Как сделать солнечные батареи: Страница не найдена – Совет Инженера

Содержание

Ученые поняли, как сделать солнечные батареи стабильнее и эффективнее

Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (НИТУ «МИСиС») с коллегами из РАН и Университета Тор Вергата (Италия) добились значительной стабильности и эффективности перовскитных элементов — вероятной основы «солнечной энергетики будущего» — добавив в них прослойку иодида меди. Данные исследования опубликованы в Materials.

Гибридные перовскитные материалы — молодой класс полупроводников для оптоэлектроники, считающийся эффективной и доступной альтернативой кремнию в производстве солнечных батарей. Они гораздо дешевле, так как могут печататься жидкостными методами нанесения при невысоких температурах (<200 ̊C).

Команда ученых НИТУ «МИСиС», Института физической химии и электрохимии А.Н. Фрумкина РАН и Университета Тор Вергата решили исправить главный недочет этой «альтернативы», мешающий широкому производству — нестабильность. Ключевую роль при этом сыграла молекула метилламин-свинец-йод-3 (MAPbI3).

«Фотоактивный слой MAPbI3 кристаллизуется на поверхности транспортного слоя p-типа, переносящего положительные заряды (в нашем случае — оксид никеля NiO). Как известно, при постоянном освещении и последующем нагреве перовскитных солнечных элементов с фотоактивным слоем MAPbI3 выделяются свободный йод и йодоводородная кислота, которые вредят интерфейсу между слоями перовскита и NiO, образуя множество дефектов — и существенно снижая стабильность и производительность устройства», 

— рассказал научный сотрудник лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ «МИСиС» Данила Саранин.

Для устранения этой проблемы ученые использовали дополнительную прослойку из полупроводника p-типа иодида меди между перовскитом и дырочно-транспортным NiO.

«Данный материал не имеет столь стремительной деградации под действием света, сопровождаемой выделением соединений йода аналогично используемому перовскитному материалу. Более того, дополнительный p-слой позволил улучшить сбор положительных зарядов и существенно снизить концентрацию дефектов на переходе между фото-поглощающим и дырочно-транспортными слоями»,

 — сообщил Данила Саранин.

Стабилизировать перовскитный элемент аналогичной архитектуры и состава фотоактивного слоя за счет дополнительной органической прослойки — не новая идея для науки. Но другие коллективы привлекали дорогие и сложные в синтезе материалы: производные металлорганического соединения ферроцена, маломолекулярные органические полупроводники.

Ученые же НИТУ «МИСиС» с коллегами первыми попробовали иодид меди — более доступный и простой в применении неорганический материал. Эта «исследовательская интуиция» подтвердилась в цифрах: усовершенствование структуры перовскитного элемента повысило стабильность его работы в среднем на 40%, а КПД — вырос до 15,2%.

Как сообщают создатели, толщина готового элемента составляет менее 1 микрона — в десятки раз меньше, чем у кремниевых солнечных батарей.

Далее ученые намерены создать аналогичную прослойку для стабилизации передачи отрицательных зарядов, а также масштабировать технологию до размеров широкоформатного модуля.

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.

КАК СДЕЛАТЬ СОЛНЕЧНУЮ БАТАРЕЮ | Дмитрий Компанец

Вы что не ЗНАЕТЕ КАК СДЕЛАТЬ СОЛНЕЧНУЮ БАТАРЕЮ ? Да это же просто — любой школьник научит вас правильно делать из проволоки бумаги и скрепок РЕАЛЬНУЮ СОЛНЕЧНУЮ ПАНЕЛЬ! Можно даже нарисовать её на бумаге! Только карандаши возьмите разные , а то ничего не получится.!!!!!
СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ РАЗГАДКА и ЗАБЛУЖДЕНИЯ

Меня часто спрашивают, давая ссылки на ролики разных авторов показывающих солнечные батареи из банок, проволоки, фольги и бумаги с зубной пастой или гуталином, «Это правда или нет?» Просмотрев большинство этих видео по ссылкам, я решил сделать открытый ответ сразу всем — «БОЛЬШИНСТВО ЭТИХ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ — ФЭЙК!» и лучшем случае неудачная попытка повторить чужие опыты либо просто банальный ОБМАН! В видеороликах Кулибины и Брилиантовые лайфхакеры, просто демонстрируют простейшие гальванические опыты с проволокой и фольгой, ничего общего с реальной батарейкой от солнца не имеющие.

ВИДЕО ПО ПРОСЬБАМ ПОДПИСЧИКОВ!

Создавая простейшие гальванические элементы, блогеры подают их зрителям как НАСТОЯЩИЕ СОЛНЕЧНЫЕ БАТАРЕИ. Увы на поверку это всего лишь банальный и не прикрытый обман зрителей. Нарисовать или склеить гальваническую батарею можно столько просто, что не составит труда даже школьнику детского садика, а вот показать , что эта батарея вовсе не солнечная и не реагирует на свет просто — Но это Великая тайна Бриллиантовых и Золотых блогеров =)

Даже сделать фокус похожий на правду не всем дано , а уж тем более побаловать с тенями и ЭДС 🙂

Удачи в творчестве и не ведитесь на банальный обман!

Пошаговая инструкция по изготовлению раскладной солнечной батареи для туристов

Складная солнечная батарея — это туристический девайс для зарядки смартфонов и камер. Для самостоятельной сборки нужно купить панели и стабилизатор.

Что это и зачем нужна

Солнечная батарея для походов — это портативное приспособление, которое преобразует энергию солнца в постоянный электрический ток. С помощью устройства можно заряжать различные электронные девайсы:

  • смартфоны;
  • GPS-навигаторы;
  • ноутбуки
  • автомобильные аккумуляторы;
  • планшеты;
  • видео и фотокамеры.

Прибор понравится любителям телефонов с солнечной подзарядкой и других электронных приспособлений, использующих альтернативные источники энергии.

Складная конструкция позволяет брать батарею с собой в любое путешествие. Дополнительные плюсы: малый объем и вес, отсутствие шума во время работы. Устройство можно собрать самостоятельно, взяв за основу солнечные панели.

Что понадобится

Чтобы смастерить складную солнечную батарею своими руками, следует заранее подготовить следующие элементы:

  • солнечные 12-вольтовые панели — 3 шт. Подойдут китайские с мощностью в 2 Вт;
  • понижающий преобразователь, так как для солнечной батареи понадобится не 12, а лишь 5 В.;
  • паяльник;
  • термоклей;
  • многожильный провод;
  • ненужный кабель с microUSB;
  • короб для прокладки проводов 25х25 мм;
  • толстый скотч;
  • спирт для обезжиривания;
  • акриловый электроизоляционный лак. Альтернативный вариант — обычное средство для ногтей.

Дополнительно можно подготовить powerbank для накопления солнечной энергии, но это необязательно.

Пошаговая инструкция

Процесс сборки батареи можно разбить на несколько этапов. Первым делом необходимо смастерить раскладную солнечную панель так, чтобы она выглядела как гармошка. Алгоритм действий:

  1. Нижняя часть первой панели обезжиривается спиртом и переворачивается.
  2. Сверху укладывается вторая панель, обезжиривается с одной стороны и приклеивается к нижней скотчем через стык.
  3. Поверх кладется третья панель и также приклеивается к нижней, но с другой стороны. В итоге, должна получится гармошка.
  4. Скотч клеится на лицевую сторону. Таким образом соединяются все элементы. Важный нюанс: сначала следует приклеить клейкую ленту к скотчу, которым соединялись обратные стороны солнечных панелей, затем — разгладить по поверхностям.

Следующим этапом нужно подсоединить провода:

  1. Лудятся площадки, к ним припаиваются провода.
  2. Панели соединяются параллельно, все минусы одним проводом, плюсы — другим.
  3. Общие провода выводятся за пределы солнечной пластины.
  4. На месте сгиба провода загибаются параллельно панелям. Если пропустить этот шаг, после очередного закрытия и открытия они могут порваться.
  5. Все провода закрепляются скотчем.
  6. Контакты и места спайки проводов смазываются лаком.

Далее нужно подготовить преобразователь:

  1. От ненужного microUSB кабеля отрезается кусок 20 см в длину.
  2. Оставляются лишь красный и черный провод. Они зачищаются и припаиваются к преобразователю. Важно: если следить за дорожкой на плате, черный должен вести к минусу входа на прибор.
  3. Кончик фиксируется.
  4. Из короба для прокладки проводов изготавливается защитный корпус: крышка покрывается термоклеем, к ней приклеивается преобразователь. Порт USB должен выглядывать за край на 2-3 мм. Лишнее отрезается.
  5. Делается верхняя крышка. Из короба вырезается белая деталь, показанная на фотографии ниже. Выпирающие части станут заглушками, но в них нужно будет сделать отверстия.

Теперь осталось лишь соединить элементы:

  1. Преобразователь крепится к панели с помощью широкой полоски двустороннего скотча.
  2. Проводки из панели, расположенной посередине, зажимаются в клеммники. Если перепутать плюс и минус, то батарея не будет работать.
  3. Приспособление закрывается коробом.
  4. Щели заливаются термоклеем.

На этом изготовление прибора можно закончить, но лучше сделать батарею еще удобнее, создав подпорку. Для этого подойдет powerbank, на который клеится лента-липучка. Аналогичная — на панель. Приборы теперь будут работать сообща, и powerbank будет выступать одновременно и опорой, и накопителем солнечной энергии. Все, устройство готово.

Автолюбителей, заинтересованных в альтернативных источниках энергии, также может заинтересовать возможность установить на машину собственную гелиопанель для зарядки аккумулятора.

Технические характеристики

Складные солнечные панели для туризма обеспечат напряжение на выходе около 5 В, мощность составит 3,2 Вт. По факту, для зарядки смартфона необходимо провести 3-4 часа на солнце. Для зарядки powerbank придется подождать 14-15 часов.

Самодельная солнечная батарея — это удобный, компактный девайс, который пригодится каждому походнику или любителю путешествий. А если сделать прибор самостоятельно, то удастся значительно снизить стоимость.

Как сделать солнечную батарею, принцип ее работы, способы изготовления

Люди уже давно задумываются над тем, как можно получить электрическую энергию благодаря солнцу. Тогда возникает вопрос: «Как сделать солнечный коллектор?». Ведь если в доме у вас полно электрических приборов, это очень экономно. Особенно летом, когда солнце стоит круглый день. Вы можете сами сделать свою солнечную батарею, и на это не уйдет много денег – будет стоить 300–400 долларов. Взамен получите постоянный источник электроэнергии. Вам больше не придется беспокоиться о том, что ее отключат, и вы не сможете пользоваться электроприборами. Итак, чтобы разобраться, как сделать солнечную батарею, надо понять принцип ее работы. Тем более, если монтировать солнечную батарею придется в домашних условиях.

Что такое солнечная батарея, в чём принцип ее работы

По сути, солнечная батарея делает из получаемой от солнца энергии электрическую, благодаря специальным фотоэлектрическим преобразователям.

Весь суть работы основана на фотоэлектрическом эффекте. На фотоэлементы попадает свет от солнца, тем самым он выбивает незанятые электроны из последних орбит каждого из атомов, которые находятся на пластине из кремния. Затем этот свет становится переменным током, которым можно электрифицировать дом.

Принцип самостоятельного изготовления солнечной батареи

Так как самому сделать солнечную батарею? Чтобы изготовить гелиосистему своими руками, нужны:

  • Алюминиевый или деревянный каркас
  • Подложка, сделанная из ДВП
  • Обычное стекло или оргстекло
  • Диоды и проводники
  • Фотоячейки

Только одна самодельная солнечная батарея будет иметь около 36 элементов и для каждого нужно будет напряжение равное 0,5 вольт. Получается 18 вольт на одну солнечную панель.

Кстати, по причине хрупкости панели с ними нужно обращаться как можно аккуратней и по этой же причине желательно купить на несколько штук больше, дабы дома были запасные, если вдруг что-то случится.

Преимуществом самостоятельной сборки солнечной батареи является то, что вы можете сделать основу, а потом к ней уже добавлять мощность, закупая дополнительные элементы.

Большие батареи ни к чему, так как появятся сложности в их установке, выборе угла наклона. Тем более они, скорее всего, будут улавливать ветер, а это крайне небезопасно.

И, кстати, учтите, что 220 вольт обеспечить от солнца никак не сможете потому, что для этого потребуется батарея огромных размеров. Одна пластина сможет дать ток, напряжение которого будет составлять 0,5 В. Идеальный вариант – это если солнечный коллектор будет обладать напряжением 18 вольт, но для этого потребуется рассчитывать количество фотоэлементов. Изготовление солнечных панелей – труд не простой, но и не сложный. В данном случае нас интересует плоский солнечный коллектор.

Собираем каркас

Теперь приступим к решению вопроса: «Как собрать солнечную батарею собственного производства?».

Первое, что делают, когда изготавливают самодельные солнечные батареи, – создают своеобразную защитную оболочку – корпус. Сделать его можно при помощи уголков из алюминия или деревянных брусков. Если будет использоваться металлическая основа, то на какой-то из полок нужно будет при помощи напильника снимать фаску под углом в 45 градусов, вторая же полка будет отражаться под таким же углом. Детали каркаса, которые отрезаны, нужно будет скрутить, используя угольники, которые изготовлены из такого же материала. Когда рама будет готова, к ней при помощи силикона нужно приклеить специальное защитное стекло.

Делаем спайку пластин

Первое, что при этом нужно знать, – это то, что напряжение повышается при последовательном соединении, а ток, соответственно, при параллельном.

Кремниевые пластины нужно будет выложить на стекло так, чтобы между ними осталось небольшое расстояние – примерно 5 мм с каждой из сторон. Это нужно, чтобы не допустить расширения компонентов при температурном нагреве, так как нет радиатора. У преобразователей есть две дорожки – это, соответственно, плюс и минус. Детали придется соединить последовательным образом в одну цепь. Проводники с последних радиодеталей нужно будет вывести на общую шину.

Чтобы батарея не разряжалась ночью сама, желательно установить диод Шоттки 31DQ0 на средний контакт.

Когда все элементы будут спаяны, проверьте показатель напряжения, который будет на выходе, мультиметром. Оно должно быть не менее 18–19 вольт.

Диодная солнечная батарея

Изготовление солнечных батарей в домашних условиях не ограничивается одним способом. Можно получать энергию от солнца при помощи диодов Д223Б. Они хороши, благодаря высокому вольтажу и стеклянному корпусу.

Как сделать:

  1. Все радиодетали нужно сложить в специальную емкость и залить их ацетоном, где-то на несколько часов.
  2. Затем найдите неметаллическую пластину и разметьте ее для будущих компонентов, которые будут составлять источник питания.
  3. Используя мультиметр, отыскиваем плюс на каждом диоде и слегка загибаем его. Важно, чтобы диоды впаивались в вертикальном положении, таким образом удастся получить значительно большее напряжение генерации.

Вот так, в три этапа можно сделать солнечный коллектор своими руками.

Солнечная батарея из фольги

Как делается солнечная батарея из диодов, теперь понятно. Ещё хороший способ: можно сделать батарею из фольги. Но ее мощность будет ниже, чем у предыдущих методов.

Инструкция:

  1. Потребуется медная фольга площадью 45 кв. см. Ее нужно обезжирить.
  2. При помощи наждачной бумаги избавьтесь от оксидной пленки.
  3. Теперь нужно положить фольгу на горелку, мощность которой должна быть менее 1,1 кВт. Необходимо нагревать, пока не начнут появляться красно-оранжевые пятна.
  4. После этого нагревать нужно еще в течение получаса, чтобы образовалась оксидная пленка нужной толщины.
  5. Затем прожарку нужно остановить и дать остыть листу вместе с печкой.
  6. Остатки удалить проточной водой, но не сгибая лист
  7. Обрежьте с пластиковой бутылки объемом 2–2,5 литра горло и поместите туда два куска фольги. Они не должны соединяться. Закрепляются они специальным зажимом типа «Крокодил».
  8. К обработанному куску пойдет минус, а к другому – плюс.
  9. Теперь туда нужно залить раствор из соли. Его уровень должен быть чуть ниже верхней кромки электродов – примерно на 2,5 см. Готовится он из 2–4 столовых ложек соли.

Самодельная солнечная панель – это отличный выход. И как можно заметить, имеется много способов ее изготовить: солнечная батарея из транзисторов, солнечный коллектор из алюминиевых банок, из фольги, из диодов. И это еще далеко не все.  Собирать совсем несложно, если понимать принцип ее работы. Она, конечно, не сможет запитать целый дом или дачу, но в качестве дополнительного аккумулятора для зарядки телефона или другой мелкой техники вполне подойдет. Изготавливая солнечную батарею в домашних условиях, будьте очень аккуратны и четко соблюдайте все инструкции.

‘; blockSettingArray[0][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[0][«elementPlace»] = 2; blockSettingArray[1] = []; blockSettingArray[1][«minSymbols»] = 0; blockSettingArray[1][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[1][«text»] = ‘

‘; blockSettingArray[1][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[1][«elementPlace»] = 0; blockSettingArray[3] = []; blockSettingArray[3][«minSymbols»] = 1000; blockSettingArray[3][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[3][«text»] = ‘

Солнечная батарея | Сделай сам своими руками

Когда медь охладилась до комнатной температуры (это занимает приблизительно 20 минут), большая часть черной оксидной пленки уйдет. Легкое очищение Вашими руками под проточной водой удалит большинство маленьких кусочков. НЕ ПЫТАЙТЕСЬ отдирать неподдающиеся пятнышки и не сгибайте лист — можете повредить тонкий слой медной окиси,а как раз он нам и нужен 

Остальная часть сборки очень быстрая и простая. 

Обрежьте второй лист меди под размер с первым(нагретым).АККУРАТНО согните обе части,таким образом они войдут в пластмассовую бутылку, не касаясь друг друга. 

Прицепите «крокодильчики» к обеим пластинам. Соедините провод от чистой меди к плюсу,а провод от пластины с оксидом — к минусу. 

Теперь смешайте пару столовых ложек соли в небольшом количестве горячей воды из под крана. Размешивайте, пока вся соль не растворится. Аккуратно вылейте смесь в бутылку(где пластины), оставив примерно 2.5см от краёв пластин.

На фотографии выше готовая солнечная батарея В ТЕНИ,амперметр показывает приблизительно 6 милиампер.Но даже в темноте эта батарея будет давать несколько милиампер))

Эта фотография показывает батарею на свету, а амперметр показывает 34 милиампера,иногда батарея может дать и 50 милиампер,или даже больше. 

Как это работает? 

Оксид меди — полупроводник. Он является промежуточным проводником, где электричество может течь свободно, и изолятор, где электроны сильно связаны с их атомами и не текут свободно. 

В полупроводнике есть промежуток, названный запрещенной зоной между электронами, которые связаны сильно с атомом, и электронами, которые более далеки от атома, который может переместиться свободно и провести электричество. 

Электроны не могут остаться в запрещенной зоне. Электрон может дать только немного энергии и переехать от ядра атома в запрещенную зону. Электрон должен получить достаточно энергии переместиться дальше от ядра, за пределами запрещенной зоны. 

Точно так же электрон вне запрещенной зоны не может проиграть немного энергии и упасть только немного ближе к ядру. Это должно потерять достаточно энергии упасть мимо запрещенной зоны в область, где можно электронам. 

Когда солнечный свет поражает электроны в оксиде меди, некоторые из электронов получают достаточно энергии от солнечного света, чтобы подскочить мимо запрещенной зоны и стать свободными провести электричество. 

Свободные электроны перемещаются в солёную воду, затем в чистую медную пластину, в провод, через амперметр, и назад к окисленной пластине. 

Поскольку электроны перемещаются через амперметр, мы видим работу(ампер). Когда тень падает на солнечную батарею, электроны движутся медленнее и милиампер меньше. 

Примечание об энергии. 

батарея производит 50 милиампер в 0.25 вольт. 

Это 0.0000125 ватта (12.5 микроватт). 

Не пытайтесь зажечь лампочку)))понадобились бы акры батарей,чтобы осветить дом.Наша модель — экспериментальная и может использоваться как датчик света. 

0.0000125 ватта (12.5 микроватт) для батареи на 0.01 квадратных метра, или 1.25 милливатт за квадратный метр. Чтобы осветить лампочку на 100 ватт, потребовалось бы 80 000 квадратных метров оксида меди для освещенной солнцем стороны, и 80 000 квадратных метров меди для темного электрода. Чтобы управлять печью на 1 000 ватт, вам нужно было бы бы в 800 000 квадратных метров оксида меди, и другого 800 000 квадратных метров простой меди, или 1 600 000 квадратных метров все вместе. Если бы это должно былокрепиться на крыше дома, каждый дом был бы 282 метра длиной и 282 метра шириной, принимая все, для чего они нуждались в электричестве, была одна печь. 

В 1 600 000 квадратных метров есть 17 222 256.7 квадратных футов. Если бы медь, покрывающая затраты 5$ за квадратный фут, одна только медь, стоила бы USD за 86 110 283,50$. Делая это одна десятая толщина может снизить это к 8 611 028,35$. Так как Вы покупаете оптом, Вы могли бы получить это для половины этого, или приблизительно 4 300 000,00$. 

Если бы Вы использовали кремниевые солнечные группы, стоящие 4$ за ватт, то Вы могли бы управлять той же самой печью за 4 000,00$. Но группы только составили бы приблизительно 10 квадратных метров. 

Или за приблизительно доллар Вы можете построить солнечную печь из алюминиевой фольги и картона. Приблизительно за 20$ Вы можете построить очень хорошую полируемую алюминиевую параболическую солнечную плиту.

Плоская солнечная батарея 

Я сделал более портативную версию солнечной батареи в плоской форме. Я использовал прозрачную пластмассовую крышку обложки CD-диска как окно и силиконовый клей(можно обычный герметик)чтобы и приложить части вместе и изолировать их друг от друга.

Сначала делаем из меди оксид,как в первой части.Припаиваем к углу оксидной пластины изолированный медный провод,это будет минус(отрицательный полюс).

Положительная пластина — U образно вырезанный кусок чистой меди по размеру чуть больше оксидной(далее на картинках поймётё как)))к её углу припаиваем провод,на этот раз плюс. 

Сначала приклеиваем медную пластину U к пластмассовому окну. Используйте много силиконового клея, таким образом солёная вода не будет просачиваться. Удостоверьтесь, что паяное соединение или полностью покрыто клеем, или за пределами клея U, как показано в фотографии (полностью покрытый клеем лучше). 

Фотография ниже показывает заднюю сторону солнечной батареи (сторона, не оказывающаяся перед солнцем).

Фотография ниже показывает переднюю сторону солнечной батареи (сторона, которая будет стоять перед солнцем). Заметьте, что силиконовый клей полностью не покрывает меди, так как часть меди должна в конечном счете быть в контакте с солёной водой.

Мажем клеем пластину чистой меди. Этот слой будет действовать как изолятор между чистой медной пластиной и оксидной пластиной, и должен быть достаточно толстым, чтобы оставить небольшое пространство для солёной воды. Снова, не вся медь покрыта, таким образом будет много меди в контакте с водой. 

Аккуратно приклейте оксидную пластину на этот слой. Вы должны нажать достаточно сильно, чтобы удостовериться, что клей окружает любые промежутки, но не настолько сильно, что эти две пластины соприкоснутся. 

Фотография ниже показывает заднюю сторону солнечной батареи (сторона, не оказывающаяся перед солнцем).

Фотография ниже показывает переднюю сторону солнечной батареи (сторона, которая будет стоять перед солнцем). Отметьте, что я добавил дополнительный клей, чтобы сформировать трубу сверху, чтобы было как заливать солёную воду.

На фотографии не показана дополнительная обмазка клеем по периметру,чтобы вода никак не могла просочиться,но вы должны её сделать. Дайте клею высохнуть прежде чемм приступать к следущему шагу. 

Затем, используйте большую пипетку, чтобы добавить солёную воду. Заполните батарею почти до вершины медной пластины, чтобы вода почти выливалась. Затем запечатайте отверстие каплей клея и позвольте клею ввысыхать по крайней мере полчаса.

На фотографии выше вы можете видеть плоскую солнечную батарею в действии на ярком солнце. Она даёт примерно 36 микроампер. Вы можете также видеть дополнительную бусинку клея вокруг краев пластин, и заполнение вершины трубы.

Наконец, на другой фотке тень автора. Отметьте, что амперметр теперь показывает приблизительно 4 микроампера, так как никакой солнечный свет не падает на него.

Источник: samodelka.ucoz.ru

Блог — Экологические новости — Как сделать солнечные батареи своими руками

С каждым днем выбросы углекислоты и токсичных веществ в атмосферу увеличивается, токсичные вещества вырабатываются при сгорании ископаемого топлива, вследствии чего постепенно уничтожают нашу планету. Поэтому внедрение «зеленой энергии», у которой вовсе отсутствует негативное влияние на окружающую среду, уже закрепила себя как базой основ новых электротехнологий. Одной из основ таких технологий получения экологически чистой электроэнергии это технология которая преобразует солнечнй свет в электроэнергию. Далее пойдет речь о солнечных батареях, а так же их возможности в собственном доме.
В нынешнее время электроустановки в виде солнечных батарей изготовленных в промышленных условиях, используются для полного и частичного энергообеспчения и теплообеспечения дома, и стоят в районе 15-20 тысячь долларов при гарантии работы 25 лет.
Гелиосистемы разделяют на теплообеспечения и энергообеспечения. В случае теплообеспечения используются технологии солнечного коллектора. В случае энергообеспечения происходит фотоэлектрический эффект, с помощью которого происходит генерация электричества в солнечных батареях. Далее я опишу технологию ручной сборки солнечной батареи.
Технология ручной сборки солнечной батареи вовсе не сложна и даже очень проста и доступна всем. Почти каждый человек может собрать солнечные батареи с относительно высоким КПД при давольно низких затратах. Это экологично, выгодно, доступно и в последнее время модно.

Выбор солнечных элементов для солнечной панели

Приступив к созданию солнечной электростанции, нужно учитывать, что при ручной сборке солнечных батарей нет нужды сразу собирать полнофункциональную солнечную электростанцию, её в будущем можно будет наращивать. Если первый эксперемент ручной сборки оказался положительным, то после имеет смысл увеличить функциональность солнечнойэлектростанции.

Прежде всего нужно знать что такое солнечная батарея, солнечная батарея — это прежде всего генератор, который работает на основе фотоэлектрического эффекта и преобразует солнечную тепловую энергию в электрическую энергию. Кванты света, которые вырабатывает солнце, попадают на кремниевую пластину и выбивает электрон с последней атомной орбиты кремния. Данный эффект создает большое количество свободных электронов, которые образуют поток электрического тока.

Перед тем как приступить к сборке солнечной батареи нужно сделать выбор в типе фотоэлектрического преобразователя. Фотоэлектрические преобразователи: монокристаллические, поликристаллические и аморфные. Для ручной сборки солнечной батареи чаще всего выбирают легко доступные в продаже поликристаллические и монокристаллические солнечные модули.


Солнечные панели из поликристаллического кремния имеют достаточно низкий КПД от 7 до 9%, но этот недостаток компенсируется тем, что поликристаллические панели практически не понижают КПД при облачной и пасмурной погоде, гарантийная работоспособности поликристаллических элементов составляет примерно 10 лет. Солнечные панели на основе элекментов монокристаллического кремния имеют более высокий КПД около 13% и сроки работоспособности приблезительно 25 лет, но монокристаллические элементы сильно понижают мощность при отсутствии прямого попадения солнечного света. Величина КПД кристаллов кремния может существенно изменятся от разных производителей . На практике работы солнечных электростанций в полевых условиях можно сказать о сроке службы монокристаллических панелей более 30 лет, а для поликристаллических модулей — более чем 20 лет. Причем за весь период эксплуатации потеря мощности у кремниевых монокристалических и поликристаллических модулей составляет не более 10 процентов, а у тонкопленочных аморфных модулей только за первые два года мощность может снизится на 10-40%.

Набор Solar Cells можно приобрести на аукционе Еbay для сборки солнечной батареи из 36 и 72 солнечных элементов. Эти наборы так же доступны в продаже в Украине и в России. Зачастую, для ручной сборки солнечных батарей используются солнечные модули В-типа, это те модули, которые отбраковали на промышленном производстве. Они не теряют своих эксплуатационных показателей, но зато намного дешевле.
 
 
Разработка проекта гелиевой энергосистемы

Проектирование задуманной солнечной электростанции зависит от способа её монтажа и установки. К примеру солнечные батареи должны устанавливаться под определенным наклоном, чтобы обеспечить прямое попадание солнечных лучей под перпедикулярным углом. КПД солнечной панели так же зависит от интенсивности световой энергии, а также зависит от угла попадания солнечных лучей.
Смотреть сверху вниз: Монокристаллические солнечные панели (по 80 ватт) на даче установлены практически вертикально (зима). Монокристаллические солнечные панели на даче имеют меньший угол (весна)ю Механическая система управления углом наклона солнечной батареи.

Промышленные солнечные панели очень часто снабжены специальными датчиками, которые обеспечивают движение солнечных панелей по направлению движения солнечных лучей, что очень увеличивает стоимость солнечных панелей. Но так же тут может быть применено ручное механическое управление углом наклона солнечных панелей. В зимнее время солнечные панели должны быть практически вертикальными, чтобы исключить налегание снега на солнечных панелях.

Схема расчета угла наклона солнечной панели в зависимости от времени года

Солнечные батареи следует устнавливать с солнечной стороны вашего дома, чтобы за световой день пребывание солнечных лучей на солнечных батареях было максимально. В зависимости от географического расположения вашего дома и времени года вычисляется оптимальный угол наклона для вашего месторасположения.

Выбор оптимального статического угла наклона для кровельной солнечной системы монокристаллического типа

При сооружении солнечных панелей можно выбирать самые разные материалы по массе и другим характеристикам. Но при выборе материалов следует учитывать максимально допустимые температуры нагрева материалов, т.к. при работе солнечных модулей на полную мощность температура не должна превышать 250 градусов по цельсию. При пиковой температуре солнечные модули теряют свою функцию производства электрического тока.
Готовые гелиосистемы зачастую не предпологают охлаждения солнечных модулей. Ручное изготовление может включать в себя охлаждение гелиосистемы и управление углом наклона солнечных панелей для регулировки температуры модуля, а так же выбор прозрачного материала, который будет поглощать ИК-излучение.

Как показали расчеты, в ясный солнечный день из 1 метра солнечных панелей можно получить 120 Вт мощности, но этого не хватит чтоб запустить даже компьютер. Солнечные панели размером в 10 метров производит уже более 1кВт электроэнергии, что позволит снабдить электроэнергией светильники, телевизоры и ваш компьютер. Для обычной семьи 3-4 человека необходимо около 300 кВт в месяц, поэтому солнечные панели должны быть размеров 20м, при условии что солнечные панели будут установлены с солнечной стороны вашего дома.
Для уменьшения месячного электропотребления советую использовать для освещения вместо обычных лампочек, светодиодые лампочки.

Изготовление каркаса солнечной батареи

Для изготовления корпуска солнечной панел в основном используют алюминиевые уголки. В интернет магазинах можно приобрести уже готовые корпуса для солнечных батарей. А так же для изготовления корпуса солнечной панели выбирают по желанию прозрачное покрытие.

Комплект рамы со стеклом для солнечной батареи, примерная стоимость от 33 долларов

При выборе прозрачного материала можно опиратся на следущие характеристики материалов:

Если в качестве критерия выбора рассматривать показатель преломления солнечного света, то самый минимальный коэффициэнт у плексиглас, более дешевый вариант это обычное стекло, менее подходящий это поликарбонат. Но в продаже сейчас имеется поликарбонат с антиконденсатным покрытием, что обеспечивает качественный уровень термозащиты.

Важно про изготовлении солнечных панелей выбирать прозрачные материалы которые не пропускают ИК-спектр, что снизит нагревание кремниевых элементов.

Схема поглощения УФ и ИК излучения различными стеклами. а) обычное стекло, б) стекло с ИК-поглощением, в) дуплекс с термопоглощающим и обычным стеклом.

Защитное силикатное стекло с оксидом железа обеспечивает максимальное поглощение ИК-спектра. ИК-спектр хорошо поглощает любое минеральное стекло, а так же минеральное стекло более устойчиво к повреждениям, но в тоже время является очень дорогим и недоступным.

Так же зачестую для солнечных панелей применяют специальные антибликовые сверхпрозрачные стекла, которые пропускают до 98% спектра.

Солнечная панель в корпусе из оргстекла

Монтаж корпуса солнечной батареи

В данном случае будет показано изготовление солнечной панели из 36 поликристаллических солнечных модулей размером 81х150мм. Отсюда вычисляем размеры будущей солнечной панели. Важно при расчете между модулями оставлять небольшое расстояние, которое может менятся при воздействии атмосферных воздействий, т.е. оставляйте между модулями примерно 3-5мм. В итоге получим размер заготовки 835х690мм при ширине уголка 35мм.




Самодельная солнечная батарея изготовленная вручную, сделанная с использованием алюминиевого профиля, очень похожа на солнечную панель фабричного изготовления. При этом обеспечивается высокая степень герметичности и прочности конструкции.
Для изготовления берем алюминиевый уголок, и выполняем заготовки рамки 835х690 мм. Чтобы можно было провести крепление метизов, в раме следует сделать отверстия.
На внутреннюю часть уголка дважды наносим силиконовый герметик.
Важно чтобы не было незаполненных мест. От качества нанесения герметика зависит герметичность и долговечность батареи.
Далее в раму кладется прозрачный лист из выбранного материала: поликарбоната, оргстекла, плексигласа, антибликового стекла. Важно силикону дать высохнуть на открытом воздухе, иначе испарения создадут пленку на элементах.
Стекло требуется тщательно прижать и зафиксировать.
Для надежного крепления защитного стекла используем метизы. Нужно закрепить 4 угла рамки и по периметру разместить два метиза с длинной стороны рамки и по одному метизу с короткой стороны.
Метизы фиксируются при помощи шурупов.
Каркас солнечной батареи готов. Важно перед креплением солнечных элементов, нужно очистить стекло от пыли.

Подбор и пайка солнечных элементов

В данное время в интернет магазинах представлен огромный ассортимент изделий для самостоятельного изготовления солнечных батарей.

Набор Solar Cells включает комплект из 36 поликристаллических кремниевых элементов, проводники для элементов и шины, диоды Шотке и карандаш с кислотой для паяния

Из-за того что солнечная батарея, сделанная своими руками, ориентировочно в 4 раза дешевле заводской готовой, собственное изготовление — это огромная экономия средств. В интернет магазинах можно приобрести солнечные модули, элементы с дефектами, при этом они не теряют своей функциональности, но придется пожертвовать внешним видом солнечной батареи.

Поврежденные фотоэлементы не теряют своей функциональности

Если вы впервые занимаетесь изготовлением солнечных батарей, то лучше приобретать наборы для изготовления солнечных панелей, в продаже имеются солнечные элементы с припаянными проводниками. Так как пайка контактов — это достаточно сложный процесс, сложность заключается в хрупкости солнечных элементов.

Если вы купили кремниевые элементы без проводников, то в первую очередь необходимо провести пайку контактов.



Так выглядит поликристаллический кремниевый элемент без проводников.
Проводники нарезаются с помощью картонной заготовки.
Необходимо аккуратно положить проводник на фотоэлемент.
На место припаивания нанести кислоту для паяния и припой. Проводник для удобства фиксируется с одной стороны тяжелым предметом.
В таком положении необходимо аккуратно припаять проводник к фотоэлементу. Во время пайки нельзя нажимать на кристалл, потому что он очень хрупкий.

Пайка элементов для солнечных панелей — это весьма кропотливая работа. Если с первого раза не удастся получить нормального соединения, то нужно повторить работу. По нормативам серебряное напыление на проводнике должно выдерживать 3 цикла пайки при допустимых тепловых режимах, на практике сталкиваешься с тем, что напыление разрушается. Разрушение серебряного напыления происходит из-за использования паяльников с нерегулируемой мощностью (65Вт), этого нужно избегать, можно уменьшить мощность паяльника таким образом — для этого нужно последовательно с паяльником включить патрон с лампочкой в 100 Вт. Помните, что номинальная мощность  паяльника  нерегулируемого слишком большая для пайки кремниевых контактов.

Если вам продавцы проводников будут говорить, что припой на соединителе имеется, но вы его лучше нанесите дополнительно. Во время пайки будьте аккуратны, при минимальном усилии солнечные элементы лопаются, а так же не нужно складывать солнечные элементы пачкой, от массы нижние элементы могут треснуть.

Сборка и пайка солнечной батареи
При первой ручной сборке солнечной батареи лучше воспользоваться разметочной подложкой, которая поможет расположить элементы ровно на некотором расстоянии друг от друга (5 мм).

Разметочная подложка для элементов солнечной батареи

Основа выполняется из листа фанеры с маркированием уголков. После пайки на каждый элемент с обратной стороны крепится кусок монтажной ленты, достаточно прижать заднюю панель к скотчу, и все элементы переносятся.

Монтажная лента, использованная для крепления, с обратной стороны солнечного элемента

При данном типе крепления сами элементы дополнительно не герметизируются, они могут свободно расширяться под действием температуры и это не приведет к повреждению солнечной батареи и разрыву контактов и элементов. Герметизации поддаются только соединительные части конструкции. Такой вид крепления больше подходит для опытных образцов, но вряд ли может гарантировать долгосрочную эксплуатацию в полевых условиях.

Последовательный план сборки батареи выглядит так:

Выкладываем элементы на стеклянную поверхность. Между элементами должно быть расстояние, что предполагает свободное изменение размеров без ущерба конструкции. Элементы нужно прижать грузами.

Пайку производим по приведенной ниже электросхеме. «Плюсовые» токоведущие дорожки размещены на лицевой стороне элементов, «минусовые» — на обратной стороне.
Перед пайкой нужно нанести флюс и припой, после аккуратно припаять серебряные контакты.

По такому принципу соединяются все солнечные элементы.

Контакты крайних элементов выводятся на шину, соответственно, на «плюс» и «минус». Для шины используется более широкий серебряный проводник, который имеется в наборе Solar Cells.
Рекомендуем также вывести «среднюю» точку, с ее помощью ставятся два дополнительных шунтирующих диода.

Клемма устанавливается также с внешней стороны рамы.

Так выглядит схема подключения элементов без выведенной средней точки.

Так выглядит клеммная планка с выведенной «средней» точкой. «Средняя» точка позволяет на каждую половину батареи поставить шунтирующий диод, который не даст батарее разряжаться при снижении освещения или затемнении одной половины.

На фото показан шунтирующий диод на «плюсовом» выходе, он противостоит разрядке аккумуляторов через батарею в ночное время и разрядке других батарей во время частичного затемнения.
Чаще в качестве шунтирующих диодов используют диоды Шотке. Они дают меньшую потерю на общей мощности электрической цепи.
В качестве токовыводящих проводов может быть использован акустический кабель в силиконовой изоляции. Для изоляции можно применить трубки из-под капельницы.
Все провода должны быть прочно зафиксированы силиконом.

Элементы могут быть соединены последовательно (см. фото), а не посредством общей шины, тогда 2-й и 4-й ряд необходимо повернуть на 1800 относительно 1-го ряда.

Основные проблемы сборки солнечной панели связаны с качеством пайки контактов, поэтому специалисты предлагают перед герметизацией панели ее протестировать.

Тестирование панели перед герметизацией, напряжение сети 14 вольт, пиковая мощность 65 Вт

Тестирование можно делать после пайки каждой группы элементов. Если вы обратите внимание на фотографии в мастер-классе, то часть стола под солнечными элементами вырезана. Это сделано намеренно, чтобы определить работоспособность электрической сети после пайки контактов.

Герметизация солнечной панели

Герметизация солнечных панелей при самостоятельном изготовлении — это самый спорный вопрос среди специалистов. С одной стороны, герметизация панелей необходима для повышения долговечности, она всегда применяется при промышленном изготовлении. Для герметизации зарубежные специалисты рекомендуют использовать эпоксидный компаунд «Sylgard 184», который дает прозрачную полимеризованную высокоэластичную поверхность. Стоимость «Sylgard 184»  составляет около 40 долларов.

Герметик с высокой степенью эластичности «Sylgard 184»

Но с другой стороны, если вы не хотите тратить дополнительные деньги, то вполне можно задействовать силиконовый герметик. Однако в этом случае не стоит полностью заливать элементы, чтобы избежать их возможного повреждения в процессе эксплуатации. В таком случае элементы к задней панели можно прикрепить при помощи силикона и герметизировать только края конструкции.  

Перед началом герметизации необходимо подготовить смесь «Sylgard 184».

Сначала заливаются места стыков элементов. Смесь должна схватиться, чтобы закрепить элементы на стекле.

После фиксации элементов делается сплошной полимеризирующий слой эластичного герметика, распределить его можно с помощью кисточки.

Так выглядит поверхность после нанесения герметика. Герметизирующий слой должен просохнуть. После полного высыхания можно закрыть солнечную батарею задней панелью.

Так выглядит лицевая сторона самодельной солнечной панели после герметизации.

Схема электроснабжения дома

Систему электроснабжения дома с использованием солнечных батарей принято называть фотоэлектрическими системами, т.е. системами, генерирующими энергию с использованием фотоэлектрического эффекта. Для собственных жилых домов рассмотрены три фотоэлектрические системы: автономная система энергообеспечения, гибридная батарейно-сетевая фотоэлектрическая система, безаккумуляторная фотоэлектрическая система, подключенная к центральной системе энергоснабжения.

Каждая из вышеперечисленных систем имеет свое предназначение и преимущества, но наиболее часто в жилых домах применяют фотоэлектрические системы с резервными аккумуляторными батареями и подключением к централизованной энергосети. Питание электросети осуществляется при помощи солнечных батарей, в темное время суток от аккумуляторов, а при их разрядке — от центральной энергосети. В труднодоступных районах, где нет центральной сети, в качестве резервного источника энергоснабжения используются генераторы на жидком топливе.

Более экономной альтернативой гибридной батарейно-сетевой системе электроснабжения будет безаккумуляторная солнечная система, подсоединенная к центральной сети энергоснабжения. Электроснабжение осуществляется от солнечных батарей, а в темное время суток сеть питается от центральной сети. Такая сеть более применима для учреждений, потому что в жилых домах большая часть энергии потребляется в вечернее время.

Схемы трех типов фотоэлектрических систем

Рассмотрим типичную установку батарейно-сетевой фотоэлектрической системы. В качестве генератора электроэнергии выступают солнечные панели, которые подсоединены через соединительную коробку. Далее в сети устанавливается контроллер солнечного заряда, чтобы избежать короткого замыкания при пиковой нагрузке. Электроэнергия накапливается в резервных батареях-аккумуляторах, а также подается через инвертор на потребители: освещение, бытовую технику, электроплиту и, возможно, используется для нагревания воды. Для установки системы отопления эффективнее применять гелиоколлекторы, которые относятся к альтернативной гелиотехнологии.

Гибридная батарейно-сетевая фотоэлектрическая система с переменным током

Существует два типа электросетей, которые используются в фотоэлектрических системах: на базе постоянного и переменного тока. Использование сети переменного тока позволяет размещать электропотребители на расстоянии, превышающем 10–15 м, а также обеспечивать условно-неограниченную нагрузку сети.

Для частного жилого дома обычно используют следующие комплектующие фотоэлектрической системы:
-суммарная мощность солнечных панелей должна составлять 1000 Вт, они обеспечат выработку около 5 кВт ч;
-аккумуляторы с общей емкостью в 800 А/ч при напряжении 12 В;
-инвертор должен иметь номинальную мощность 3кВт с пиковой нагрузкой до 6 кВт, входное напряжение 24–48 В;
-контроллер солнечного разряда 40–50 А при напряжении в 24 В;
-источник бесперебойного питания для обеспечения кратковременного заряда с током до 150 А.

Из этого следует, что для фотоэлектрической системы электроснабжения понадобится 15 панелей на 36 элементов, пример сборки которых описан выше. Каждая солнечная панель дает суммарную мощность в 65 Вт. Более мощными будут солнечные батареи на монокристаллах. Например, солнечная панель из 40 монокристаллов имеет пиковую мощность 160 Вт, однако такие панели чувствительны к пасмурной погоде и облачности. В этом случае солнечные панели на базе поликристаллических модулей оптимальны для использования.

Как изготавливаются солнечные панели?

Хотя солнечные панели выполняют сложную работу по выработке солнечной энергии от солнца, построить солнечную панель довольно просто, если она построена профессионально на хорошо управляемом заводе. Основными компонентами солнечной панели являются солнечные элементы, кремний, металл и стекло. Каждый из этих компонентов затем компилируется в солнечную панель, которая может генерировать возобновляемую энергию.

Позвольте нам провести вас через пошаговый процесс изготовления солнечных панелей, от фотоэлектрических элементов до рамы, прежде чем они будут отправлены подрядчиком для установки на вашей крыше.

Сколько можно сэкономить на ежемесячных счетах, перейдя на солнечную энергию?

Где производятся солнечные батареи?

Производителей солнечных панелей можно найти во многих странах, от США до Европы, но большинство солнечных панелей производятся в разных странах Азии. Как и во многих других отраслях, перенос производства в страны с более низкой стоимостью рабочей силы стал в последние годы стандартной практикой.

Но многие панели более высокого качества производятся в США.S., чтобы можно было тщательно контролировать качество каждого процесса на этапах производства.

Давайте рассмотрим несколько примеров солнечных панелей, чтобы получить представление о местах производства. Бренды высшего качества включают Panasonic и Mission Solar. Солнечные панели Panasonic производятся в США и Малайзии, а Mission Solar производится строго в США

.

Jinko Solar, менее дорогая компания по производству солнечных панелей, чем Panasonic или Mission Solar, производит свои солнечные панели в Китае.В то время как другая менее известная компания, Candian Solar, производит свои панели в Канаде.

Сырье, из которого состоит солнечная панель, не обязательно производится в одном и том же месте, поскольку цепочки поставок могут проходить через многие страны. Хотя солнечные панели производятся во всем мире, у вас есть выбор из множества вариантов, произведенных в США.

Из чего сделаны солнечные панели?

На самом базовом уровне ключевыми компонентами солнечной панели являются солнечные фотоэлементы, поликремний или кремний, металл и стекло.Наиболее важным компонентом являются солнечные элементы, которые преобразуют солнечный свет в полезную энергию. Солнечные элементы являются фотоэлектрическим (PV) компонентом солнечных панелей, что означает, что они производят энергию от солнца.

Солнечные элементы

изготовлены из кремния и защищены листом стекла над панелями, что позволяет фильтровать солнечные лучи. Под воздействием солнечного света солнечные элементы из диоксида кремния генерируют электрический ток, который затем преобразуется в полезную переменную электроэнергию с помощью инвертора.

Солнечные элементы собраны с использованием проводов, передающих электричество. Эта проводка припаивается к элементам, которые затем собираются между защитным листом и стеклом, защищающим элементы. Вся панель держится на металлическом каркасе.

Это слишком упрощенный процесс изготовления солнечных панелей, поэтому давайте разберем процесс производства шаг за шагом для лучшего понимания.

Шаг 1: Создайте солнечные кремниевые элементы p-типа или n-типа, то есть положительно или отрицательно заряженные.Кремниевые элементы P-типа были традиционной структурой солнечных элементов. Кремниевый элемент р-типа построен на положительно заряженной основе, то есть нижний слой смешан с бором, а нижний слой смешан с фосфором.

А вот ячейка n-типа построена противоположно, в основе которой лежит фосфор. Основное отличие состоит в том, что элементы n-типа обладают большей эффективностью, и на них не влияет вызванная светом деградация или снижение выходной мощности при воздействии сильного солнечного света.

Солнечные элементы

изготавливаются из кристаллического кремния, который расплавляется и смешивается с галлием или бором, образуя пластины, называемые слитками кремния.Затем к кремнию добавляют фосфор, и вместе с галлием или бором эти вещества придают кремнию его электрические свойства.

Затем кремниевый слиток разрезают на тонкие листы, на которые наносят антибликовое покрытие, чтобы улавливать солнечный свет, а не отражать его от панелей. Затем в клетки врезаются тонкие линии, чтобы улавливать и перемещать электрический ток внутри клетки.

Солнечные элементы становятся полупроводниками электричества, которое генерируется фотогальваническим эффектом, когда фотоны солнечного света поглощаются, а электроны дрейфуют внутри солнечных элементов для создания энергии.

Монокристаллические солнечные панели формируются из одного фрагмента кремния, но для поликристаллических панелей многие фрагменты кремния сплавляются вместе в один большой лист, чтобы сформировать кремниевые пластины для солнечной панели.

Шаг 2: Спаяйте солнечные элементы вместе, чтобы сформировать одну панель, обычно 60 или 72 солнечных элемента образуют одну панель

Шаг 3: Установите задний лист, который защищает нижнюю часть солнечных элементов

Шаг 4: Установите переднее стекло.Это позволяет свету проникать в солнечные элементы и обеспечивает защитный слой

.

Шаг 5: Запечатайте металлическую рамку вокруг панели силиконом, чтобы сплавить все слои вместе

Шаг 6: Установите распределительную коробку, защищающую электрические провода солнечной панели от повреждений

Шаг 7: Испытание солнечной панели на качество и прочность перед отправкой для использования

После проверки качества солнечных панелей они готовы к отправке и установке в домах или для использования на солнечных фермах.Процесс производства различных типов солнечных панелей очень похож, но есть несколько типов солнечных панелей, и у каждого типа есть свои сильные стороны.

Какие типы солнечных панелей существуют?

Тонкопленочные, монокристаллические и поликристаллические панели являются основными типами солнечных панелей, доступных для покупки.

Основными типами солнечных панелей являются монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные панели.

Разница между моно- и поли-панелями заключается в том, что монокристаллические кремниевые панели изготавливаются с солнечными элементами из одного кристалла кремния, а поликристаллические кремниевые панели изготавливаются путем сплавления нескольких кристаллов кремния вместе.

Поскольку они сделаны из монокристалла кремния, монокристаллические панели более эффективны, но более дороги, чем поликристаллические панели. Их основные отличия заключаются в эстетической привлекательности, стоимости и эффективности, но любой из этих вариантов является хорошим выбором для вашей домашней солнечной системы.

Обратитесь к установщику солнечных батарей, чтобы определить, какой тип панели лучше всего подходит для вашего дома

Тонкопленочные солнечные панели на самом деле используются только для проектов коммунального масштаба в солнечной промышленности, потому что это панели с очень низким КПД.Из-за этого вам нужно их много, чтобы вырабатывать электроэнергию.

В отличие от монокристаллических и поликристаллических панелей, тонкопленочные панели состоят не из солнечных элементов, а изготавливаются путем нанесения тонкого слоя фотогальванического вещества, такого как аморфный кремний или теллурид кадмия, на твердую поверхность подложки, такую ​​как стекло.

Хотя производственный процесс тонкопленочных панелей делает их более дешевыми и простыми в установке, они не используются для домашних солнечных установок, поскольку они не так долговечны и эффективны.

Проверка качества новых солнечных панелей

В течение всего производственного процесса материалы, из которых изготовлены панели, проверяются на наличие дефектов. Например, любые треснутые или изогнутые солнечные элементы выбрасываются.

После того, как солнечные панели изготовлены, они проходят тщательные испытания, чтобы убедиться, что они могут выдерживать суровые погодные условия, жару и нормальный износ. Кроме того, важно проверить, эффективно ли электрический ток проходит через панели.

Наконец, солнечные модули проверяются на прочность, чтобы убедиться, что они имеют низкую вероятность поломки из-за града или другого падающего мусора. Проверка качества солнечных панелей важна, чтобы убедиться, что они могут генерировать электроэнергию и прослужат вам весь срок службы.

Стоит ли делать собственные солнечные батареи?

Мы не рекомендуем делать солнечные панели самостоятельно, хотя может показаться, что собрать панель из всех необходимых материалов несложно. Ошибки при сборке собственных панелей, такие как разжигание огня, перевешивают преимущества солнечных панелей, сделанных своими руками.

Лучше всего полагаться на профессиональную солнечную технику, потому что она построена в соответствии со строгими стандартами и проверена на долговечность. Работа с профессиональным установщиком солнечных батарей — важный шаг к тому, чтобы убедиться, что ваши солнечные панели изготовлены из высококачественных материалов, которые будут обеспечивать солнечную энергию в течение 25-летней гарантии или более. Солнечные панели являются одним из лучших источников энергии для сокращения выбросов углекислого газа из ископаемого топлива, поэтому установка их в вашем доме — отличный способ стать частью будущего чистой энергии.

Нажмите здесь, чтобы найти местных специалистов по установке солнечных батарей

Ключевые блюда на вынос

  • Солнечные панели изготавливаются из кремния, стекла и металла. Кремний создает солнечные элементы, которые могут генерировать электричество от солнца.
  • Основными типами солнечных панелей являются монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные панели. Их производственный процесс немного отличается, что приводит к разной прочности для каждого типа панелей.
  • Солнечные панели производятся во всем мире, панели американского производства, как правило, самые дорогие, но они отличаются высоким качеством.

Солнечные панели более эффективны, чем вы слышали. Новые материалы могут сделать их еще лучше.

Возобновляемые источники энергии в последнее время занимают оборонительную позицию.После выхода « Planet of the Humans », скандального нового документального фильма об изменении климата, продюсером которого выступил Майкл Мур, группы, отрицающие климат ископаемого топлива, с новой силой критикуют ветровую и солнечную энергию, повторяя ошибочные, древние тезисы фильма о предполагается низкая производительность и ненадежность этих источников энергии.

Эти темы для обсуждения включают утверждение о том, что солнечная энергия крайне неэффективна, что демонстрирует директор Джефф Гиббс, посетив солнечную ферму в Мичигане, где фотогальванические панели преобразуют «чуть менее 8 процентов» энергии солнечного света в электричество.Но этот рейтинг эффективности, как пишет издание PV Magazine, посвященное фотоэлектрическим элементам, «из другой солнечной эры»: сегодняшние типичные кремниевые солнечные панели работают с эффективностью около 22 процентов. А новый кристаллический материал под названием перовскит вскоре может значительно поднять планку солнечной эффективности.

Солнечные фотоэлектрические элементы — отдельные блоки, образующие солнечную панель, как черепица на крыше — представляют собой пластинчатые устройства, сделанные из материалов, называемых полупроводниками, которые способны преобразовывать солнечный свет в электрическую энергию.Но даже самые лучшие полупроводники улавливают лишь часть падающего на них света. Солнечный свет охватывает широкий диапазон длин волн, и в зависимости от свойств полупроводника и конструкции элемента некоторая часть этого света отражается, некоторая часть проходит сквозь него, а некоторая часть поглощается, но преобразуется в тепло до того, как энергия может быть передана использовать. Разработка новых солнечных элементов, которые преобразуют большую часть поступающего солнечного света в электрическую энергию или имеют более высокую эффективность преобразования, говоря языком солнечной энергетики, является сегодня одной из наиболее активных областей исследований в области солнечной энергетики.

Перовскиты впервые привлекли внимание солнечного сообщества чуть более десяти лет назад, когда ученые обнаружили, что этот конкретный класс полупроводников обладает выдающейся способностью преобразовывать солнечный свет в энергию. Сегодня перовскиты находятся в центре усилий по разработке нового поколения тонкопленочных солнечных элементов, которые дешевле и примерно в четыре раза эффективнее, чем солнечная ферма, которую Гиббс посещает в Planet of the Humans . Поле движется быстро: в конце апреля U.Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США объявила о создании Консорциума по производству усовершенствованных перовскитов в США (US-MAP) для ускорения разработки технологий на основе перовскитов.

По словам директора US-MAP Джозефа Берри, консорциум позволит государственным исследователям, ученым и частным компаниям объединить ресурсы и умственные способности, чтобы преодолеть самое большое препятствие, стоящее перед коммерциализацией перовскитных солнечных элементов: сделать эти мягкие, легко разлагающиеся материалы более безопасными. прочный.

«Вот в чем проблема этой технологии», — сказал Берри Гристу.

Перовскит относится к любому соединению, которое имеет ту же кристаллическую структуру, что и минерал перовскит, также известный как титанат кальция. Перовскиты, в которых заинтересована солнечная промышленность, не добываются на Земле, а изготавливаются в лабораториях. Внутри этих синтетических или «гибридных» перовскитов смесь органических соединений, металлов и галогенидов (реактивных элементов, включающих хлорид, бромид и йод) заменяет кальций и титан в кристаллической решетке.Благодаря своей уникальной структуре и химическому составу гибридные перовскиты обладают сверхспособностями: они очень хорошо поглощают солнечный свет. «Они потрясающие с точки зрения эффективности преобразования энергии», — сказал Берри.

В то время как кремниевые солнечные элементы имеют максимальную потенциальную эффективность около 29 процентов, один слой перовскита теоретически может достичь эффективности ближе к 33 процентам. А путем синтеза перовскитов, чувствительных к различным частям спектра солнечного излучения, и объединения их для создания тандемной ячейки эффективность может быть повышена еще больше — потенциально выше 40 процентов, сказал Джао Ван де Лагемаат, руководитель центра химии и нанонауки в Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии.

«Это потребует огромного количества инженерных работ, — сказал Ван Де Лагемаат. Но некоторые исследователи уже продемонстрировали, что устройства с двумя слоями перовскитов более эффективны, чем солнечные элементы с одним перовскитом, сказал он. Традиционные кремниевые элементы можно сделать более эффективными, добавив в них перовскиты.

Мало того, что перовскиты по своей природе лучше собирают солнечный свет, чем кремний, потенциально дешевле массово производить солнечные элементы, основанные на них. В то время как кремниевые элементы производятся с помощью сложного процесса, включающего очистку кремния от кварца в высокотемпературной печи, перовскиты можно изготавливать при низких температурах, используя гораздо меньше энергии, из дешевых и легкодоступных ингредиентов.Компании уже работают над различными недорогими методами нанесения перовскитов на опорную поверхность, например на кусок стекла, чтобы превратить эту поверхность в тонкопленочный солнечный элемент. К ним относятся струйные принтеры, аэрозоли на основе перовскита и технологии производства с рулона на рулон, аналогичные тем, которые используются для печати газет.

Но, несмотря на всю их привлекательность, вы пока не можете купить перовскитовую солнечную панель, чтобы поставить ее на крышу. Причина? Простые в изготовлении перовскиты также легко разбираются .

«Материал сам по себе нестабилен», — сказал Летиан Доу, доцент кафедры химического машиностроения Университета Пердью.

Перовскиты

растворяются в воде и плохо выдерживают нагревание — и то, и другое представляет собой проблему, если вы пытаетесь изготовить устройство, которое будет работать на крыше десятилетиями. По словам Доу, когда солнечная панель нагревается на солнце, ее температура может достигать 160 градусов по Фаренгейту. При таких температурах ионы внутри перовскитов очень быстро перемещаются, вызывая деградацию молекулярной структуры.Даже при комнатной температуре может происходить некоторая «миграция ионов», создающая нестабильность в материале.

Однако новые исследования показывают, что перовскиты можно стабилизировать, изменив химический рецепт. Недавно Доу и его коллеги легировали перовскиты жесткой молекулой, называемой лигандом, что позволило материалу оставаться стабильным при температурах до 212 градусов по Фаренгейту. Исследование, опубликованное в прошлом месяце в Nature , является предварительным — испытания проводились в лабораторных масштабах и в течение нескольких дней, а не десятилетий, но это указывает на «многообещающее направление» для создания коммерчески готовых перовскитов, говорит Доу.В мартовском исследовании, опубликованном в Science , ученые из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии изготовили перовскиты, используя три галогенидных элемента вместо обычных двух, и обнаружили, что материал разлагается менее чем на 4 процента после 1000 часов непрерывной работы в солнечных условиях.

Берри говорит, что, когда в 2013 году Министерство энергетики (DOE) впервые начало исследовать применение перовскитов в солнечной энергетике, «время жизни измерялось порядка часов, может быть, десятков часов.И мы изменили его на три порядка. Но задача состоит в том, чтобы изменить еще на пару порядков».

Новый консорциум US-MAP стремится ускорить эти усилия, позволяя частным компаниям, государственным исследователям и ученым обмениваться новыми идеями и исследовательскими установками, а также поощряя их к объединению усилий для проведения более амбициозных испытаний. В то время как все организаторы-учредители вносят свои собственные исследовательские средства, консорциум планирует искать дополнительное финансирование у федеральных агентств, таких как Министерство энергетики, а также у различных государственных и местных правительственных программ и отраслевых партнеров.

«Идея в том, что мы хотим объединиться, — сказал Ван Де Лагемаат. «Существует довольно много исследований, которые можно провести коллективно, но которые не влияют на особый соус каждой отдельной компании, но действительно помогают продвигать вперед всю область».

Некоторые коммерческие партнеры US-MAP уже думают о том, как доставить в дикую природу первые солнечные панели из перовскита. Swift Solar, калифорнийский стартап, основанный в 2017 году, планирует объединить два разных слоя перовскитов в тандем для создания легких высокоэффективных солнечных элементов, которые первоначально будут продаваться для мобильных приложений, таких как дроны, спутники, а также системы освещения и кондиционирования воздуха. на грузовиках.Соучредитель Swift Solar Кевин Буш говорит, что автомобили — хорошее место для первого поколения перовскитных солнечных панелей, как потому, что мобильность в большом почете, так и потому, что мобильным рынкам «может потребоваться всего пять-десять лет стабильности, и это всего лишь намного проще пообещать это »прямо сейчас.

«Я думаю, что хорошо иметь рынки, которые изначально не так требовательны» с точки зрения долговечности, — сказал Буш, — «чтобы мы могли больше проверить технологию».

Ван де Лагемаат не думает, что перовскиты когда-либо полностью заменят кремний в мире солнечной энергетики.Но он действительно считает, что они будут играть «очень большую роль на рынке электроэнергии», отчасти потому, что повышение эффективности использования солнечной энергии и усовершенствование производства привели к резкому падению цен на солнечную энергию в последние годы. Хотя это снижение цен хорошо для потребителей, это также означает, что меньше денег можно инвестировать в новые заводы по производству кремниевых солнечных батарей, строительство которых обходится дорого. По его словам, технологии, требующие меньших предварительных капиталовложений, такие как перовскиты, в конечном итоге могут оказаться необходимыми для создания количества солнечной энергии, которое необходимо миру в ближайшие десятилетия.

Если эта догадка верна, Planet of the Humans уже устаревшая критика солнечной эффективности скоро покажется доисторической.


Как построить низкотехнологичную солнечную панель?

Джордж Коув, забытый пионер солнечной энергетики, возможно, построил высокоэффективную фотоэлектрическую панель за 40 лет до того, как инженеры Bell Labs изобрели кремниевые элементы. Если будет доказано, что он работает, его конструкция может привести к менее сложным и более устойчивым солнечным панелям.

Вверху: Джордж Коув стоит рядом со своей третьей солнечной батареей.Источник: «Производство электричества солнечными лучами», Popular Electricity, Volume 2, nr. 12 апреля 1910 г., стр. 793.

Более эффективный, менее экологичный

С тех пор, как в 1950-х годах Bell Labs представила первую практическую солнечную фотоэлектрическую панель, технологическое развитие было сосредоточено на снижении затрат и повышении эффективности солнечных элементов. Согласно этим стандартам, исследователи добились большого прогресса. Эффективность солнечных панелей увеличилась с менее чем 5% в 1950-х годах до более чем 20% сегодня, а стоимость снизилась с 30 долларов за пиковый ватт в 1980 году до менее чем 0.2 доллара за пиковый ватт в 2020 году. Более низкие затраты, которым способствует более высокая эффективность, считаются крайне важными, поскольку они позволяют солнечным фотоэлектрическим панелям конкурировать на рынке с электроэнергией, вырабатываемой на ископаемом топливе.

Однако с точки зрения устойчивости достигнут очень незначительный прогресс. Начнем с того, что с 1950-х годов солнечные панели были непригодны для переработки, в результате чего поток отходов попадает на свалки. Этот поток отходов значительно возрастет в ближайшие годы.Солнечные панели выбрасываются только через 25-30 лет, и большинство из них были установлены только в последние годы. К 2050 году исследователи ожидают, что почти 80 миллионов тонн солнечных панелей выработают свой ресурс. [1-3] Это значительная трата ресурсов и опасность для окружающей среды – выброшенные солнечные фотоэлектрические панели содержат токсичные элементы и представляют опасность возгорания.

Производство солнечных фотоэлектрических панелей не менее проблематично. Он производит токсичные отходы и требует глобальной цепочки поставок, включая капиталоемкие фабрики, сложное оборудование, добытые материалы и постоянный приток ископаемого топлива.При анализе жизненного цикла солнечных панелей ученые рассчитывают, сколько энергии и материалов требуется для создания солнечной панели. Однако они игнорируют огромное количество энергии и материалов, необходимых для создания и обслуживания самой цепочки поставок солнечных фотоэлектрических систем. [4-11] Следовательно, эти исследования не раскрывают фактическую стоимость солнечных панелей с точки зрения зависимости от ископаемого топлива, выбросов и других загрязнений окружающей среды. Кроме того, потребность в капиталоемких технологиях и длинных линиях поставок препятствует местному производству солнечных панелей в менее обеспеченных обществах или сообществах, занимающихся своими руками.

Вдохновение в прошлом

Являются ли солнечные фотоэлектрические панели неустойчивыми по своей природе, не подлежащими переработке и зависящими от высокотехнологичных и капиталоемких производственных процессов? Или возможно ли построить их с использованием местных, перерабатываемых и менее энергоемких материалов и методов производства? Другими словами, можем ли мы построить низкотехнологичные солнечные панели? И если да, то как это отразится на затратах и ​​эффективности?

Прежде чем мы попытаемся ответить на этот вопрос, важно отметить, что лучшей низкотехнологичной альтернативой высокотехнологичной солнечной панели часто является не низкотехнологичная солнечная панель, а прямое использование солнечной энергии.То есть использовать солнечную энергию без предварительного преобразования ее в электричество. Например, бельевая веревка и солнечный водонагреватель намного эффективнее, экологичнее и экономичнее, чем электрическая сушильная машина и водогрейный котел, работающий от солнечных фотоэлектрических панелей. Непосредственное использование солнечной энергии может происходить с использованием местных материалов, относительно простых производственных технологий и коротких линий снабжения.

Тем не менее, в этой статье я воспринимаю вопрос буквально: можем ли мы построить низкотехнологичные фотоэлектрические устройства, преобразующие солнечный свет в электричество? В предыдущей статье мы видели, что история вдохновляет на создание более экологичных ветряных турбин.Может ли история также вдохновить нас на создание более экологичных солнечных батарей?

Предыстория солнечных батарей Солнечная фотоэлектрическая панель

Bell Labs, представленная в 1954 году, появилась не из ниоткуда. Кремниевый солнечный элемент восходит к менее сложным устройствам, которые могут производить электричество либо из света, либо из тепла.

В 1821 году Томас Зеебек обнаружил, что электрический ток будет течь в цепи, состоящей из двух разнородных металлов, с разным температурным спаем.Этот «термоэлектрический эффект» лег в основу «термоэлектрического генератора», который преобразует тепло (например, от дровяной печи) непосредственно в электричество. В 1839 году Антуан Беккерель обнаружил, что свет может также преобразовываться в электричество, а в 1870-х годах несколько ученых доказали этот эффект в твердых телах, в первую очередь в селене. Этот «фотоэлектрический эффект» лег в основу «фотоэлектрического генератора», который мы теперь называем «фотоэлектрическим» генератором или солнечным фотоэлементом. В 1883 году Чарльз Фриттс сконструировал первый в истории фотоэлектрический модуль, используя селен на тонком слое золота.[12-14]

В течение этого периода — и до 1950-х годов — практическое использование термоэлектрических и фотоэлектрических устройств было ограничено. Изобретатели построили множество экспериментальных термоэлектрических генераторов, обычно работающих на газовом пламени, но их КПД не превышал 1%. Точно так же солнечная панель Чарльза Фриттса и селеновые солнечные элементы, сделанные позже, получили всего 1-2% эффективности преобразования солнечного света в электричество. [15] Короче говоря, период до 1950-х годов, похоже, не предлагает особого вдохновения для создания более устойчивых солнечных фотоэлектрических панелей.

Забытый пионер солнечной энергетики

Однако предыстория солнечной панели может быть неполной. В 2019 году я получил письмо от читателя журнала Low-tech Magazine Филипа Песавенто:

.

«С начала 1990-х годов я изучаю одного из пионеров технологии солнечных батарей довоенной эпохи. Я становлюсь слишком старым, чтобы продолжать что-либо делать с этим, и хотя о г-не Коуве была опубликована одна или две научные статьи, они полностью упустили из виду то, что он сделал.Я прилагаю PDF-файл PowerPoint, который я собрал еще в 2015 году и никогда никому не показывал. Если вы заинтересованы в самостоятельном написании статьи, я могу отправить вам флешку со всеми собранными мной справочными материалами».

Если исторический отчет и гипотезы Филипа Песавенто верны, Джордж Коув намеревался построить термоэлектрический генератор, но случайно сделал фотоэлектрический генератор — фотоэлектрический солнечный элемент. Хотя это произошло в начале 1900-х годов, Коув получил мощность и эффективность, сравнимые с учеными Bell Labs в 1954 году.Его конструкция также показала гораздо более высокие характеристики, чем селеновые солнечные элементы, построенные между 1880-ми и 1940-ми годами. [16] Филип Песавенто:

«Было бы очень интересно доказать, что относительно высокоэффективные солнечные элементы были изобретены за 40 лет до появления кремниевых элементов. Что еще более важно, если выяснится, что перед Первой мировой войной существовали солнечные фотоэлектрические элементы и панельные системы, они также могли бы иметь некоторые преимущества, связанные с дешевизной сырья, низкими затратами энергии на преобразование руды в металлические материалы, эффективностью конечного продукта. Фотоэлементы и простота изготовления.

Другими словами, если исторический отчет и гипотезы Филипа Песавенто верны, можно построить низкотехнологичные солнечные батареи.

Солнечный электрогенератор Джорджа Коува

Джордж Коув представил свой первый «солнечный электрогенератор» в 1905 году в здании Metropole Building в Галифаксе, Новая Шотландия, Канада. Кроме изображения, никаких данных об этой панели нет. [17] Тем не менее, его выходная мощность и эффективность были достаточно впечатляющими, чтобы американские инвесторы отправили эксперта в Галифакс.Основываясь на осмотре машины этим экспертом, они привезли Коува в США (Соммервиль, Массачусетс) для продолжения разработки его устройства.

Коув представил здесь свой второй солнечный электрогенератор в 1909 году. Эта панель площадью 1,5 м2 могла производить 45 Вт мощности и имела эффективность преобразования солнечной энергии в электричество на 2,75%. К середине 1909 года Коув переехал в Нью-Йорк, где представил свой третий прототип, солнечную батарею, состоящую из четырех солнечных панелей по 60 ватт каждая, которые заряжали в общей сложности пять свинцово-кислотных батарей.Общая площадь поверхности составила 4,5 м2, максимальная выходная мощность — 240 Вт, а эффективность возросла до 5% — аналогично первой солнечной панели, представленной Bell Labs. [18]

Вверху: первая солнечная панель Джорджа Коува, продемонстрированная в 1905 году. Источник: журнал Technical World Magazine 11, № 4, июнь 1909 года.

Вверху: вторая солнечная панель Коува, одна секция отсутствует. Источник: журнал Technical World Magazine 11, № 4, июнь 1909 г.

Вверху: третья солнечная панель Джорджа Коува.Источник: «Использование солнечного света», Рене Гомер, Modern Electrics, Vol. II, № 6, сентябрь 1909 г.

Вверху: третья солнечная панель Джорджа Коува. Панели теперь наклонены под углом, а не лежат ровно. Источник: Литературный дайджест 1909.

Вверху: одна из солнечных панелей третьей солнечной батареи Cove со снятой стеклянной крышкой. Источник: «Использование солнечного света», Рене Гомер, Modern Electrics, Vol. II, № 6, сентябрь 1909 г.

Хотя Джордж Коув отсутствует в большинстве исторических отчетов о солнечной энергии, его солнечный электрический генератор произвел впечатление на некоторые популярные технические СМИ того времени.Например, в 1909 году журнал «Технический мир» писал, что «такая машина дешева и неразрушима, как кухонная плита. Даже в его нынешнем и несколько грубом и экспериментальном состоянии, при двух днях солнечного сияния, он будет хранить достаточно электроэнергии, чтобы освещать обычный дом в течение недели. Изобретатель уже месяцами доказал это в своем заведении». [19]

Набор дюбелей для асфальта

Как Джорджу Коуву удалось построить солнечную панель, которая на 40 лет опередила свое время? По словам Филипа Песавенто, который имеет опыт работы в области полупроводниковой техники, Коув намеревался построить более совершенный термоэлектрический генератор (ТЭГ).Он подверг свой генератор теплу дровяной печи и прямой солнечной энергии — Эдвард Уэстон изготовил первый экспериментальный солнечный термоэлектрический генератор (или СТЭГ) в 1888 году. Намерения Коува также ясны из того, как он описал свое устройство:

.

«В раме есть несколько оконных стекол фиолетового цвета, за которыми через асфальтовую подложку вставлено множество маленьких металлических заглушек. Один конец вилки всегда подвергается воздействию солнечного света, а другой конец прохладный и защищенный».

Создание максимально возможной разницы температур является ключом к производству термоэлектрической энергии, поэтому конструкция Коува имеет смысл.Проблема в том, что когда он измерил выходную мощность своего генератора, он не реагировал на тепло, как должен был бы реагировать термоэлектрический генератор. Первоначально Коув замечает, что его изобретение использует как тепло, так и свет для производства электроэнергии при воздействии солнечной энергии:

.

«Основной частью моего изобретения является особый состав металлических пробок, на которые воздействует солнце таким образом, что ток генерируется не только тепловыми, но и фиолетовыми лучами».

Однако, после дальнейших экспериментов как с дровяной печью, так и с солнечной энергией, Коув заявляет:

«Когда машина подвергается воздействию различных источников искусственного тепла, она вообще не дает электричества. Помимо тепловых лучей солнца (коротковолновое инфракрасное излучение), возможно, фиолетовые или ультрафиолетовые лучи активны в создании электрического тока».

Первичная ячейка солнечной фотоэлектрической панели Cove представляла собой пробку или стержень длиной три дюйма из металлического состава, сплава нескольких обычных металлов.В панели площадью 1,5 м2 было 976 стержней, а в массиве 4,5 м2 — 4 x 1804 заглушки. Однако держать стержни холодными с одной стороны и горячими с другой, разделенными слоем асфальта, не имело значения. Важно то, что Коув неосознанно создал контакт металл-полупроводник.

Ширина запрещенной зоны полупроводников

Джордж Коув не понимал, как работает его солнечный генератор, как и никто другой в то время. Только в работах Эйнштейна по фотоэлектрическому эффекту (в 1905 г.) и более поздних работах по квантовой механике (1930-е гг. и позже) была реализована концепция «ширины запрещенной зоны полупроводника».Электроны вращаются вокруг ядра атома в разных «состояниях», которые образуют области, называемые «полосами». Эти полосы прочно удерживают свои электроны на месте. Между этими полосами находятся «запрещенные зоны» — состояния, в которых не может находиться ни один электрон.

У проводников нет запрещенной зоны, поэтому по ним текут электроны. Вот почему, например, медный провод проводит электричество. В изоляторах (таких как дерево, стекло, пластик или керамика) имеется очень широкая запрещенная зона, которая блокирует поток электричества. Наконец, в полупроводниках существует относительно узкая запрещенная зона.Это позволяет им действовать как изолятор или проводник. Полупроводники могут стать проводниками, когда они поглощают «фотон» (элементарную частицу света) с энергетическим потенциалом, равным или превышающим ширину запрещенной зоны полупроводникового материала. [20]

Понимание полупроводников привело к рождению современного солнечного фотоэлемента в 1950-х годах. Это также улучшило производительность термоэлектрических генераторов — по разным причинам. В термоэлектрических генераторах запрещенная зона полупроводников не используется.Однако полупроводники имеют более высокие термонапряжения и более низкую теплопроводность, чем металлы и металлические сплавы без запрещенной зоны, что делает термоэлектрические генераторы более эффективными.

Перекресток Шоттки

Для существования фотогальванического эффекта в системе должна быть некоторая неоднородность. В 1950-х годах ученым Bell Labs удалось сделать это с помощью так называемого p-n перехода, который образует границу между положительно заряженным и отрицательно заряженным полупроводником.Полупроводники P-типа имеют электронные вакансии, называемые «дырками» (которые притягивают электроны), в то время как полупроводники N-типа имеют дополнительные электроны. На стыке между ними находится электрический потенциал.

Однако также возможно создать фотоэлектрическую ячейку из так называемого перехода Шоттки, который соединяет полупроводник с металлом. В этом случае металл действует как полупроводник n-типа. Филип Песавенто:

«Моя гипотеза состоит в том, что Джордж Коув наткнулся на контактный фотоэлектрический элемент Шоттки за десятилетия до того, как он был описан Уолтером Шоттки.[21] Возможны как фотоэлектрические (преимущественно), так и термоэлектрические отклики этих устройств. Свеча представляла собой сплав цинка и сурьмы, который, как мы теперь знаем, является полупроводником. Он был поочередно покрыт нейзильбером (сплав никеля, меди и цинка) и медью на противоположных концах. Это формировало омический контакт и контакт Шоттки соответственно. Это фотогальваническое устройство».

Случайное обнаружение

По словам Филипа Песавенто, Джордж Коув, вероятно, начал с «нейзильбера» в качестве отрицательного материала на обоих концах штекеров и сурьмяно-цинкового сплава (ZnSb) в качестве положительного материала.Это были лучшие доступные термоэлектрические материалы в то время:

«Вероятно, у него кончилось нейзильбер и он заменил медь, чтобы закончить сборку вилок, так как разница в термоэлектрическом напряжении между использованием меди и нейзильбера была небольшой. Затем, во время испытаний, Коув заметил, что эти штекеры (с мельхиоровым колпачком на одном конце и медным колпачком на другом) давали гораздо большее напряжение: 100 мВ против обычных 10 мВ для термоэлектрического генератора.

Что случилось? Используя медь, Коув неосознанно построил перекресток Шоттки. Это превратило его термоэлектрический генератор в «термофотоэлектрический генератор». Такое устройство работает так же, как фотоэлектрический солнечный элемент, но на другой длине волны. Солнечный спектр охватывает диапазон приблизительно от 0,5 до 2,9 электрон-вольт (эВ), от инфракрасного до ультрафиолетового. Полупроводник с шириной запрещенной зоны от 1 до 1,7 эВ эффективно преобразует видимый свет в электричество (фотоэлектрический генератор), а полупроводник с шириной запрещенной зоны от 0.4 и 0,7 эВ эффективно преобразует коротковолновую инфракрасную солнечную энергию в электричество (термофотоэлектрический генератор).

Вверху: на этом рисунке из патента Коува 1906 года показан сплав цинка и сурьмы «b»; заглушка из нейзильбера (омическая) «с»; и медная или оловянная (Шоттки) торцевая крышка «f». Все они запрессовываются, потому что пайка соединений снижает эффективность.

Теперь мы знаем, что ZnSb — отрицательный материал в свечах Коува — является полупроводником с шириной запрещенной зоны 0.5 эВ. Это во многом объясняет, почему изобретатель первоначально заметил, что его солнечный генератор преобразует тепло и свет в электричество. Термофотоэлектрический генератор соответствует не только инфракрасному хвосту солнечного спектра — он также соответствует прямому спектру горящего пламени или раскаленной докрасна излучающей поверхности, которая нагревается горящим деревом или природным газом. Он также преобразует нижнюю часть видимого спектра в электричество, хотя и очень неэффективно.

По словам Филипа Песавенто, Коуву затем удалось уточнить состав сплава, близкий к Zn4Sb3 — сплаву цинка и сурьмы с пропорциями 4 части цинка на 6 частей сурьмы.Это, как мы теперь знаем, тоже полупроводник. Однако у него ширина запрещенной зоны 1,2 эВ, что очень близко к ширине запрещенной зоны кремния (1,1 эВ). Следовательно, он превратил свой термофотоэлектрический генератор в фотоэлектрический генератор:

«В своем энтузиазме Коув, вероятно, изготовил большее количество пробок и каким-то образом «неправильно» угадал пропорции в одной партии. Затем он измерил еще большее напряжение. Наконец, он провел тщательное исследование сплавов цинка и сурьмы и обнаружил, что сплав цинка в диапазоне 40-42% дает самое высокое напряжение (по сравнению с 35% цинка в ZnSb).Случайно обнаружив Zn4Sb3, более высокая ширина запрещенной зоны этого полупроводника означала, что он больше не работал, когда подвергался воздействию тепла от дровяной печи. Однако он работал еще лучше, когда подвергался воздействию солнечной энергии, потому что теперь он эффективно преобразовывал гораздо большую часть видимого спектра солнечного света в электричество».

Используя цветные стеклянные фильтры, Джордж Коув определил, что большая часть отклика исходит от фиолетового конца спектра и лишь немного от так называемых тепловых лучей.Его более ранние фотоэлектрические вилки одинаково хорошо реагировали на тепловые и фиолетовые лучи, в то время как старые термоэлектрические генераторы (нейзильбер с обеих сторон) вообще не реагировали на фиолетовые лучи.

Вернуть солнечный элемент Шоттки?

Солнечные элементы с соединением Шоттки привлекли лишь небольшое внимание исследователей и корпораций — в нескольких конструкциях солнечных элементов используются металлы в активной области, за исключением контактов. [22] Тем не менее, Филип Песавенто считает, что было бы целесообразно попытаться изготовить несколько солнечных элементов Шоттки по проекту Коува:

«Если бы можно было продемонстрировать, что Zn4Sb3 (ширина запрещенной зоны 1.2 эВ) можно использовать в фотогальваническом элементе, есть большая вероятность, что такая конструкция солнечного элемента будет устойчивой. Это был бы хороший кандидат на быстрый EROI и имел бы приемлемо долгий срок службы с избыточной выходной мощностью в течение нескольких десятилетий. Удивительно, что все, кажется, пропустили этот материал и его применение в фотоэлектрических элементах, и что никаких разработок не проводилось — даже после того, как исследователи на короткое время признали его возможным вариантом в начале-середине 1980-х годов.Он относится к категории преждевременных открытий, что должно означать, что в наши дни его можно разработать очень быстро».

Помимо солнечных фотоэлектрических систем, Филип Песавенто видит потенциал в термофотогальванике для дровяных печей, солнечных тепловых или тандемных приложений с использованием ZnSb вместо Zn4Sb3. Кроме того, если солнечные элементы штепсельного типа окажутся эффективными, он считает, что они позволят строить солнечные коллекторы с линейными концентраторами, такими как параболические желоба или невоображаемые концентраторы CPC, со значительно меньшими затратами.

Низкотехнологичное производство

Основным преимуществом конструкции Коува будет низкотехнологичный метод изготовления. В 1970-х и 1980-х годах ученые исследовали Zn4Sb3 для использования в фотовольтаике и пришли к выводу, что «очевидными преимуществами материала являются очевидная простота и относительно низкая температура процедуры приготовления». [23] Температура плавления Zn4Sb3 составляет 570 градусов Цельсия, а кремния — 1400 градусов.

Исследователи изучали солнечные элементы с переходом металл-полупроводник на основе других типов полупроводников, а не Zn4Sb3 в 1970-х годах.Опять же, их мотивацией была простая и экономичная процедура изготовления по сравнению с кремниевыми солнечными элементами с p-n переходом в то время. [24, 25] В ячейках Шоттки не требуется стадия высокотемпературной диффузии фосфора, которая сегодня обычно создает n-слой p-n перехода в кремнии. Это само по себе снижает потребление энергии в процессе производства солнечных элементов на 35%. [22]

В 1980-х годах исследователи добились значительных успехов в кремниевых p-n переходах, и интерес к альтернативным конфигурациям угас.Однако в последние годы интерес возобновился. Например, исследования графеновых/кремниевых солнечных элементов Шоттки пришли к выводу, что «простое и экономичное изготовление устройств, не требующих высоких температур, является одним из преимуществ». [26] В других недавних исследованиях ученые пришли к выводу, что «селеновые устройства типа Шоттки… чрезвычайно просты и дешевы в изготовлении». [27-30]

Легкая переработка

Еще одним преимуществом солнечных элементов Шоттки может быть более легкая утилизация.Силиконовые модули зажаты между двумя герметизирующими слоями ламината (обычно это EVA, сополимер этилена и винилацетата). Эти уровни необходимы для обеспечения срока службы модуля. [1-3] Чтобы переработать кремний — самый ценный компонент солнечной панели — эти слои необходимо разделить, но их сжигание также разрушает модули. Кремниевые элементы могут быть переработаны только путем сочетания термических, химических и металлургических стадий. Это дорогостоящий процесс с воздействием на окружающую среду.Хотя вы можете найти заявления о том, что около 10% солнечных панелей «перерабатываются», они, скорее всего, будут «утилизированы». Модули измельчают, а полученный материал используют в качестве наполнителя в асфальтовой и цементной промышленности.

Напротив, солнечные элементы, созданные Джорджем Коувом, полностью подлежали вторичной переработке. Они не требовали защитного слоя и даже не содержали припоя. Филип Песавенто:

«Если бы вы построили элементы точно так же, как это сделал Коув, запрессовав крышки, а затем обмотав их проволокой, чтобы попытаться сохранить их плотно, их также было бы легче перерабатывать, поскольку это чисто механическая операция, никаких химикатов. нужно быть вовлеченным.Было бы трудоемко собрать их вместе и снова разобрать, но это тоже можно было бы автоматизировать».

Песавенто считает, что из материала Коува также можно построить плоские солнечные элементы. Однако еще неизвестно, понадобится ли им защитный слой, препятствующий переработке. В 1970-х годах солнечные элементы Шоттки на основе других материалов не всегда нуждались в защитных слоях, чтобы достичь ожидаемого срока службы более 20 лет. [24]

Эффективность

Если бы мы могли построить больше низкотехнологичных солнечных панелей, насколько эффективными мы могли бы их сделать? По словам Филипа Песавенто, ячейки Шоттки немного менее эффективны для тех же материалов, чем p-n-переходы, потому что p-n-переходы генерируют более высокое напряжение — они получают больше энергии в фотонах, которые они поглощают.

«Когда важен каждый бит эффективности, вы делаете это. Если вашей целью является упрощение производства солнечных элементов с использованием ручных или кустарных методов, диод Шоттки был бы более логичным выбором».

С другой стороны, может быть возможно построить элементы Шоттки тоньше, чем кремниевые солнечные элементы, и это повысит их эффективность. Филип Песавенто:

«Я не нашел конкретных цифр по параметрам – скорости переноса, времени рекомбинации, коэффициенту поглощения – чтобы сказать это однозначно.Но тот факт, что Коув изготовил такие длинные и тонкие ячейки и добился такой же высокой эффективности, как у него, служит хорошим предзнаменованием для того, чтобы сделать их тоньше».

Опять же, недавнее исследование клеток Шоттки, основанное на других материалах, похоже, подтверждает это. Например, недавние эксперименты с селеновыми элементами Шоттки вернули толщину слоя всего 100 мкм по сравнению с 200–500 мкм для кремниевых элементов. [27] [31] Ученые также достигли 17% экспериментальной эффективности графеновой/кремниевой ячейки Шоттки по сравнению с 1.5% десятью годами ранее. [26]

Мы также можем подвергнуть сомнению нынешнюю одержимость более высокой эффективностью. Многие люди будут утверждать, что если низкотехнологичные солнечные панели менее эффективны, нам потребуется больше солнечных панелей для производства той же выходной мощности. Следовательно, ресурсы, сэкономленные низкотехнологичными методами производства, будут компенсированы дополнительными ресурсами для создания большего количества солнечных панелей. Однако эффективность имеет решающее значение только тогда, когда мы принимаем спрос на энергию как должное. Снижение эффективности может быть компенсировано снижением спроса на энергию, особенно когда это приводит к большей устойчивости и меньшему использованию ресурсов по всей цепочке поставок.Как и в случае с ветряными турбинами, снижение эффективности может значительно повысить устойчивость.

Что случилось с Джорджем Коувом?

Если солнечная панель Коува была такой революционной, почему о ней забыли? По этому вопросу исследовательский материал Филипа Песавенто читается как криминальный роман. Попытка Коува производить и продавать свое устройство на солнечной энергии по загадочным причинам провалилась.

Изобретатель связался с биржевым манипулятором Элмером Берлингеймом, который в 1909 и 1910 годах выпускал акции предприятий, которые ему не принадлежали, включая стартап Коува Sun Electric Generator Company.В октябре 1909 года Коува якобы похитили, и его жизни угрожала опасность, если он не прекратит разработку своего солнечного изобретения. Однако полиция отклонила похищение Коува как розыгрыш. В 1911 году и Коув, и Берлингейм были арестованы за мошенничество с ценными бумагами и провели год в тюрьме. Хотя после этого Коув работал над другими изобретениями, ни одно из них не было связано с солнечной энергией. [32]

Был ли Джордж Коув шарлатаном? Был ли он жертвой одного? Или его репутация была подорвана из-за того, что солнечный электрогенератор угрожал интересам других компаний? Есть много исторических примеров подавления технологических инноваций крупными корпорациями США.Джордж Коув был активен в тот же период, что и нью-йоркская компания Edison Electric Illuminating Company, чьи недобросовестные действия в отношении конкурентов хорошо задокументированы. Если бы солнечный электрогенератор Коува работал, он мог бы снизить растущий спрос на угольные и мазутные электростанции Эдисона. [32] Ранее, в 1880-х годах, Эдисон купил компанию, производившую лучший в то время термоэлектрический генератор — улучшенную термобатарею Кламондса, — и впоследствии прекратил разработку машин.[33]

Больше тайн

Однако, хотя заманчиво видеть Джорджа Коува в качестве жертвы, мы можем только догадываться. Архивный материал Филипа Песавенто содержит больше загадок, таких как патент Коува – поданный в 1905 году, выданный в 1906 году. В своем патенте изобретатель подробно описывает изготовление свечей Zn4Sb3, что помогло Песавенто рассчитать выходную мощность и эффективность солнечные батареи. Однако Коув описывает эти вилки для преобразования тепла дровяной печи в электричество, что несовместимо с выбранным им материалом.Для работы печного генератора требовались вилки ZnSb с шириной запрещенной зоны 0,5 эВ. Филип Песавенто:

«Было ли это неправильное указание со стороны Коува, чтобы помешать людям скопировать его патент на печь и заставить ее работать? Я не знаю.»

Еще более удивительно, что изображение, на котором Коув стоит рядом с одной из своих солнечных панелей, также появляется в историческом обзоре солнечной энергетики Джона Перлина за 2013 год («Пусть светит: 6000-летняя история солнечной энергии»). Однако солнечная панель на изображении приписывается Чарльзу Фриттсу, изобретателю селенового солнечного элемента.Кроме того, с изображения исчез сам Джордж Коув. Отрывки из книги, а также фотографии появились на нескольких веб-сайтах. Филип Песавенто не удивился, когда я снова вышел на связь:

.

«Я сделал это открытие несколько лет назад. Я предполагаю, что кому-то очень понадобилось изображение солнечных батарей Фриттса, он нашел это изображение, а затем отфотошопил из него Джорджа Коува. В конце концов, Коув совершенно неизвестен, а когда он известен, считается, что он изобрел солнечный термоэлектрический генератор, а не солнечную фотоэлектрическую панель.Если вы внимательно посмотрите на две фотографии, то увидите, что верхняя часть портика правой колонны позади него была вырезана и приклеена к тому месту, где стоял Коув, это не совсем правильно в плане перспективы».

Крис Де Декер

Каталожные номера [1]: Векенд, Стефани, Андреас Уэйд и Гарвин А. Хит. Управление окончанием срока службы: солнечные фотоэлектрические панели. № НРЭЛ/ТР-6А20-73852. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL), Голден, Колорадо (США), 2016 г. [2]: Сюй, Ян и др.«Глобальный статус утилизации отходов солнечных панелей: обзор». Управление отходами 75 (2018): 450-458. [3]: Сика, Даниэла и др. «Управление фотоэлектрическими панелями с истекшим сроком службы как шаг к экономике замкнутого цикла». Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии 82 (2018): 2934-2945. [4]: Хорнборг, Альф, Густав Седерлёф и Андреас Роос. «Разоблачила ли Куба миф о «бесплатной» солнечной энергии? Энергия, пространство и справедливость». Окружающая среда и планирование E: Природа и космос 2.4 (2019): 989-1008. [5]: Седерлоф, Густав и Альф Хорнборг.«Системные границы как эпистемологические и этнографические проблемы: оценка энергетических технологий и социально-экологического воздействия». Журнал политической экологии 28.1 (2021): 111-123. [6]: Bartie, NJ, et al. «Ресурсы, эксергетический и экологический след кремниевой фотоэлектрической экономики замкнутого цикла: оценка и возможности». Ресурсы, сохранение и переработка 169 (2021): 105516. [7]: Пауэлл, Дуглас М. и др. «Капиталоемкость производства фотогальваники: барьер для масштабирования и возможность для инноваций.Энергетика и наука об окружающей среде 8.12 (2015): 3395-3408. [8]: Дегани, Эхсан и др. «Экологически безопасный дизайн сети фотоэлектрических цепочек поставок в условиях коррелированной неопределенности: тематическое исследование в Иране». Журнал чистого производства 262 (2020): 121434. [9]: Карвалью, Мария, Антуан Дечеслепретр и Матье Глашан. Понимание динамики глобальных цепочек создания стоимости для солнечных фотоэлектрических технологий. Том. 40. ВОИС, 2017 г. [10]: Дегани, Эхсан и др. «Проектирование устойчивой цепочки поставок солнечной фотоэлектрической энергии в условиях обычного ведения бизнеса и неопределенностей, связанных с опасностями.Компьютеры и химическая инженерия 111 (2018): 288-310. [11]: Кумар, Абхишек и др. «Анализ экономической целесообразности производства кремниевых солнечных элементов: Al-BSF по сравнению с PERC». Energy Procedia 130 (2017): 43-49. [12]: Фриттс, Чарльз Э. «О новой форме селеновой ячейки и некоторых электрических открытиях, сделанных с ее использованием». Американский научный журнал 3.156 (1883): 465-472. [13]: Влияние света на селен при прохождении электрического тока*. Природа 7, 303 (1873). [14]: Грин, Мартин А. «Кремниевые фотоэлектрические модули: краткая история первых 50 лет.Прогресс в фотогальванике: исследования и приложения 13.5 (2005): 447-455. [15]: Перлин, Джон. Пусть светит: 6000-летняя история солнечной энергии. Библиотека Нового Света, 2013. [16]: Selenium Cells, Томас Уильям Бенсон, 1919 г. [17]: Экстраполируя производительность следующей панели, мы можем предположить, что она имела выходную мощность около 25 Вт и КПД чуть менее 3%. [18]: Коув утверждал, что построил еще большую панель площадью 9 м2, но изображения не сохранилось. Говорят, что он имел выходную мощность 768 Вт при КПД 8%, предполагая солнечную инсоляцию 100 Вт / фут2.Этот массив состоял из 8 панелей с 14 432 разъемами. [19]: Winthrop Packard, журнал Technical World Magazine 11, № 4, июнь 1909 г. [20]: Почему мы не используем проводники для солнечных батарей? Когда свет попадает на поверхность проводника, он в основном отражается, а поглощается мало энергии или вообще не поглощается. Кроме того, в проводниках свободные электроны движутся хаотично, нет протекания тока, нет направленной способности. [21]: Однако Коув не был первым. Солнечный элемент Чарльза Фриттса также был основан на переходе Шоттки. [22]: Бирнс, Стив.«Солнечные элементы с соединением Шоттки». (2008). [23]: Tapiero, M., et al. «Подготовка и характеристика Zn4Sb4». Материалы солнечной энергии 12.4 (1985): 257-274. См. также: Можаривский, Юрий и др. «Перспективный термоэлектрический материал: Zn4Sb3 или Zn6-δSb5. Его состав, структура, стабильность и полиморфы. Структура и стабильность Zn1-δSb». Химия материалов 16.8 (2004): 1580-1589. [24]: Ротварф А. и К. В. Бёр. «Прямое преобразование солнечной энергии с помощью фотоэлектрических элементов». Прогресс в химии твердого тела 10 (1975): 71-102.. [25]: Андерсон, В. А., А. Э. Делахой и Р. А. Милано. «Солнечный элемент с многослойным барьером Шоттки с эффективностью 8%». Журнал прикладной физики 45.9 (1974): 3913-3915. [26]: Явуз, Сердар. Графен/кремниевые солнечные элементы на основе соединения Шоттки. Калифорнийский университет, Сан-Диего, 2018. [27]: Тодоров, Теодор К. и др. «Сверхтонкие солнечные элементы с большой шириной запрещенной зоны и повышенной эффективностью из старейшего в мире фотогальванического материала». Связи с природой 8.1 (2017): 1-8. [28]: Селен можно осаждать термическим испарением только при 200°C.Эта температура находится в пределах легкой досягаемости солнечных тепловых технологий, а это означает, что в принципе эти процессы могут осуществляться за счет прямого использования солнечной энергии. [29]: Хадар, Идо и др. «Современная обработка и понимание селеновых солнечных элементов: первое в мире фотоэлектрическое устройство». Передовые энергетические материалы 9.16 (2019): 1802766. [30]: Ферхати Х., Ф. Джеффал и Д. Арар. «Свыше 14% эффективности селеновых солнечных элементов, содержащихся в земле, за счет введения наночастиц золота и подслоя титана». Оптические материалы 86 (2018): 24-31.[31]: Чжу, Мэнхуа, Гуанда Ню и Цзян Тан. «Элементальный Se: основы и его оптоэлектронные приложения». Журнал химии материалов C 7.8 (2019): 299-2206. [32]: Подробнее см. в статье «Солнечное энергетическое устройство Джорджа Коува», Деннис Бартельс, 1997. [33]: Полозин, Александр, Сусанна Сиротинская и Лирио Шеффер. «История создания термоэлектрических материалов для электроэнергетики и критерии их качества». Исследование материалов 17 (2014): 1260-1267.

Как работают солнечные панели? | Как работает солнечная энергия

Что такое солнечная энергия?

Солнечная энергия – это свет и тепло солнца, которые преобразуются в тепловую или электрическую энергию.Как чистая и возобновляемая альтернатива ископаемому топливу, он может помочь сократить выбросы углерода и другие виды загрязнения.

Узнайте больше о том, что такое солнечная энергия.

Как работают солнечные панели в вашем доме?

Солнечные панели работают в вашем доме, преобразовывая фотоны солнечного света в постоянный ток, который затем поступает в ваш инвертор. После этого ваш инвертор преобразует постоянный ток в переменный и посылает переменный ток в электрическую коробку для питания вашего дома.Ваша солнечная энергетическая система — это эффективный и доступный способ владеть своей энергией вместо того, чтобы арендовать ее у сети.

Как солнечные панели работают с сетевым подключением?

Солнечные панели работают с подключением к сети, влияя на показания вашего счетчика энергии. Если ваш дом подключен к сети, то у вас есть счетчик энергии, который измеряет, сколько электроэнергии вы используете. С системой солнечных батарей вы потенциально можете снизить свою зависимость от подключения к сети, используя накопленную энергию от солнечной электроэнергии или используя чистые кредиты на измерения, чтобы снизить свой счет.

Узнайте больше о том, как солнечная энергия работает с сетью.

Что такое солнечный инвертор?

Инвертор солнечной панели преобразует постоянный ток (DC), генерируемый вашими солнечными панелями, в переменный ток (AC) для питания вашего дома. Солнечные инверторы похожи на переводчик. Он переводит солнечную энергию в тип электричества, который можно использовать в вашем доме. Солнечные инверторы устанавливаются вместе с вашей системой солнечной энергии.

Инверторы Generac, которые мы устанавливаем, взаимодействуют с вашими солнечными панелями через PV Links. Эти PV Links позволяют вашим панелям взаимодействовать друг с другом и обеспечивать максимальную мощность при любых условиях. Если на одной из ваших панелей возникает такая проблема, как затенение, PV Links позволяют остальным вашим панелям по-прежнему работать на самом высоком уровне.

Посетите наш образовательный центр по солнечной энергии, чтобы узнать, как читать показания вашего солнечного инвертора.

Зачем солнечным батареям нужен инвертор?

Солнечным элементам нужен инвертор, потому что солнечный инвертор преобразует электричество с постоянного тока на переменный, чтобы сделать солнечную энергию пригодной для использования в вашем доме или на работе.Когда солнечный свет попадает на солнечные элементы ваших панелей, они вырабатывают электричество постоянного тока, которое нельзя использовать для питания бытовой техники. Во-первых, он должен быть преобразован инвертором в более часто используемый переменный ток, от которого фактически работают ваши устройства.

ИЗ ЧЕГО СДЕЛАНЫ СОЛНЕЧНЫЕ ПАНЕЛИ?

Солнечные панели изготовлены из полупроводящего материала, обычно из кремния. Мы используем монокристаллические панели, то есть они сделаны из одного кристалла кремния.Монокристаллические солнечные панели являются более эффективным продуктом, вырабатывающим больше энергии за счет одного последовательно расположенного кристалла.

Узнайте больше о самых эффективных типах солнечных панелей.

КАК СОЛНЕЧНЫЕ ПАНЕЛИ ПРОИЗВОДЯТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ?

Когда солнечный свет достигает солнечных панелей, свет поглощается фотогальваническими элементами в панелях. Эти фотоэлементы используют этот свет для создания электрического поля, которое вырабатывает электроэнергию, пригодную для использования в вашем доме.

ПОЛУЧАЮТ ЛИ В НЕКОТОРЫХ ШТАТАХ БОЛЬШЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ, ЧЕМ В ДРУГИХ?

Несмотря на то, что солнечный свет присутствует во всех частях страны, в некоторых районах на протяжении всего года постоянно попадает больше прямых солнечных лучей. Прямой солнечный свет производит больше всего электричества, но непрямой солнечный свет (например, солнечный свет, проходящий через облачный покров) также может создавать электричество. Вам может потребоваться больше панелей или стратегическое размещение, но мы можем заставить это работать!

РАБОТАЮТ ЛИ СОЛНЕЧНЫЕ ПАНЕЛИ В ХОЛОДНУЮ ПОГОДУ?

Да! На самом деле солнечные панели лучше всего работают в прохладных солнечных условиях.Чрезмерное тепло может возбуждать электроны, что в целом делает процесс выработки электроэнергии менее эффективным. Солнечные панели наиболее эффективны в прохладные дни с большим количеством прямых солнечных лучей.

Узнайте больше о работе солнечных батарей в холодную погоду.

РАБОТАЮТ ЛИ СОЛНЕЧНЫЕ ПАНЕЛИ НОЧЬЮ?

Солнечные панели активно производят электричество, пока светит солнце. Это не означает, что вы не сможете получить доступ к своей солнечной энергии ночью.Пока у вас есть система резервного питания от батарей, вы сможете использовать накопленную избыточную электроэнергию.

Узнайте больше о том, как солнечные панели работают днем ​​и ночью, чтобы обеспечивать энергией ваш дом.

ПРОДОЛЖАЮТ ЛИ СОЛНЕЧНЫЕ ПАНЕЛИ ПРОИЗВОДИТЬ, КОГДА ОТКЛЮЧАЕТСЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ?

Если ваши солнечные панели подключены к сети, ваши панели не будут производить электричество, когда электричество отключено. Однако при наличии системы резервного питания вы можете получить доступ к накопленной энергии во время отключений.Как только электричество будет восстановлено, ваши солнечные батареи возобновят работу в обычном режиме!

Узнайте больше о том, как работают солнечные батареи во время отключения электроэнергии.

Основы солнечной энергетики: магия фотоэлектрических панелей

Здесь за кулисами происходит много научных исследований.

Стивен Шенкленд/CNET

Звучит как волшебство: захват энергии солнца и преобразование ее в электричество для работы вашего тостера. Но это наука, а не магия. Солнечные панели используют любопытный элемент науки, называемый фотоэлектрическим эффектом, для преобразования одной формы энергии в другую. Вот как солнечные панели собирают свет, преобразовывая его в электричество.

Наука о Солнце

Солнце представляет собой мощную электростанцию, вырабатывающую около 10 дециллионов (единица с 34 нулями) джоулей энергии в год.Это много. Вся планета купается в этом потоке энергии, и это одна из причин, делающих это место таким приятным для жизни. Он управляет погодой, нагревает атмосферу и делает жизнь возможной. Итак, не было бы полезно преобразовать часть этой энергии в форму, которую мы могли бы использовать?

Это то, что растения делают посредством фотосинтеза, используя свет для объединения углерода из атмосферы в сахара, которые они метаболизируют для роста. И солнечные панели, которые вы видите на все большем количестве крыш, делают нечто подобное, преобразовывая свет в электричество.Они могут сделать это благодаря так называемому фотогальваническому эффекту, который преобразует солнечную энергию в электрическую.

Посмотрите, как солнечные панели используют энергию солнца для питания электроприборов и других электронных устройств в вашем доме.

Колин Макдональд/CNET

Это работает следующим образом: иногда, когда свет попадает на атом, он поглощается одним из электронов вокруг атома, увеличивая энергию электрона.В некоторых материалах (таких как некоторые металлы и кремний) этой дополнительной энергии достаточно, чтобы выбить электрон из атома, позволяя ему двигаться внутри кристаллической структуры материала. Если вы создадите два кристаллических слоя, вы можете использовать это.

Один слой, называемый материалом N-типа, загрязнен химическим веществом (ученые называют это легированием), что означает, что в нем много электронов, поэтому у него есть запасные электроны. Другой слой загрязнен другим материалом, который заставляет его поглощать больше электронов, так называемым материалом P-типа.Эти электроны не могут легко перепрыгнуть через соединение этих двух материалов (называемое NP-соединением), поэтому между двумя слоями существует разница потенциалов. Если вы затем подключите цепь к каждой стороне этой панели, это напряжение можно использовать для питания устройства или для зарядки аккумулятора.

Каждый солнечный элемент генерирует только небольшое напряжение, обычно около 0.5В. Количество создаваемого тока зависит от размера ячейки. Если вы соедините несколько ячеек вместе, это напряжение может быть увеличено. Таким образом, если вы покроете свою крышу солнечными батареями, соединенными вместе, вы сможете собрать достаточно электроэнергии для питания большей части дома.

Обновите свой дом с помощью новейших технологий автоматизации, безопасности, коммунальных услуг, сетей и многого другого.

Солнечные панели также генерируют постоянный ток (DC), а не переменный ток (AC), который поставляет ваша коммунальная компания.Это означает, что энергия солнечной панели должна быть преобразована, прежде чем она сможет управлять тостером. Его также часто приходится хранить: вам может понадобиться тост, когда солнце еще не взошло, а солнечные панели не вырабатывают энергию в темноте.

Конечно, это зависит от того, сколько света нужно преобразовать, и есть другие ограничения процесса. Количество энергии, которую они захватывают, зависит от свойств материала, поглощающего свет, и соединения между двумя материалами. Эта комбинация будет поглощать только определенные частоты света.Некоторые современные солнечные панели обходят это за счет включения нескольких материалов и соединений между ними (называемых многопереходными ячейками), которые могут поглощать разные частоты света, чтобы улавливать больше доступной энергии.

Солнечные панели дорогие, но цены медленно снижаются

И это стоимость. Солнечные элементы недешевы в производстве, так как требуют точного выращивания крупных кристаллов с очень точным химическим составом. Другие части системы (такие как контроллер) также дороги, так как они должны быть в состоянии обрабатывать большое количество энергии.Когда я поместил информацию о своем доме недалеко от Бостона на сайт Google Project Sunroof (который рассчитывает стоимость и выгоды от размещения солнечных панелей на вашей крыше), было подсчитано, что я смогу генерировать около 7 киловатт энергии, установив всего лишь под 490 квадратных футов солнечных батарей на моей крыше. По его оценкам, это могло бы сэкономить мне более 900 долларов в год или 18 000 долларов за 20-летний срок службы системы.

Однако первоначальная стоимость будет высокой: установка этой системы обойдется более чем в 30 000 долларов.Однако вам не нужно сразу покупать солнечную систему, поскольку есть компании, которые сдают эти системы в аренду, поэтому вы платите постепенно. В Америке федералы тоже приходят на помощь — установка солнечной системы может дать вам большой налоговый кредит в размере до 26 процентов от стоимости.

Эта цена постоянно падает, поскольку разрабатываются новые способы производства солнечных элементов и открываются новые заводы по производству солнечных элементов. Хотя солнечная энергия вряд ли полностью заменит другие способы производства энергии, мы будем рассматривать солнечную энергию как все более важный источник электроэнергии.И все из-за той странной особенности некоторых материалов, которые преобразуют свет в электричество.

Подробнее: 5 вещей, которые следует учитывать перед покупкой солнечных батарей

Как работают солнечные панели?

Каковы некоторые из преимуществ солнечной энергии?
  • Есть 6.14 ГВт установленных солнечных батарей на крышах домов в Великобритании — это вдвое больше мощности крупнейшей британской электростанции, работающей на ископаемом топливе.
  • Солнечные панели можно устанавливать в различных местах. От крупных сельских солнечных ферм, которые могут поддерживать местное биоразнообразие, обеспечивая нетронутую среду обитания для пчел, бабочек и гнездящихся птиц, до панелей на крышах в городских центрах, которые могут помочь в борьбе с нехваткой топлива.
  • Солнечные панели не создают шумового загрязнения при выработке электроэнергии.Это означает, что установки не будут навязчивыми — будь то в людных городских районах или в тихих сельских районах.
  • Солнечные панели очень безопасны. Они в основном сделаны из силиконовых листов, и нет никакой опасности, что фотогальванические элементы протекают или выделяют какие-либо токсины или пары.

Работают ли солнечные батареи в пасмурные дни?

Солнечные панели реагируют на спектр видимого света. Это означает, что если света достаточно, чтобы видеть, то света достаточно для того, чтобы солнечные панели начали вырабатывать электричество.Но чем сильнее солнечный свет, тем больше энергии будут генерировать солнечные панели.


Должна ли быть жара для работы солнечных батарей?

Солнечные батареи производят больше электроэнергии летом, из-за чего может показаться, что им нужна более теплая погода для работы. Но это не так — просто сильный солнечный свет и более высокая температура часто идут рука об руку. На самом деле, если температура становится слишком высокой (или слишком низкой), солнечные панели становятся менее эффективными.

Поскольку мы получаем более 8 часов солнечного света в день круглый год и не часто сталкиваемся с экстремальными температурами, Великобритания хорошо подходит для использования солнечной энергии.


Сколько солнечных площадок принадлежит Good Energy?

У нас есть шесть собственных солнечных ферм . Мы позаботились о том, чтобы они приносили пользу местной окружающей среде и сообществу, от повышения биоразнообразия до предоставления фондов для пособий сообществу.

Мы также покупаем электроэнергию, вырабатываемую солнечными батареями, по нашим контрактам с независимыми производителями возобновляемых источников энергии. И, как администратор льготного тарифа  , мы поддерживаем более ста тысяч домохозяйств и предприятий в получении платежей за электроэнергию, которую они производят с помощью своих собственных солнечных батарей.,

Узнайте больше часто задаваемых вопросов о солнечных панелях здесь.

Как работают солнечные панели

Солнечная энергия улавливает солнечную энергию и тихо и эффективно превращает ее в электричество для вашего дома или бизнеса.

Наше Солнце — природный ядерный реактор. Он испускает крошечные пакеты энергии, называемые фотонами, которые преодолевают 149,6 миллиона километров от Солнца до Земли примерно за 8,5 минут. Каждый час на нашу планету воздействует достаточное количество фотонов, чтобы генерировать достаточно солнечной энергии, чтобы теоретически удовлетворить глобальные потребности в энергии на целый год.

Солнечная энергия не вырабатывает электричество постоянно, но вырабатывает электричество, когда оно больше всего необходимо. Это включает в себя дневное время и жаркие солнечные периоды, когда спрос на электроэнергию самый высокий.

Австралия — одна из самых солнечных стран в мире, и это идеальное место, где солнце может работать, особенно в часы пик.

Как работают солнечные панели?

Когда фотоны попадают в солнечный элемент, они выбивают электроны из атомов.Если к положительной и отрицательной сторонам ячейки присоединены проводники, она образует электрическую цепь. Когда электроны проходят через такую ​​цепь, они генерируют электричество. Несколько ячеек составляют солнечную панель, и несколько панелей (модулей) могут быть соединены вместе, чтобы сформировать солнечную батарею. Чем больше панелей вы можете развернуть, тем больше энергии вы можете ожидать.

Из чего сделаны солнечные панели?

Фотогальванические (PV) солнечные панели состоят из множества солнечных элементов в различных типах стеклянной упаковки.Солнечные элементы сделаны из кремния, как полупроводники. Они состоят из положительного и отрицательного слоев, которые вместе создают электрическое поле, как в батарее. Солнечные панели SunPower также покрыты проводящими клеями аэрокосмического класса и запатентованными герметиками для защиты этих элементов и минимизации разрушения под воздействием окружающей среды.

Как солнечные панели вырабатывают электричество?

Солнечные панели

PV генерируют электричество постоянного тока (DC).При электричестве постоянного тока электроны движутся в одном направлении по цепи. В этом примере показана батарея, питающая лампочку. Электроны движутся от отрицательной стороны батареи через лампу и возвращаются к положительной стороне батареи.

В электричестве переменного тока электроны толкаются и притягиваются, периодически меняя направление, подобно цилиндру автомобильного двигателя. Генераторы создают электричество переменного тока, когда катушка провода вращается рядом с магнитом. Множество различных источников энергии могут «крутить ручку» этого генератора, например, газ или дизельное топливо, гидроэлектроэнергия, атомная энергия, уголь, ветер или солнечная энергия.

Электроэнергия переменного тока

используется в электросетях Австралии, которые работают по всей стране и питают тысячи домов. Однако солнечные панели создают электричество постоянного тока. Как мы получаем электричество постоянного тока в сеть переменного тока? Мы используем инвертор.

Что делает солнечный инвертор?

Солнечный инвертор получает электричество постоянного тока от солнечной батареи и использует его для создания электричества переменного тока. Инверторы похожи на мозг системы. Наряду с преобразованием постоянного тока в переменный, они также обеспечивают защиту от замыканий на землю и статистику системы, включая напряжение и ток в цепях переменного и постоянного тока, выработку энергии и отслеживание точки максимальной мощности.

Центральные инверторы доминировали в солнечной промышленности с самого начала. Внедрение микроинверторов является одним из крупнейших технологических сдвигов в фотоэлектрической отрасли. Микроинверторы оптимизируют работу каждой отдельной солнечной панели, а не всей солнечной системы, как это делают центральные инверторы. Это позволяет каждой солнечной панели работать с максимальным потенциалом. Когда используется центральный инвертор, проблема с одной солнечной панелью (возможно, она находится в тени или загрязнена) может снизить производительность всей солнечной батареи.Другой вариант, который стоит рассмотреть, — это использование микроинверторов на каждой из панелей. Если у одной солнечной панели есть проблема, остальная солнечная батарея по-прежнему работает эффективно.

Как работает система солнечных батарей?

Вот пример того, как работает домашняя солнечная энергетическая установка. Сначала солнечный свет падает на солнечную панель на крыше. Панели преобразуют энергию в постоянный ток, который поступает на инвертор. Инвертор преобразует электричество из постоянного тока в переменный, который затем можно использовать для питания вашего дома.Это очень просто и понятно, и с каждым разом становится все более эффективным и доступным.

Однако, что произойдет, если вы не будете дома, чтобы использовать электричество, которое ваши солнечные батареи вырабатывают каждый солнечный день? А что происходит ночью, когда ваша солнечная система не вырабатывает электроэнергию в режиме реального времени? Не волнуйтесь, вы также можете воспользоваться системой под названием «льготные тарифы» в зависимости от вашего штата и продавца энергии.

Типичная фотоэлектрическая система, подключенная к сети, в часы пик дневного света часто производит больше энергии, чем нужно одному потребителю, поэтому избыточная энергия возвращается в сеть для использования в другом месте.Клиент получает кредит за избыточную произведенную энергию и может использовать этот кредит для получения энергии из обычной сети ночью или в пасмурные дни.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *