составляют основу для прохождения энергии на пути к приемнику.

Панели солнечных батарей: сборка элементов в полезные устройства

Производители солнечных панелей используют различные запатентованные процессы для производства своих конечных продуктов для солнечных панелей.Но в целом это автоматизированный процесс, в котором роботы выполняют работу. Сначала клетки нужно соединить вместе, чтобы получился большой лист. По данным Solar World, ведущего производителя солнечных панелей, процесс состоит из пайки шести цепочек по десять ячеек в каждой, в результате чего получается прямоугольник из 60 ячеек. Каждая прямоугольная матрица наклеивается на стекло и быстро превращается в большую панель. Таким образом, панель необходимо оформить так, чтобы она была прочной и защищенной от любых погодных условий.

Кроме того, в каркасе должно находиться электрическое оборудование, которое соединяет панели вместе и принимает энергию.

Откуда берется поликремний?

Поликремний имеет одно происхождение: кремнезем. Кремнезем добывается из земли и содержится в песке, камне и кварце. Поскольку диоксид кремния содержит диоксид, его необходимо доставить на завод, где он превращается в кремний в процессе нагрева. По данным Геологического общества США, шесть отечественных компаний производят кремниевые материалы на восьми заводах. Все они расположены к востоку от реки Миссисипи.Импортный кремний поступает со всего мира, включая Китай, Россию, Японию, Бразилию, Южную Африку, Канаду, Австралию и другие страны.

Предприятия по добыче и переработке кремнезема в США

Источник: USGS

Сколько стоит кремний-сырец?

По последним данным Геологической службы США, производство кремниевых сплавов оценивается в 1,14 миллиарда долларов. Металлический кремний, используемый в фотоэлектрических панелях, стоит 1 доллар.38 за фунт в 2018 году. Согласно публикации USGS Mineral Information Publication, поскольку производство силикатов настолько разнообразно, лишь небольшая часть этой отрасли связана с производством солнечных батарей.

Факты о производстве и добыче кремния

• 430 000: метрические тонны кремния, добытого в 2018 году в США.С.

• 90%: процент проданных сегодня модулей, использующих кремний.

• 468 миллиардов: мировые продажи полупроводников в 2018 году.

• Китай, Россия и США.С. являются крупнейшими производителями кремния.

Тенденции в области кремния растут и, по прогнозам, значительно увеличатся в следующие 10 лет. Этот богатый ресурс поступает из многих стран и имеет множество применений; Производство солнечных батарей — это всего лишь небольшая часть. Источники: Геологическая служба США, Министерство энергетики США, Ассоциация полупроводниковой промышленности

.

ресурса

Создание солнечных панелей

Информация о солнечной энергии

История солнечной энергии: кто изобрел солнечные панели?

Когда был изобретен солнечный элемент, он положил начало развитию производства энергии.Это изменение будет повторяться в течение сотен лет в руках различных физиков и инженеров. История солнечной энергии — это увлекательная история инноваций и прогресса.

Кто изобрел солнечные батареи?

В солнечной энергии нет ничего нового. Люди использовали солнечную энергию еще в 7 веке до нашей эры. В самом примитивном состоянии энергия Солнца почиталась и использовалась почти все время, пока человек ходил по Земле.

Самым ранним применением солнечной энергии было фокусирование солнечной энергии через увеличительное стекло для разжигания огня для приготовления пищи.К III веку до нашей эры греки и римляне отражали солнечный свет от «горящих зеркал», чтобы зажигать священные факелы для религиозных церемоний.

Солярии были изобретены в древние времена для улавливания солнечной энергии для получения ее естественного тепла. Эти комнаты, обычно выходящие на юг, улавливают и концентрируют солнечный свет от знаменитых римских бань до индейских бань, и до сих пор популярны во многих современных домах.

Одна из легенд греческой солнечной истории — об ученом Архимеде, который поджег осаждавшие деревянные корабли из Римской империи.История гласит, что он отражал солнечную световую энергию от бронзовых щитов, концентрируя лучи и нападая на врага, прежде чем он достиг берега.

Думайте об этом как о чем-то вроде древнего солнечного лазерного луча. Произошло ли это на самом деле во времена Архимеда, неизвестно. Но этот эксперимент с солнечной энергией был проверен греческим флотом в 1970-х годах. Они действительно подожгли деревянный испытательный корабль в 50 метрах, используя только легендарный бронзовый щит и энергию солнечного света. ¹

Изобретена технология солнечных батарей.

В 1839 году французский физик Эдмон Беккерель обнаружил фотоэлектрический эффект, экспериментируя с элементом, сделанным из металлических электродов в проводящем растворе. ² Он отметил, что элемент вырабатывает больше электричества, когда на него воздействует свет.

Позже, в 1873 году, Уиллоуби Смит обнаружил, что селен может действовать как фотопроводник.

Всего три года спустя, в 1876 году Уильям Гриллс Адамс и Ричард Эванс Дэй применили к селену фотоэлектрический принцип, открытый Беккерелем. Они записали, что на самом деле он может вырабатывать электричество при воздействии света.

Спустя почти 50 лет после открытия фотоэлектрического эффекта, в 1883 году американский изобретатель Чарльз Фриц создал первый работающий селеновый солнечный элемент. ³ Хотя мы используем кремний в элементах современных солнечных панелей, этот солнечный элемент был основным предшественником технологии, используемой сегодня.

В каком-то смысле многие физики сыграли свою роль в изобретении солнечных элементов. Беккерелю приписывают раскрытие потенциала фотоэлектрического эффекта, а Фрицу — создание предка всех солнечных элементов.

Осведомленность о солнечной энергии и ее производство

Альберт Эйнштейн сыграл свою роль в привлечении внимания мира к солнечной энергии и ее потенциалу.В 1905 году Эйнштейн опубликовал статью о фотоэлектрическом эффекте и о том, как свет переносит энергию. ⁴ Это вызвало больше внимания и признания солнечной энергии в более широком масштабе.

Большой скачок к солнечным элементам, подобным тем, которые используются в панелях сегодня, стал результатом работы Bell Labs в 1954 году. Три ученых, Дэрил Чапин, Кэлвин Фуллер и Джеральд Пирсон, создали более практичный солнечный элемент с использованием кремния.

Преимущества кремния — лучшая эффективность и широкая доступность в качестве природного ресурса. ⁵

По мере развития космической эры солнечные панели использовались для питания различных частей космических кораблей в конце 1950-х и 1960-х годах. Первым был спутник «Авангард I» в 1958 году, за ним последовали «Авангард II», «Эксплорер III» и «Спутник-3».

В 1964 году НАСА запустило спутник «Нимбус», который работал полностью на фотоэлектрической панели солнечных батарей мощностью 470 Вт. ⁶ Пройдет совсем немного времени, пока потенциал солнечной энергии переместится из космоса в дома и предприятия на планете Земля.

Как изготавливаются фотоэлектрические солнечные панели?

К настоящему времени вы видели фотоэлектрических солнечных панелей в жилых домах и на предприятиях по всему вашему району. В конце концов, большие блестящие синие прямоугольники трудно не заметить, особенно в большой солнечной батарее.

Вы когда-нибудь задумывались, как производятся эти фотоэлектрические солнечные панели?

Создание листа кристаллического кремния

Традиционные фотоэлектрические солнечные панели , которые сегодня используются в большинстве систем, используют кристаллический кремний в солнечных элементах.Кремний — один из наиболее распространенных элементов на Земле, и он эффективно функционирует как полупроводниковый материал.

Кристаллический кремний разрезают на тонкие диски, обычно толщиной менее сантиметра.

Однако этот процесс резки может повредить хрупкий материал, поэтому крошечные диски затем тщательно обрабатываются и полируются. Затем на диски наносятся металлические проводники и присадки или микроэлементы, которые изменяют электрические свойства кремния.

Затем проводники выравниваются по сетке и раскладываются на плоском листе поверх солнечной панели.

Защита фотоэлектрической панели

Чтобы защитить лист кристаллического кремния и защитить его от элементов, к солнечной панели прикреплен тонкий слой стекла. Затем панель прикрепляют к поддерживающей подложке, которая может быть изготовлена ​​из алюминиевого пластика, полидимида или любого из нескольких других прочных материалов.

В этом креплении к основанию используется теплопроводящий цемент, который защищает фотоэлектрические панели от перегрева. Без этого термоцемента любая избыточная энергия, производимая панелями, может вызвать перегрев, потенциально повредить солнечные элементы и привести к снижению эффективности системы.

В качестве дополнительной меры по предотвращению перегрева эксперты предлагают, чтобы ваша установка обеспечивала адекватную вентиляцию и воздушный поток вокруг системы.

Тонкопленочные фотоэлектрические панели

Хотя они не рекомендуются в большинстве случаев, сегодня также используется другой тип фотоэлектрических панелей — тонкопленочные элементы. Эти панели создаются путем послойного напыления сплава из паровой фазы.

Поскольку солнечные элементы намного тоньше кристаллических кремниевых элементов, панели, созданные с помощью этой технологии, являются гибкими и, следовательно, более хрупкими и уязвимыми для повреждений.Тонкопленочные панели можно использовать на криволинейных поверхностях и фасадах зданий, и эта технология совершенствуется для использования в кровельной черепице и черепице.

Тонкопленочные фотоэлектрические солнечные панели обычно изготавливаются из аморфного кремния (a-Si), теллурида кадмия (CdTe) или селенида меди, индия, галлия (CIS / CIGS).

В настоящее время разрабатываются другие материалы, такие как нанокристаллический кремний (nc-Si) и сенсибилизированные красителем солнечные элементы (DSC). Тонкопленочные технологии все еще совершенствуются, но из-за того, что они легко повреждаются, эти продукты редко используются в стандартных конструкциях солнечных батарей.

В Intermountain Wind and Solar мы очень гордимся качеством и долговечностью наших продуктов. Имея полную гарантию, мы используем продукцию только известных производителей. Качество нашей установки является лидером в отрасли, а отзывы и обзоры наших клиентов подтверждают наши обещания.

Свяжитесь с нами сегодня , чтобы узнать больше о пользе фотоэлектрических солнечных батарей.

.

No related posts.