Солнечная батарея из чего состоит: ׸ , , . — inecoenergo.com

Содержание

КПД солнечной батареи – что это?

Всем прекрасно известно, что чем больше коэффициент полезного действия, тем лучше. Это правило распространяется и на КПД солнечных батарей. Благодаря новым технологиям и способам производства КПД фотоэлементов постоянно растет, правда очень медленно, но главное — прогресс не стоит на месте.

Ниже приведен график достижений эффективности разных производителей, с течением времени. Начиная с середины и до самого верха — полупроводники разрабатывались для новых рекордов и космических задач, стоимость соответствующая. Все что ниже уже доступно и реально приобрести в наше время.

Всем известно про КПД, но мало кто понимает откуда берутся эти значения в процентах и как они рассчитываются.  Давайте попробуем разобраться.

Как правило, завод изготовитель указывает эффективность своих собранных модулей и эффективность отдельных солнечных элементов, из которых состоит солнечная батарея.

 Эти параметры, как и другие характеристики, указываются при так называемых стандартных условиях — STS, основными из них является инсоляция 1000Вт/м² и температура элементов 25°С при которых и снимаются технические характеристики, в том числе и эффективность.

В настоящее время добросовестные изготовители стали  тестировать каждую произведенную ими солнечную батареи после сборки и делать распечатку индивидуальных параметров, которую вкладывают к каждой батарее. Делается это для подтверждения качества своих изделий.

Ниже приведена распечатка одной из солнечных батарей SY-100 от Suoyang energy:

Каждый модуль имеет свои индивидуальные характеристики. Если взять две одинаковые панели одной модели они все равно будут иметь немного разные параметры.

Солнечные батареи данного производителя имеют положительную толерантность, в итоге мы имеем  104,617 Вт и эффективность 15,74% (отдельный элемент 18,7%). Как он получил это значение?

Формула расчета эффективности солнечных батарей выглядит следующим образом:

КПД = Pсб/Sсб/10, где:

Pсб – мощность СБ;

Sсб – площадь СБ.

Подставим значения в формулу:

КПД = 104,617/(1,2*0,554)/10 = 15,74%

Все сходится, но возникает еще один вопрос: почему тогда КПД отдельных фотоэлементов выше? Ответ прост – все дело в том, что солнечная батарея состоит из множества фотоэлементов и между ними есть небольшое расстояние, которое не используется для выработки энергии, плюс алюминиевая рама тоже «занимает место», соответственно площадь увеличивается, а КПД при этом снижается.

Ниже приведены фотографии и видео некоторых попыток получения большей эффективности фотоэлементов, с помощью создания элементов сложной формы, принудительного охлаждения солнечных элементов и фокусирования света с помощью линз. Возможно новинки хорошо покажут себя, их пустят в массовое производство, и они станут доступными для нас с вами.

Это гибридная солнечная батарея Vitru, в борьбе за эффективность производитель борется с нагревом элементов. Вода в колбе охлаждает элементы, в следствие чего не снижается напряжение и не падает мощность.

Новинка пока не продается и находится в стадии тестирования, но как заявляет V3Solar, весь секрет в конусной форме и вращения конструкции, благодаря этому ячейки не успевают нагреваться и КПД не снижается в течении всего дня.  

Видео наглядно демонстрирует в чем заключается смысл задумки:

В отличие от предыдущих идей, борющимися с повышением температуры, эта конструкция в виде шара от Beta Torics, достигает производительности 35% благодаря концентрированному солнечному свету.

Самодельный концентратор из подручных средств, смысл как и в предыдущей установке в виде шара — усиление света, но тут все гораздо проще:

 

Комментарий автора: Линза заполненная водой имеет размер почти 75 сантиметров в диаметре. Солнечный свет проходя сквозь линзу концентрируется с такой силой, что моментально воспламеняет дерево. Максимальная эффективность достигается в летний полдень, когда солнце находится в зените. Линза выполнена из кристально чистого хлористого винила. Линза концентрирует около 500 Вт солнечной энергии и направляет в точку диаметром 2 см с рассеиванием около 7-15 см.‏

Читайте также:

Расчет мощности солнечных батарей

Разновидность солнечных батарей

 

Альтернативная энергия и варианты её применение » Оборудование для солнечных батарей

Солнечные батареи, расположенные по всей южной стороне крыши на одном из домов в Италии

Для того, чтобы решить, какое оборудование для солнечных батарей нужно выбрать, вначале надо изучить, из чего состоят, как работают и какие виды солнечных модулей бывают.

Солнечные батареи – это преобразователи солнечной энергии. Солнце является альтернативным источником для выработки электричества. Для этих целей широко используют солнечные батареи. Благодаря физическому процессу фотоэлектронной эмиссии на поверхности фотоэлементов, из которых состоит солнечная батарея, при воздействии световой энергии лучей солнца получается новый вид энергии – электрическая.

Если выразиться по-другому, используется процесс преобразования световой энергии в электрическую, который называется не иначе, как фотоэлектрическим эффектом. Надо отметить, что для ныне выпускающихся солнечных батарей прямые солнечные лучи не нужны. Для них вполне достаточно дневного света. Облачная погода, пасмурный день или осадки им не помеха.

Солнечные фотоэлектрические модули состоят из нескольких солнечных фотоэлементов, которые функционируют по законам фотоэффекта и вырабатывают электроэнергию из солнечных лучей. Основными материалами для производства фотоэлементов и модулей служат полупроводники на основе кремния. Исходя из того, как атомы кремния размещены в кристалле, различают фотоэлементы разных структур: монокристаллические, поликристаллические и аморфные.

Модули, образованные из фотоэлементов на основе моно- и поликристаллической структуры кремния, имеют сравнительно большой КПД. Множество таких модулей, в свою очередь, образуют солнечную батарею.

Солнечный вентилятор для уменьшения температуры на чердаке

Солнечные батареи или фотоэлектрические комплекты, как выше отметили, типично состоят из кремниевых модулей и являются наиболее распространенными производителями электроэнергии. Эти источники энергии бесшумны и экологически безвредны. Они стабильны и долговечны. Весьма удобно их использовать для электроснабжения отдельных домов и коттеджей, сельских школ и амбулаторий, офисов и гостиниц, разных отдаленных постов и контрольных пунктов, рекламных щитов и электрических панорам.

Комплекты солнечных батарей, соединенные между собой разными комбинациями, образуют солнечные фотоэлектрические системы. Эти системы могут работать в двух основных режимах:

  1. Автономные фотоэлектрические станции. Они предназначены для энергосбережения отдельного жилого дома, коттеджа или офиса.
  2. Резервная энергосберегающая система. Эта система в случае аварии на сети передает всю энергию или ее часть в сеть для обеспечения бесперебойного питания важных объектов.

Схема подключения оборудования для солнечных батарей

Оборудование для солнечных батарей:

  • при таких циклических режимах используются накопители солнечной энергии – аккумуляторы. Для солнечных батарей аккумулятор нужен как воздух.

    Аккумуляторные батареи для «хранения» солнечной энергии

    Дневная зарядка аккумулятора от солнечной батареи позволяет по вечерам или ночью использовать их емкость для электропитания таких важных объектов, как компьютеры, средства связи, освещение, факс и другие. Для этих целей повсеместно используют инверторы и блоки бесперебойного питания;

  • инверторы представляют собой электронное устройство, которое преобразует низкое постоянное напряжение заряженных аккумуляторов в высокое переменное напряжение промышленной частоты. Переменное напряжение необходимо для питания стандартной аппаратуры, питающейся от стандартной сети 220 В, 50-60 Гц.

    Настенный инвертор в работе

     

    Инвертор состоит из двух основных частей – широтно-импульсного генератора высокой частоты и преобразователя напряжения (обычно это повышающий трансформатор). Резервная энергосберегающая система по своей сути является ББП более крупного масштаба;

  • блоки бесперебойного питания (ББП) используются для оборудования и устройств, для которых нежелательно неожиданное исчезновение питающего напряжения.

    Блок бесперебойного питания

    Те, которые пользуются компьютерами, хорошо знают, как важны ББП для эксплуатации их устройств. Эти блоки при потерях питания от сети подают звуковой сигнал и поддерживают напряжение питания на определенное время для принятия соответствующих мер со стороны пользователя;

  • контроллер заряда солнечной батареи – это устройство, которое немного напоминает по своему назначению реле-регуляторы старых отечественных автомобилей. Контроллер соединяется на отрезке электрической цепи, идущей от солнечной батареи к аккумуляторам и потребителям.

    Небольшой контроллер заряда солнечной батареи

    Пока аккумуляторная батарея не заряжена полностью, контроллер не соединяет потребителей. Когда аккумуляторная батарея заряжена и зарядный ток равен нулю, тогда потребители могут быть подключены. Кроме того, при аварийном разряде аккумулятора, контроллер снимает нагрузку. На практике контроллер работает совместно с датчиком освещения, который включает освещение только при наступлении сумерек.

Установка солнечных батарей

Солнечные модули, установленные под углом 45-50 градусов

Солнечные батареи устанавливаются в основном на крышах или балконах на южной стороне. Они монтируются под углом 45-50 градусов к плоскости горизонта. Под ними необходимо оставить свободное пространство для циркуляции воздуха и естественного охлаждения батарей.

Производством солнечных батарей на Западе занимаются самые известные компании – British Petroleum, Sunware, Siemens и другие. В России в основном этим занимаются частные компании и бывшие предприятия оборонного комплекса.

Солнечные электростанции, хотя и дороги, но благодаря своей долговечности и отсутствию дополнительных затрат быстро окупаются. По расчетам, стоимость отечественного оборудования для небольшого дома мощностью 160 Вт, в зависимости от использования видов электробытовых приборов, составляет от 3183 до 6930$. По мнению специалистов, отечественное оборудование лучше импортных аналогов по сроку службы и стоимости. Например, солнечная электростанция мощностью 3 кВт отечественного производства стоит примерно 17000$, а цена импортного оборудования около 25000$. В последние годы появилось разнообразное дешевое китайское оборудование. Специалисты предупреждают, что китайские панели произведены в большинстве своем из аморфного полупроводника, что делает их недолговечными.

Что такое солнечная батарея | SolarSoul.net ☀️

Обычно под термином «солнечная батарея» подразумевается панель генерирующая электрический ток под воздействием солнечного света. Солнечную батарею еще называют фотоэлектрическим преобразователем. Так же встречаются такие термины как: солнечная панель, солнечный модуль, фотомодуль и т.д.

Структура фотоэлектрической установки

Солнечная батарея и фотоэффект

Для получения электроэнергии от солнечной батареи необходимо осуществить фотоэффект. Этот процесс связан с физическим явлением p-n перехода, который происходит в фотоэлементе. Конструктивно фотоэлемент состоит из двух пластин полупроводникового материала. Одна из используемых пластин содержит атомы бора, а вторая атомы мышьяка. При этом верхний слой характеризуется переизбытком электронов (область электронов), а нижняя – их нехваткой (так называемая дырочная область). В данном случае на границе этих пластин поддерживается электронно-дырочный переход, так называемый p-n переход.

В результате попадания на фотоэлемент солнечных лучей (фотонов) происходит освещение пластин и оба слоя взаимодействуют как электроды обыкновенной батареи – возникает электродвижущая сила (ЭДС).

.
Солнечный луч возбуждает электроны, которые начинают перемещаться из одной пластины в другую. Для снятия электрической энергии на обе поверхности напаивают тонкие слои проводника и подключают к нагрузке. Выработка этой энергии не связана с химическими реакциями, поэтому такая солнечная батарея может прослужить довольно долгий срок.

Основа для большинства солнечных батарей – кремний

Кремний для производства солнечных батарей может быть монокристаллическим или поликристаллическим. Внешне монокристаллический кремний можно отличить по равномерному чёрно-серому цвету поверхности фотоэлемента. Этот вид материала выращивают в промышленных условиях, после чего специальной нитью разрезают на тонкие пластины. Второй тип представляет собой новое поколение элементов, сделанных из более доступного поликристаллического кремния. Изготовление проходит методом литья. Выглядит материал как, поверхность с неравномерным синим переливом. Кроме того, в кремний добавляют в определенном количестве мышьяк и бор.

Учёные вплотную изучают вопросы, которые могли бы улучшить выработку электроэнергии в солнечных электростанция при помощи повышения КПД солнечной батареи. Для этого в тонкослойных ячейках может содержаться не только кремний, но и галлий, арсенид, кадмий, медь, селен и многие другие материалы. Так же большой проблемой на пути улучшения эффективности солнечных батарей, является избыточное тепло, которое возникает при нагреве пластин солнечных элементов. Разрабатывается много путей для отвода данного тепла от солнечной батареи. Ведь КПД панелей в редких случаях превышает 25 %.

Типы солнечных батарей

В настоящее время на рынке можно найти пять основных типов солнечных батарей.

Наибольшую популярность получили солнечные батареи из поликристаллических фотоэлементов. Эффективность таких панелей в среднем  составляет 12-14 %.

Панели из монокристаллических фотоэлементов характеризуются более высоким КПД (14-16 %). Такие панели немного дороже чем панели из поликристаллического кремния. Так же ячейки имеют форму многоугольника и из-за этого не полностью заполняют пространство солнечной батареи, что приводит к более низкой эффективности всей батареи по отношению к одной ячейки.

Солнечные батареи из аморфного кремния имеют наименьшую эффективность ( 6-8 %), но в то же время имеют наиболее низкую себестоимость производимой энергии.

Солнечные батареи на основе Теллурид Кадмия (CdTe) представляют собой тонкопленочную технологию производства солнечных проебразователей. Полупроводниковые слои наносят на панель толщиной всего в несколько сотен микрон. Производство является менее вредным для окружающей среды. Эффективность солнечных батарей на основе Теллурид Кадмия составляет порядка 11-12 %.

Солнечные батареи на основе смеси Индия, Галлия, Меди, Селена (CIGS) так же является тонкопленочной технологией производства фотоэлементов.  Эффективность варьируется от 10 до 15 %. Эта технология еще мало распространена на рынке, однако очень быстро развивается.

Немного видеоматериала о том как именно происходит процесс производства солнечной батареи

Типы и особенности солнечных батарей для индивидуальной энергетической установки

Создано 21.03.2012 21:50
Автор: Алексей Норкин

Использование энергии солнца позволяет экономить дорогую электроэнергию, поставляемую в дома энергетическими компаниями, и даже зарабатывать на поставках энергии в электрическую сеть, если таковое предусмотрено местным законодательством.

Главная составляющая домашней солнечной электростанции – солнечные батареи, или фотоэлектрические панели, как их еще называют. Их назначение – прямое преобразование солнечной энергии в электрическую.

Солнечная батарея состоит из отдельных фотоэлектрических элементов, которые соединяясь вместе, обеспечивают необходимую мощность батареи. В настоящее время на рынке можно встретить пять типов солнечных батарей, различающихся материалами, из которых изготовлены их элементы.

Солнечные панели из поликристаллических фотоэлектрических элементов наиболее распространены ввиду оптимального соотношения цены и КПД среди всех разновидностей панелей. Их КПД составляет 12-14%. У элементов, образующих панель, характерный синий цвет и кристаллическая структура.

Поликристаллическая солнечная панель

Солнечные панели из монокристаллических фотоэлектрических элементов более эффективны, но и более дороги в пересчете на ватт мощности. Их КПД, как правило, в диапазоне 14-16%.

Монокристаллическая солнечная панель

Обычно монокристаллические элементы имеют форму многоугольников, которыми трудно заполнить всю площадь панели без остатка. В результате удельная мощность солнечной батареи несколько ниже, чем удельная мощность отдельного ее элемента.

Солнечные батареи из аморфного кремния обладают одним из самых низки КПД. Обычно его значения в пределах 6-8%. Однако среди всех кремниевых технологий фотоэлектрических преобразователей они вырабатывают самую дешевую электроэнергию.

Солнечная панель на основе аморфного кремния

Солнечные панели из теллурида кадмия (CdTe) создаются на основе пленочной технологии. Полупроводниковый слой наносят тонким слоем в несколько сотен микрометров. Эффективность элементов из теллурида кадмия невелика, КПД около 11%. Однако, в сравнении с кремниевыми панелями, ватт мощности этих батарей обходится на несколько десятков процентов дешевле.

Солнечная панель на основе теллурида кадмия

Солнечные панели на основе CIGS. CIGS – это полупроводник, состоящий из меди, индия, галлия и селена. Этот тип солнечных батарей тоже выполнен по пленочной технологии, но в сравнении с панелями из теллурида кадмия обладает более высокой эффективностью, его КПД доходит до 15%.

Солнечная панель на основе CIGS

Потенциальные покупатели солнечных батарей часто задают себе вопрос, сможет ли тот или иной тип фотоэлектрических преобразователей обеспечить необходимую мощность всей системы. Здесь надо понимать, что эффективность солнечных батарей напрямую не влияет на количество вырабатываемой установкой энергии.

Одинаковую мощность всей установки можно получить при помощи любых типов солнечных батарей, однако более эффективные фотоэлектрические преобразователи займут меньше места, для их размещения понадобится меньшая площадь. Например, если для получения одного киловатта электроэнергии потребуется около 8 кв.м. поверхности солнечной батареи на основе монокристаллического кремния, то панели из аморфного кремния займут уже около 20 кв.м.

Приведенный пример, конечно же, не является абсолютным. На выработку электроэнергии фотоэлектрическими преобразователями влияет не только общая площадь солнечных панелей. Электрические параметры любой солнечной батареи определяются в так называемых стандартных условиях тестирования, а именно при интенсивности солнечного излучения 1000 Вт/кв.м. и рабочей температуре панели 25° C.

В странах Центральной и Восточной Европы интенсивности солнечного излучения редко достигает номинального значения, поэтому даже в солнечные дни фотоэлектрические панели работают с недогрузкой. Может показаться, что и температура 25° C тоже встречается не так уж и часто. Однако речь о температуре солнечной панели, а не о температуре воздуха.

В рамках общей тенденции снижения отдаваемой мощности с ростом рабочей температуры, каждый тип солнечных батарей ведет себя по-разному. Так у кремниевых элементов номинальная мощность падает с каждым градусом превышения номинальной температуры на 0,43-0,47%. В то же время элементы из теллурида кадмия теряют всего 0,25%.

(PDF) АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

135

З. А. Казанцев, А. М. Ерошенко, Л. А. Бабкина, А. В. Лопатин

Анализ конструкций солнечных батарей космических аппаратов

The classication covered rigid panel solar arrays, exible substrate solar panels, inatable

solar arrays, self-expanding solar arrays, and solar concentrator panels. In each design group

of this classication, corresponding examples of solar cells are presented. The presented review

and classication makes it possible to track trends in the development of solar array designs

for spacecraft.

Keywords: solar array, spacecraft, mechanical device.

References

[1] Vanke V. A. Kosmicheskie energosistemy [Space Energy Systems]. Moscow, Mashinostroenie, 1990, 144 p. (In

Russian)

[2] Screbushevsky B. S. Kosmicheskie energeticheskie ustanovki s preobrazovaniem solnechnoj energii [Space Energy

Installations with Solar Energy Conversion]. Moscow, Mashinostroenie, 1992, 224 p. (In Russian)

[3] Gushchin V. N. Osnovy ustrojstva kosmicheskogo apparata [Basics of the device of the spacecraft]. Moscow,

Mashinostroenie, 2003, 272 p. (In Russian)

[4] Alfers J. I., Andreev V. M., Rumyantsev V. D. Tendencii i perspektivy razvitiya solnechnoj fotoenergetiki. Fizika i

tekhnika poluprovodnikov [Trends and prospects for the development of solar photoenergy. Physics and technique of

semiconductors]. 2004, vol. 38, issue 8, pp. 937–948. (In Russian)

[5] Rauschenbach H. S. Solar cell array design handbook, 1976, 578 p.

[6] Raushenbach G. Spravochnik po proektirovaniyu solnechnyh batarej [The Handbook of Solar Design]. Moscow,

Energoatomizdat, 1983, 360 p. (In Russian)

[7] Jones A. P., Spence B. R. Spacecraft solar array technology trends. IEEE, 1998, pp. 1–13.

[8] Bellan N. V., Bezruchko K. B, Eliseev V. B., Kovalevsky V. V., Letin V. A., Podazov V. P., Fedorovsky A. N. Bortovye

energosistemy kosmicheskih apparatov na osnove solnechnyh i himicheskih batarej [Onboard spacecraft power

system based on solar and chemical batteries. Part 1]. Kharkov, Kharkov Aviation Institute, 1992, 191 p. (In Russian)

[9] Fiore J., Kramer R., Larkin P., Grebenstein E. Mechanical design and verication of the TOPEX/Poseidon deployable

solar array, AIAA, 1994, pp. 125–135.

[10] Garner J. C. Clementine gallium arsenide/germanium solar array // Journal of propulsion and power, 1996, vol. 12,

no. 5, pp. 847–851.

[11] Fiebrich H., Haines J. E., Tonicello F. Power system design of the Rosetta Spacecraft // 2nd International Energy

Conversion Engineering Conference, Providence, Rhode Island, 2004, pp. 1–7.

[12] Cadogan D. P., Lin J. K. Inatable solar array // 37th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, NV, 1999,

pp. 1–9.

[13] Hausgen P. E. AFRL thin lm solar cell development and upcoming ight experiments // 2nd International Energy

Conversion Engineering Conference. Providence, Rhode Island. 2004. pp. 1–7.

[14] Piszczor M. F. Thin lm photovoltaic blanket & array technology development within NASA // 1st International

Energy Conversion Engineering Conference, Portsmouth, Virginia, 2003, pp. 1–10.

[15] Jones P. A., White S. F., Harvey J., Smith B. S. A high specic power solar array for low to mid-power spacecraft,

1994, pp. 1–12.

[16] Redell F. H., Lichodziejewski D. Power-scalable ination-deployed solar arrays // 45th AIAA/ASME/ASCE/AHS/

ASC Structures, Structural Dynamics & Materials Conference, Palm Springs, California, 2004, pp. 1–8.

[17] Peypoudat V., Defoort B., Lacour D., Brassier P. Development of a 3.2 m-long inatable and rigidizable solar array

breadboard // 46th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics & Materials Conference, Austin,

Texas, 2005, pp. 1–8.

[18] Stubstad J. M., Lehman D., Stella P. M., Garza R., Murphy D. M, Allen D. M. SCARLET and Deep Space 1:

successfully validating advanced solar array technology // 37th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno,

NV, 1999, pp. 1–11.

[19] Stella P. M., Nieraeth D. G., Murphy D. M., Eskenazi M. I., Stubstad J., Highway J. D. Validation of the SCARLET

advanced array on DS1 // Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, 1999, pp. 1–9.

[20] O’Neill M. J., McDanal A. J., Brandhorst H. W., Piszczor M. F., George P. J., Edwards D. L., Eskenazi M. I.,

Botke M. M., Jaster P. A. The stretched lens array (SLA): a low-risk, cost-ective concentrator array oering wing-

level performance of 180 w/kg and 300 w/M2 at 300 VDC // 37th Intersociety Energy Conversion Engineering

Conference, Washington DC, 2002, pp. 1–6.

[21] Piszczor M. F., O’Neill M. J., Eskenazi M. I., Brandhorst H. W. The stretched lens array SquareRigger (SLASR)

for space power // 4th International Energy Conversion Engineering Conference and Exhibit (IECEC), San Diego,

California, 2006, pp. 1–8.

Каскадная солнечная батарея

Настоящее изобретение касается панелей (установок) солнечных батарей, в частности каскадной солнечной батареи.

При эпитаксии III-V тандемных (многопереходных) солнечных батарей применяют так называемые метаморфные буферы, чтобы с высоким качеством осадить на метамормных буферах слои полупроводника из материалов с другими константами решетки, нежели у подложки, либо же из слоев, расположенных ниже буфера. Посредством метаморфного буфера формируют так называемую виртуальную подложку с константной решетки, отличной от константы решетки исходной подложки. Благодаря этому можно расширить возможности для выбора материалов, например, для различных элементов многопереходной солнечной батареи, а также повысить коэффициент полезного действия многопереходной солнечной батареи.

Желательно, чтобы константа решетки метаморфного буфера в процессе изготовления в общем случае увеличивалась. Из-за этого большинство слоев буфера находятся под напряжением сжатия, причем по сравнению с буфером, находящимся под напряжением растяжения, сдвиги формируются более однородно, в частности, возникает меньше трещин. Кроме того, желательно, чтобы все слои метаморфного буфера были прозрачны для света с определенной длиной волны, так чтобы свет можно было использовать для фотоэлектрического преобразования энергии в дальнейших солнечных батареях.

Из публикации A. Zakaria, Richard R. King, M. Jackson, and M. S. Goorsky; Comparison of arsenide and phosphide based graded buffer layers used in inverted metamorphic solar cells; J. Appl. Phys. 112, 024907 (2012) известны несколько каскадных солнечных батарей в каждом случае с одним метаморфным буфером. Кроме того, из патента США US 2013/0312818 A1 известна каскадная солнечная батарея, как показано на представленной фиг. 4. Метаморфные каскадные солнечные батареи раскрыты также в публикации W. Guter, J. Schцne, S.P. Philipps, M. Steiner, G. Siefer, A. Wekkeli, E. Welser, E. Olivia, A. Bett и F. Dimroth; Current-matched triple-junction solar cell reaching 41.1% conversion efficiency under concentrated sunlight; Applied Physics Letters 94, 223504, 2009.

Другие каскадные солнечные батареи с метаморфными буферами раскрыты в публикации J. Schцne, „Kontrolle von Spannungsrelaxation und Defektbildung in metamorphen III-V Halbleiterheterostrukturen fur hocheffiziente Halbleiter-Solarzellen («Контроль релаксации напряжения и формирования дефектов в метаморфных III-V полупроводниковых гетероструктурах для высокоэффективных полупроводниковых солнечных батарей»), диссертация 2009 г., Технический факультет, Киль.

Также в случае метаморфных буферов желательно, чтобы напряжение в решетке снималось путем формирования сдвигов и других дефектов кристаллов уже в буферах, причем дефекты кристаллов по возможности локализовывались бы в буфере. В частности, следует воспрепятствовать тому, чтобы прорастающие дислокации проникали в другие части стопки слоев полупроводника. Для этих целей предпочтительно сделать так, чтобы в метаморфных буферах твердость буферных слоев возрастала с константой решетки, чтобы, в частности, снизить распространение смещений в расположенные выше слои и/или затруднить релаксацию расположенных выше слоев. В отличие от этого, публикация V. Klinger, T. Roesener, G. Lorenz, M. Petzold und F. Dimroth; Elastische und plastische Eigenschaften von III-V Halbleitern fur metamorphe Pufferstrukturen («Эластические и пластические свойства III-V полупроводников для метаморфных буферных структур»), 27-я конференция DGKK, эпитаксия полупроводников III/V; Эрланген, 6-7 декабря 2012 г., сообщает, что для метаморфного буфера, соответствующего фигуре 5 настоящей заявки из трехкомпонентного соединения Al0,4InxGa0,6-x (0<х<0.6), в котором элемент Галлий последовательно заменяют индием, константа решетки возрастает с содержанием индия, в то время как нанотвердость снижается, что изображено в виде сплошной линии на представленной фигуре 2.

На этом фоне задача изобретения состоит в том, чтобы представить устройство, улучшающее нынешний уровень техники.

Задачу решают посредством каскадной солнечной батареи, обладающей признаками, описанными в пункте 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты исполнения изобретения представляют собой предмет зависимых пунктов.

В соответствии с объектом изобретения представлена каскадная солнечная батарея с первой полупроводниковой солнечной батареей, причем в первой полупроводниковой солнечной батарее имеется р-n переход из первого материала с первой константой решетки, и со второй полупроводниковой солнечной батареей, причем во второй полупроводниковой солнечной батарее имеется р-n переход из второго материала со второй константой решетки, и причем первая константа решетки меньше, чем вторая константа решетки, и у каскадной солнечной батареи имеется метаморфный буфер, причем метаморфный буфер включает в себя последовательность из первого, нижнего слоя AlInGaAs или AlInGaP, и второго, среднего слоя AlInGaAs или AlInGaP, и третьего, верхнего слоя AlInGaAs или AlInGaP, и метаморфный буфер сформирован между первой полупроводниковой солнечной батареей и второй полупроводниковой солнечной батареей, причем константа решетки метаморфного буфера изменяется по толщине, то есть вдоль последовательности слоев метаморфного буфера, и причем между по меньшей мере двумя слоями метаморфного буфера константа решетки и содержание индия увеличивается, а содержание алюминия снижается. Подразумевается, что три слоя непосредственно следуют друг за другом, или что как между первым слоем и вторым слоем, так и/или между вторым слоем и третьим слоем образованы и другие слои.

Следует отметить, что количество слоев метаморфного буфера составляет по меньшей мере три, однако, в зависимости от варианта применения можно изготавливать и слои в количестве шесть или вплоть до тридцати или более отдельных слоев. Кроме того, следует отметить, что отдельные слои метаморфного буфера выполнены в общем случае тонкими, предпочтительно менее 600 нм, а наиболее предпочтительно — менее 300 нм. Кроме того, данные о константе решетки некоторого материала всегда относятся к ненапряженному состоянию. В частности, в месте соединения двух слоев константы решетки обоих лежащих друг на друге слоев по горизонтали (in-plane) приблизительно одинаковы, в то время как вертикальные (out-of-plane) константы решетки и константа решетки в случае отсутствия напряжения различаются.

Преимущество устройства согласно изобретению состоит в том, что благодаря высокому содержанию алюминия в первом, нижнем слое метаморфного буфера, несмотря на еще более увеличивающуюся константу решетки по сравнению с подлежащим слоем и по сравнению со слоем, лежащим выше, в пределах буфера формируется особо мягкий слой, то есть слой с меньшей нанотвердостью. В дальнейшем термином «нанотвердость» обозначают твердость данного конкретного слоя буфера. Следует отметить, что в пределах отдельного слоя нанотвердость рассматривают в первом приближении как величину однородную и постоянную. Кроме того, необходимо отметить, что термином «нижний первый слой» обозначают тот слой, который сформирован ближе всего к первой полупроводниковой солнечной батарее. Формирование первого слоя облегчает формирование дислокаций сдвига в первом нижнем слое. Исследования показали что сдвиги предпочтительно формируются в первом слое и остаются в первом слое, а не проникают в активные слои полупроводниковых солнечных батарей, расположенные ниже и/или выше. Благодаря этому удается воспрепятствовать нежелательному уменьшению длины диффузии носителей зарядов в активных слоях и уменьшению коэффициента полезного действия полупроводниковых солнечных батарей в каскадной солнечной батарее. Иными словами, формирование первого слоя с максимальным содержанием алюминия по сравнению с другими слоями метаморфного буфера, а также по сравнению с другими слоями, находящимися непосредственно в соединении с материальным замыканием с метаморфным буфером, в первый слой вводят своего рода «намеченный участок разрушения», поскольку первый слой выполнен особо мягким по сравнению с окружающими слоями.

Если жесткость полупроводниковых слоев в метаморфном буфере согласно изобретению возрастает с константой решетки, то многократно подавляется релаксация слоев с большей константой решетки и большей твердостью, прежде чем практически полностью не пройдет релаксация слоев с меньшей константой решетки и меньшей жесткостью. Подразумевается, что в каждом случае самый мягкий слой, не релаксировавший полностью, формирует «намеченный участок разрушения».

Еще одно преимущество состоит в том, что введение первого слоя уменьшает изгиб полупроводниковой подложки под воздействием стрессовом сжатии или растяжении. В частности, при нарастании других слоев в процессе эпитаксии удается добиться лучшей однородности и лучшей воспроизводимости роста слоев, и все слои каскадной солнечной батареи можно изготавливать по месту (in situ). Благодаря этому можно просто и недорого, а также с высоким коэффициентом полезного действия выращивать друг на друге полупроводниковые солнечные батареи с сильно отличающимися константами решетки либо же, соответственно, межзонным интервалом, который в дальнейшем также называют энергетическим зазором, в рамках одного процесса эпитаксии. «Намеченный участок разрушения» в пределах метаморфного буфера надежным образом облегчает формирование дефектов или сдвигов, что способствует релаксации стопки слоев полупроводника, причем в силу профиля градиента твердости одновременно подавляется распространение дефектов и сдвигов на участки за пределами метаморфного буфера.

Другое преимущество состоит в том, что каскадная солнечная батарея согласно объекту изобретения после ее изготовления обладает меньшим остаточным напряжением. В результате повышаются безопасность работы и коэффициенты полезного действия каскадной солнечной батареи.

Еще одно преимущество состоит в том, что множество полупроводниковых солнечных батарей с различными константами решетки и энергетическими зазорами можно просто собирать в каскадную солнечную батарею так, чтобы общий коэффициент полезного действия каскадной солнечной батареи повышался.

В усовершенствованном варианте в последовательности трех слоев метаморфного буфера содержание индия и константа решетки в каждом случае от одного слоя к следующему слою возрастает, а содержание алюминия падает. Особо предпочтительно, если между по меньшей мере двумя слоями метаморфного буфера содержание индия возрастает по меньшей мере на 1%, а содержание алюминия по меньшей мере на 1% снижается.

В усовершенствованном варианте у первого слоя метаморфного буфера константа решетки больше, чем у первой полупроводниковой солнечной батареи. В предпочтительном усовершенствованном варианте содержание алюминия в первом слое больше или по меньшей мере такое же, как и содержание алюминия всех других слоев метаморфного буфера. Исследования показали, что сдвиги формируются предпочтительно в первом самом мягком слое метаморфного буфера.

В предпочтительной форме исполнения константа решетки метаморфного буфера в направлении второй полупроводниковой солнечной батареи предпочтительно возрастает от слоя к слою в каждом случае по меньшей мере на 0,003 Ǻ, а наиболее предпочтительно, в каждом случае, по меньшей мере на 0,005 Ǻ.

В усовершенствованном варианте слой метаморфного буфера обладает третьей константой решетки. Третья константа решетки больше, чем константа второй полупроводниковой солнечной батареи. Исследования показали, что благодаря этому можно дополнительно улучшить релаксацию метаморфного буфера.

В предпочтительной форме исполнения у метаморфного буфера имеется четвертый слой, расположенный над третьим слоем и соединенный с ним с материальным замыканием. Константа решетки четвертого слоя меньше, чем константа решетки третьего слоя. В подробных исследованиях удалось показать, что искривление подложки из-за метаморфного роста можно дополнительно оптимизировать, выбрав подходящую константу решетки и толщину четвертого слоя.

В одной предпочтительной форме исполнения в пределах последовательности слоев метаморфного буфера сформированы только слои AlInGaAs или только слои AlInGaP.

В усовершенствованном варианте в случае последовательности четырех слоев у первого слоя константа решетки и нанотвердость меньше, чем у второго слоя, а у третьего слоя константа решетки и нанотвердость выше, чем у второго слоя. Кроме того, предусмотрен четвертый слой, и у него меньше константа решетки и меньше нанотвердость, чем у третьего слоя. Из-за этого релаксация рассогласования решеток подлежащих слоев улучшается благодаря формированию дальнейших дислокаций сдвига. В предпочтительной форме исполнения у последовательности трех слоев первый слой соединен со вторым слоем, а второй слой — с третьим слоем, с материальным замыканием.

В другой форме исполнения предусмотрена третья полупроводниковая солнечная батарея, причем между второй полупроводниковой солнечной батареей и третьей полупроводниковой солнечной батареей сформирован еще один метаморфный буфер. Иными словами, во всей каскадной солнечной батарее сформированы два метаморфных буфера, отделенных друг от друга в пространстве по меньшей мере одной солнечной батареей. В другой форме исполнения между двумя полупроводниковыми солнечными батареями сформирована последовательность двух метаморфных буферов. Кроме того, предпочтительно, чтобы в каждой полупроводниковой солнечной батарее содержался P/N переход. Также следует отметить, что слои метаморфного буфера не являются частью pn-перехода туннельного диода.

Ниже дано подробное описание изобретения с опорой на чертежи. При этом подобные элементы обозначены одинаково. Представленные формы исполнения очень схематичны, то есть расстояния, а также значения протяженности по горизонтали и по вертикали представлены без соблюдения масштаба и не находятся друг с другом (если не указано иное) в геометрических соотношениях, которые можно из чего-то вывести.

Представлены:

Фигура 1 первая форма исполнения согласно изобретению каскадной солнечной батареи с метаморфным буфером,

Фигура 2 нанотвердость в зависимости от константы решетки для различных стехиометрических соотношений.

Фигура 3а другое изображение формы исполнения каскадной солнечной батареи с фигуры 1 с метаморфным буфером,

Фигура 3b изображение другой формы исполнения каскадной солнечной батареи с фигуры 1 с метаморфным буфером,

Фигура 3с еще одна форма исполнения согласно изобретению с двумя метаморфными буферами,

Фигура 4 изображение метаморфных буферов согласно нынешнему уровню техники,

Фигура 5 изображение метаморфных буферов согласно нынешнему уровню техники.

Иллюстрация на фигуре 1 демонстрирует схематическое изображение первой формы исполнения, включающее в себя каскадную солнечную батарею 10 с полупроводниковой солнечной батареей IGP, причем у полупроводниковой солнечной батареи IGP имеется р-n переход из материала с константой решетки, и с первой полупроводниковой солнечной батареей GA, причем в первой полупроводниковой солнечной батарее GA имеется р-n переход из первого материала с первой константой решетки, и со второй полупроводниковой солнечной батареей IGA, причем во второй полупроводниковой солнечной батарее IGA имеется р-n переход из второго материала со второй константой решетки, и причем первая константа решетки соответствует второй константе решетки (подгонка по решетке), а третья константа решетки больше, чем вторая константа решетки. Между второй полупроводниковой солнечной батареей GA и третьей полупроводниковой солнечной батареей IGA каскадной солнечной батареи 10 сформирован метаморфный буфер 40, чтобы опосредовать различные константы решетки двух полупроводниковых солнечных батарей GA и IGA. Падение света L на каскадную солнечную батарею 10 происходит через полупроводниковую солнечную батарею IGP. Подразумевается, что обозначения отдельных солнечных батарей GA, IGA, IGP указывают на предпочтительно применяемые химические вещества, то есть GA означает арсенид галлия, IGA — индий и арсенид галлия, а IGP фосфид индия и галлия.

При изображении отдельных слоев метаморфного буфера 40 представленная ширина данного конкретного слоя является мерой константы по горизонтали (in-plane) решетки а данного конкретного слоя. У отдельных слоев константа решетки а представлена отчасти как постоянная, а также как возрастающая или как уменьшающаяся по толщине слоя. Подразумевается, что на границе раздела между двумя слоями обе константы по горизонтали (in-plane) решетки а (также обозначаемые как латеральные константы решетки а) встречающихся друг с другом слоев приблизительно равны.

В настоящем случае метаморфный буфер 40 состоит в общей сложности из шести отдельных слоев. На первой солнечной батарее GA сформирован первый метаморфный слой MP1 метаморфного буфера 40 с несколько большей константой решетки, чем константа решетки первой солнечной батареи GA. Далее сформирован располагаемый на первом слое MP1 второй метаморфный слой МР2 с несколько большей константой решетки, чем константа решетки первого метаморфного слоя MP1. Далее сформирован располагаемый на втором слое МР2 третий метаморфный слой МР3 с несколько большей константой решетки, чем константа решетки второго метаморфного слоя МР2. Далее сформирован располагаемый на третьем слое МР3 четвертый метаморфный слой МР4 с несколько большей константой решетки, чем константа решетки третьего метаморфного слоя МР3. Далее сформирован располагаемый на четвертом слое МР4 пятый метаморфный слой МР5 с несколько большей константой решетки, чем константа решетки четвертого метаморфного слоя МР4. Далее сформирован располагаемый на пятом слое МР5 шестой метаморфный слой МР6 с несколько меньшей константой решетки, чем константа решетки пятого метаморфного слоя МР5. Затем сформирована располагаемая на шестом слое МР6 вторая солнечная батарея IGA.

Для пояснения формы исполнения согласно изобретерию параллельно каскадной солнечной батарее на первой диаграмме D1 и на второй диаграмме D2 приведены выбранные физические параметры для участка метаморфного буфера между первой полупроводниковой солнечной батареей GA и второй полупроводниковой солнечной батареей IGA. На первой диаграмме D1 по оси x отложены значения константы решетки а (штриховая линия) и значения энергетического зазора Eg (пунктирная линия), а вдоль оси у представлена последовательность отдельных слоев буфера 40. На второй диаграмме D2 по оси x представлены значения содержания индия (штрихами) и содержания алюминия (пунктиром) (In)GaP либо же, соответственно (Al)InGaAs, в то время как вдоль оси у опять же представлена последовательность отдельных слоев буфера 40. На диаграмме D2 в каждом случае изменения содержания индия и алюминия обозначены только химическим символом In и Al. В дальнейшем из соображений обзорности приводятся только полные наименования соответствующих химических элементов.

На первой диаграмме D1 видно, что константа решетки а возрастает, начиная с первой полупроводниковой солнечной батареи GA и до пятого метаморфного слоя МР5, а в шестом метаморфном слое МР6 снижается, чтобы в следующей второй солнечной батарее IGA оставаться неизменной. Из соображений обзорности изменения константы решетки а в ненапряженном состоянии показаны ступенчатыми. Следует, однако, отметить, что константа решетки по горизонтали в тонких (в общем случае) слоях буфера изменяется приблизительно непрерывно (плавно). В настоящем документе тонкими слоями называют слои толщиной менее 600 нм. В отличие от профиля константы решетки а энергетический зазор Eg при переходе от второй солнечной батареи к первому метаморфному слою MPI увеличивается скачкообразно. При прохождении от первого метаморфного слоя MPI до пятого метаморфного слоя МР5 включительно энергетический зазор Eg ступенчато уменьшается. От пятого метаморфного слоя МР5 к шестому метаморфному слою МР6 энергетический зазор Eg снова увеличивается, чтобы наконец при переходе от шестого метаморфного слоя МР6 ко второй солнечной батарее IGA упасть ниже уровня первой солнечной батареи GA.

На второй диаграмме D2 видно, что содержание алюминия в первом метаморфном слое MPI максимально по сравнению с последующими слоями МР2-МР6. Начиная с первого слоя MPI содержание алюминия в последующих слоях МР2-МР6 ступенчато снижается, причем в слое МР6 содержание алюминия самое минимальное.

В противоположность траектории изменений содержания алюминия содержание индия от первого метаморфного слоя MPI до пятого метаморфного слоя МР5 включительно ступенчато возрастает. Затем, начиная с пятого метаморфного слоя МР5 к шестому метаморфному слою МР6 содержание индия снова падает. Иными словами, содержание индия в пятом метаморфном слое МР5 самое максимальное в метаморфном буфере. Здесь также необходимо отметить, что из соображений обзорности отдельные композиции в каждом конкретном слое изображены однородными. Подразумевается, однако, что по меньшей мере на поверхностях раздела между двумя слоями, лежащими друг на друге, состав (композиция) может изменяться практически непрерывным образом.

На иллюстрации фигуры 2 изображена зависимость нанотвердости NH от константы решетки а для различных композиций полупроводниковых соединений AlyInxGal-x-yAs. В дальнейшем из соображений обзорности приводится только обозначение композиции полупроводниковых соединений по химической формуле.

Сплошной линией показана известная траектория, которая уже упоминалась в начале описания. Далее исследования (результаты которых изображены штриховой линией) показали, что, начиная от двухкомпонентного соединения AlAs, через трехкомпонентное соединение Al1-xInxAs к бинарному соединению InAs, то есть при последовательной замене алюминия на индий, константа решетки а возрастает, начиная от двухкомпонентного AlAs, в то время как нанотвердость NH падает до минимума, пока содержание индия не достигнет приблизительно 0. 6, а затем с продолжением роста содержания индия нанотвердость NH снова возрастает, причем в конечном итоге элемент In (индий) полностью заменяет элемент Al (алюминий). Недостаток такой траектории — это то, что нанотвердость NH возрастает лишь при очень больших константах решетки а и при очень высоких значениях содержания индия, выше 0.6. Если в данном случае константа решетки третьей солнечной батареи IGA меньше, чем таковая Al0.4In0.6As, то добиться того, чтобы твердость возрастала с константой решетки, не удается.

Другие исследования, результаты которых изображены штрихпунктирной линией, показали, что благодаря комбинации элементов алюминия, индия и галлия согласно изобретению, в частности, для четырехкомпонентного соединения AlyInxGal-x-yAs уже при малых значениях содержания индия можно добиться роста нанотвердости NH с константой решетки а. В связи с этим, в частности, начиная с AlyGal-yAs или AlyInxGal-x-yAs, посредством замены алюминия индием нанотвердость сначала снижают, после чего благодаря надлежащей замене алюминия индием и галлием нанотвердость NH снова возрастает при значительно меньших константах решетки а, чем в случае штрихового графика. Другими словами, роста нанотвердости NH с константой решетки а в этом случае удается добиться при содержании индия значительно ниже 0.6, то есть при малых константах решетки.

Выгодно, что практически в любом месте в пределах метаморфного буфера можно ввести отдельные слои с более высокой нанотвердостью NH, чем у подлежащих слоев, при малых константах решетки а, чтобы в силу этого повлиять на распространение сдвигов и релаксации. При этом предпочтительно, чтобы релаксация имела место в мягком слое. Необходимость в формировании дополнительных так называемых блокирующих слоев вне метаморфного буфера отпадает.

На иллюстрации, представленной на фигуре 3а, еще раз изображена каскадная солнечная батарея с последовательностью слоев, соответствующей фигуре 1. Ниже поясняются только отличия от формы исполнения на фигуре 1. На диаграмме D1 представлен график нанотвердости NH для первых пяти слоев MP1-МР5. Согласно этому графику нанотвердость NH первого слоя MP1 является максимальной и ступенчато снижается, пока не достигает минимального значения в третьем слое МР3, чтобы затем снова ступенчато подняться до пятого слоя МР5, несмотря на продолжающую увеличиваться константу решетки а. Благодаря этому в середине буфера 40 сформирован особо мягкий слой МР3. Хотя твердость слоя МР5 может быть ниже, чем у слоя MPI, твердость буфера у слоев МР3 МР5 возрастает при более высоких константах решетки и подавляет распространение сдвигов.

На иллюстрации, представленной на фигуре 3b, изображена еще одна каскадная солнечная батарея с последовательностью слоев, соответствующей фигуре 1. Ниже поясняются только отличия от формы исполнения на фигуре 1. На диаграмме D2 представлен график содержания алюминия для первых пяти слоев буфера MP1-МР5. При этом содержание алюминия в слоях MP1 и МР2 одинаково, но при переходе к слою МР3 оно снижается. У слоев МР3 и МР4 содержание алюминия так же одинаково, а у слоя МР5 оно еще ниже. На диаграмме D1 представлен график нанотвердости NH для первых пяти слоев MP1-МР5 Согласно ему нанотвердость NH первого слоя MP1 имеет максимальное значение и ступенчато снижается до второго слоя МР2, чтобы снова ступенчато возрасти к третьему слою МР3. При этом, однако, нанотвердость NH третьего слоя МР3 меньше, чем нанотвердость NH первого слоя MP1. Начиная с третьего слоя МР3, нанотвердость NH ступенчато снижается к четвертому слою МР4, причем нанотвердость NH четвертого слоя МР4, однако, ниже, чем нанотвердость NH второго слоя МР2. Начиная с четвертого слоя МР4, нанотвердость NH ступенчато повышается к пятому слою МР5, причем нанотвердость NH пятого слоя МР5, однако, меньше, чем нанотвердость NH третьего слоя МР3 и меньше, чем нанотвердость NH первого слоя MP1.

Преимущество формирования нескольких минимумов, применительно также к значениям нанотвердости NH, состоит в том, что релаксация, если она вообще возникает, развивается преимущественно в мягких слоях в пределах буфера, а распространение сдвигов в полупроводниковых солнечных батареях эффективно подавляют с помощью нескольких мягких слоев буфера.

Иллюстрация на фигуре 3с представляет вторую форму исполнения согласно изобретению с последовательностью двух лежащих друг на друге метаморфных буферов, то есть метаморфного буфера 40 и еще одного метаморфного [буфера] 50. Ниже поясняются только отличия от формы исполнения, изображенной на фигуре 1. На второй солнечной батарее с другой или же с одинаковой второй константой решетки, обозначенной как IGA1 вместо IGA, сформирован второй метаморфный буфер 50 с последовательностью в общей сложности пяти метаморфных слоев, начиная с седьмого метаморфного слоя МР7 и до одиннадцатого метаморфного слоя МР11 включительно. К одиннадцатому метаморфному слою MP 11 примыкает третья солнечная батарея IGA2. Константа решетки а второго метаморфного буфера 50 в среднем больше, чем средняя константа решетки а первого буфера 40. Видно, что графики (профиль) константы решетки у последовательности слоев каждого конкретного буфера сравнимы друг с другом, то есть у предпоследнего слоя первого буфера 40 и предпоследнего слоя второго метаморфного буфера 50 константа решетки а максимальна в пределах данного конкретного буфера.

Из соображений обзорности первая диаграмма D1 для обоих буферов не изображена. На второй диаграмме D2 представлены график изменений концентрации алюминия и график изменений концентрации индия для обоих буферов 40 и 50. Из нее следует, что в пределах первого буфера 40 у первого слоя MP1 и второго слоя МР2 концентрация алюминия одинакова и одновременно максимальна в пределах первого буфера 40. Начиная со второго слоя МР2, концентрация алюминия ступенчато снижается к третьему слою МР3 и четвертому слою МР4, причем концентрация алюминия в третьем слое МР3 и в четвертом слое МР4 одинакова. От четвертого слоя МР4 концентрация алюминия ступенчато снижается к пятому слою МР5, а к шестому слою МР6 снова ступенчато возрастает. При этом концентрация алюминия в шестом слое МР6, однако, ниже, чем концентрация алюминия в четвертом слое МР4. Какая-либо концентрация алюминия во второй солнечной батарее IGA1 отсутствует.

Во втором буфере 5 седьмой слой МР7 характеризуется максимальной концентрацией алюминия. Начиная с седьмого слоя МР7, концентрация алюминия ступенчато снижается от слоя к слою вплоть до десятого слоя.

Что касается концентрации индия, то в первом буфере 40, начиная с первого слоя MP1 и до пятого слоя МР5, создан ступенчатый подъем от слоя к слою. Начиная с пятого слоя МР5 при переходе к шестому слою МР6 и второй полупроводниковой солнечной батарее IGA1, концентрация индия ступенчато снижается приблизительно до значения концентрации, соответствующего четвертому слою МР4, чтобы в прохождении дальнейшей последовательности слоев вплоть до седьмого слоя МР7 во втором буфере 50 снова ступенчатым образом возрасти. Начиная с седьмого слоя МР7 вплоть до десятого слоя MP 10 от слоя к слою сформировано ступенчатое увеличение в концентрации индия. Начиная с десятого слоя MP 10 к одиннадцатому слою МНИ концентрация индия ступенчатым образом снижается приблизительно до концентрации, соответствующей девятому слою МР9.

Необходимо отметить, что предпочтительно сформировать графики (траектории) нанотвердости NH, представленные в контексте второй и третьей форм исполнения согласно изобретению, также и в четвертой форме исполнения. Подразумевается, что различные формы графика нанотвердости NH можно также комбинировать.

Преимуществом является тот факт, что изготовлением последовательности многослойных метаморфных буферов можно без каких-либо трудностей компенсировать более значительные различия в решетках отдельных полупроводниковых солнечных батарей, которые укладывают друг на друга по месту. При этом возможные сдвиги надежно гасятся (улавливаются) в более мягких слоях метаморфных буферов 40 и 50.

На фигуре 4 и на фигуре 5 также показаны соответствующие нынешнему техническому уровню формы исполнения метаморфного буфера 100. В настоящем случае метаморфный буфер 100 также состоит из шести метаморфных слоев, обозначенных от МРА до MPF. На обеих фигурах 4 и 5 из соображений обзорности графики (профили) для констант решеток а либо же, соответственно, для энергетического зазора Eg, нанотвердости NH представлены на каждой конкретной первой диаграмме D1, а графики концентрации алюминия и концентрации индия — на соответствующей диаграмме D2. Ниже даны пояснения только отличий от форм исполнения согласно изобретению.

Применительно к форме исполнения, представленной на фигуре 4, видно, что согласно первой диаграмме D1 нанотвердость NH ступенчатым образом снижается, начиная с первого слоя МРА и вплоть до пятого слоя МРЕ буфера 100. На второй диаграмме D2 концентрация алюминия в пределах буфера 100 постоянна. Эту комбинацию материалов на нынешнем уровне техники часто выбирают такой, чтобы все слои буфера обладали достаточной прозрачностью для света, который еще можно использовать для фотоэлектрического преобразования энергии в расположенных ниже солнечных батареях. Для релаксации, это однако, является недостатком.

На фигуре 5 график нанотвердости NH соответствует форме исполнения на фигуре 4, в то время как концентрация алюминия в пределах буфера 100 постоянно возрастает ступенчатым образом. Эту комбинацию материалов на нынешнем уровне техники часто выбирают такой, чтобы все слои буфера обладали достаточной прозрачностью для света, который еще можно использовать для фотоэлектрического преобразования энергии в расположенных ниже солнечных батареях. Слои AlInGaAs и AlInGaP с меньшими значениями содержания индия либо же, соответственно, с меньшими константами решетки, как правило, все равно более прозрачны, чем слои с более высоким содержанием индия. Таким образом, для слоев с малым содержанием индия можно также выбрать меньшее содержание алюминия, чтобы обеспечить достаточную прозрачность. Это, однако, тоже представляет собой недостаток для релаксации.











В чем польза и особенности солнечных батарей

Проблема загрязнения окружающей среды стоит достаточно остро в наши дни. Ученые всего мира ищут способы получения энергии с наименьшим нанесением вреда природе.
Люди уже научились добывать энергию при помощи воды и ветра. На очереди солнце. Но так ли безвредны солнечные батареи?

Особенности работы солнечных батарей

Одним из таких устройств, преобразующих солнечную энергию, является солнечная батарея. Это конструкция состоит из фотоэлементов с защитным покрытием. Фотоэлементы являются полупроводниками, которые и превращают солнечную энергию в электрическую.

Главный плюс такого изобретение есть доступность источника энергии. А всемирный масштаб потребления энергии будет ниже, чем ее потенциал.
Ни солнечная панель, ни само Солнце не требуют затрат на содержание. Деньги понадобиться только на покупку, установку или ремонт панелей. Кроме того, Солнце – это неиссякаемый источник, поэтому выработка энергии происходит постоянно.

Производство солнечной энергии безвредно для окружающей среды, так как при производстве энергии не выбрасываются в атмосферу тонны вредных веществ. Что свидетельствует об экологичности такого способа.
Для тех, кому важна тишина, солнечные панели являются навесом золота. Потому что они абсолютно бесшумны.
Срок службы системы составляет 25 лет.

Получается, что солнечные батареи совсем безвредны и для природы, и для человека. Но все же, они имеют несколько минусов:

1. Зависят от погодных условий.
2. Высокая себестоимость.
3. Большой объем занимаемой площади.

Минусом также является тот факт, что при длительном использовании коэффициент полезного действия снижается, а это значит, что придется потратиться на покупку новых панелей.
Но в целом польза солнечных панелей объективно доказана. И каждый человек может приложить руку к процессу защиты окружающей среды, установив такую систему у себя дома.

Разумеется, комфорт и долговечность панелей зависят от производителя. Выбирайте только проверенных производителей и поставщиков солнечных батарей.

Мы предлагаем только эффективные и качественные монокристаллические, так и поликристаллические солнечные панели собственного производства. А также удобные портативные солнечные панели для зарядки гаджетов. 

Хранение солнечных батарей — Определение | Солнечные Термины

Показатели времени использования (TOU)

В зависимости от вашего коммунального предприятия у вас может быть тарифный план с учетом времени использования. Это означает, что в зависимости от времени суток, в которое вы используете свою энергию, с вас будет взиматься плата по разным тарифам. Цены на электроэнергию самые высокие, когда спрос на электроэнергию достигает пика; обычно после работы до вечера.

Наличие солнечной батареи может помочь уменьшить количество электроэнергии, которое вы обычно покупаете в часы пик.Он может накапливать дополнительную энергию, вырабатываемую вашими солнечными панелями в течение дня, чтобы вы могли использовать ее по более дорогим тарифам. Пиковые ставки TOU могут быть вдвое выше, чем в непиковые часы. Таким образом, система хранения на солнечных батареях может быстро окупиться.

Чистое измерение

Многие коммунальные предприятия постепенно отказываются от своих программ чистого измерения и больше не предлагают полные кредиты за электроэнергию, которую вы продаете обратно в сеть. Часто вы продаете электроэнергию по сниженной оптовой цене, а затем покупаете ее обратно в сети по полной розничной цене.Если у вас возникла такая ситуация с вашей коммунальной услугой, более ценно хранить электроэнергию для последующего потребления в вашем доме.

Важные факторы при покупке солнечной аккумуляторной батареи

Вместимость и мощность

Эти два фактора важны для понимания количества электричества, которое может хранить батарея солнечной панели, и того, сколько электричества она может обеспечить в любой данный момент. Емкость аккумулятора — это общее количество электроэнергии, которое он может хранить, измеренное в киловатт-часах (кВтч).Номинальная мощность батареи покажет вам количество электричества, которое батарея может выдать за один раз, и измеряется в киловаттах (кВт).

Чтобы поместить эти две переменные в контекст, мы можем взглянуть на две крайности; аккумулятор большой емкости и малой мощности, а также аккумулятор малой емкости и большой мощности. Батарея с большой емкостью, но с низким энергопотреблением сможет обеспечивать питание ряда основных бытовых приборов в вашем доме в течение длительного времени. Аккумулятор малой емкости, но большой мощности сможет обеспечить питание всего вашего дома в течение короткого промежутка времени.

Срок службы батареи и гарантия

Поскольку срок службы любой батареи со временем естественным образом уменьшается, важно знать ожидаемый срок службы потенциальной солнечной батареи, которую вы будете покупать. Срок службы батареи обычно измеряется либо общим числом полных циклов, либо годами. Со временем он тоже потеряет часть своей мощности. Поэтому перед покупкой важно знать срок службы аккумулятора и срок гарантии.

Варианты солнечных батарей

В качестве батареи солнечной панели можно использовать несколько батарей.Наиболее популярны литий-ионные и свинцово-кислотные. Среди этих вариантов литий-ионные аккумуляторы — лучший вариант для системы хранения солнечных батарей.

Литий-ионный

Самые популярные из домашних аккумуляторных батарей, литий-ионные, имеют самый долгий срок службы, они очень компактны и легки по сравнению с другими типами батарей. Однако со всеми этими преимуществами они самые дорогие.

Свинцово-кислотный

Эти батареи являются одними из самых дешевых, но у них самый короткий срок службы и емкость.Это хороший вариант, если вы пытаетесь сэкономить энергию в рамках бюджета, но в долгосрочной перспективе они будут стоить вам дороже, так как вам придется чаще их заменять.

Как работает накопитель на солнечных батареях?

Для работы простой солнечной системы, подключенной к сети, не требуются батареи.

Если задуматься — он на самом деле использует сетку как бесконечно большую батарею. Если солнечные панели на вашей крыше вырабатывают больше энергии, чем требуется вашему дому, то избыток уходит в сеть:

Моя домашняя солнечная энергетическая система экспортирует излишки солнечной энергии в сеть (снимок экрана из приложения мониторинга Tesla)

Позже, если ваши панели не могут производить достаточно электроэнергии, энергия берется из сети, чтобы компенсировать разницу:

Моя домашняя солнечная энергетическая система импортирует электроэнергию из сети, потому что я не вырабатываю достаточно солнечной энергии.

Три причины, по которым вы можете захотеть добавить батареи в солнечную систему, подключенную к сети

Причина добавления батареи # 1) Вы не хотите экспортировать всю свою избыточную солнечную энергию — вместо этого вы хотите хранить ее в батарее:

Если вы добавите аккумулятор, вы можете зарядить его излишками солнечной энергии.

Сохранение избыточной солнечной энергии в батарее для последующего использования имеет интуитивный смысл. Но на момент написания (март 2020 г.) для большинства австралийцев это не имело смысла с экономической точки зрения.Это связано с тем, что несубсидируемые батареи по-прежнему очень дороги, а платежи, которые вы получаете за простой экспорт в сеть, на самом деле довольно щедры везде, кроме WA, TAS и регионального QLD. Чтобы узнать, сколько (или как мало) аккумулятор сэкономит вам, вы можете использовать наш калькулятор солнечных батарей и батарей. Уникально то, что он показывает вам экономию солнечной энергии и батареи отдельно для полной прозрачности (все другие солнечные калькуляторы, которые я видел, сводят экономию солнечной энергии и батареи вместе).

Причина для добавления батареи # 2) Вы хотите иметь резервное питание на случай выхода из строя сети.

Обычная солнечная энергосистема не может обеспечить питание вашего дома, когда сеть выходит из строя, потому что, как мы только что видели, от сети требуется либо:

а) поглощают излишки солнечной энергии или

б) недостаточно солнечной пополнения.

Но хорошая система аккумуляторов позволит вам обеспечить электричеством часть или весь ваш дом, если сеть выйдет из строя.

Причина для добавления батареи # 3) Вы хотите побаловать себя каким-то скрытым арбитражем за электроэнергию (если вы используете тариф по времени использования).

например заряжайте аккумулятор дешевым электричеством в непиковое время и используйте его в часы пик.

Прекрасно звучит в теории, не правда ли? К сожалению, я подсчитал, что делать это с розничными ценами на электроэнергию просто не имеет экономического смысла, поэтому я не буду тратить ваше время на это.

Предупреждение: Вариант 1 (батареи для хранения солнечной энергии для использования, когда солнце не светит) и Вариант 2 (батареи для использования при отключении электросети) неразделимы.Некоторые аккумуляторные системы не поддерживают резервное копирование при отключении сети. Так что, если резервное копирование важно для вас, попросите об этом вашего установщика и обсудите, какие схемы в вашем доме необходимо резервировать.

Почему не все аккумуляторные системы предлагают резервное копирование? Поскольку отсутствие резервной копии делает систему дешевле и быстрее в установке.

Остальная часть этой статьи объяснит, почему аккумуляторные системы с резервным питанием отличаются и стоят дороже, чем системы без резервного питания.

Вещи начнут становиться немного странными, поэтому, если вы просто хотите узнать больше о батареях в целом, зайдите на мою домашнюю страницу о солнечных батареях.Он содержит хорошую сводную информацию и ссылки на все, что, я думаю, вам нужно знать.

Приступим!

Солнечная батарея без резервной системы хранения (также известна как гибридная солнечная батарея без резервной копии)

Это самый простой и дешевый тип солнечной системы плюс накопитель. В электрическом отношении он обращается с аккумуляторной батареей как с другой панелью солнечных батарей. Таким образом, аккумуляторная батарея подключается прямо к резервному входу вашего солнечного инвертора.

Все, что требуется для этой интеграции батареи:

a) Аккумулятор с высоковольтным выходом постоянного тока и встроенным зарядным устройством.

b) Отдельный инвертор батареи или гибридный инвертор солнечная + батарея. Оба варианта потребуют подключения к системе управления аккумулятором (BMS), чтобы аккумулятор не перезарядился.

c) Способ узнать, сколько электроэнергии дом в настоящее время импортирует или экспортирует — чтобы батарея знала, когда подходит время для зарядки (например, когда есть лишняя солнечная энергия), и когда это хорошее время для разрядки. (т.е. когда не хватает солнечной энергии для питания нома).

Как видите, это должно обеспечить относительно быструю, дешевую и легкую установку.

Система хранения солнечных батарей с резервным копированием (также известна как гибридная солнечная батарея с резервным питанием)

Этот тип системы дороже. Я расскажу, как они работают, чтобы вы поняли, почему это так.

Есть 2 основных способа снять шкуру с этой кошки: связь по переменному току и связь по постоянному току.

Системы

, связанные по переменному току, используют 230 В переменного тока для зарядки аккумуляторов. Это наиболее распространенный способ переоборудования батарей в существующую солнечную систему, потому что все солнечные инверторы имеют выходное напряжение 230 В (включая микроинверторы).

Система, связанная по переменному току, обычно имеет 2 инвертора, существующий солнечный инвертор и инвертор батареи). Инверторное зарядное устройство контролирует зарядку и разрядку аккумулятора. Он также контролирует подключение к сети, и в случае сбоя в электросети он почти мгновенно переключается на питание от батареи (+ солнечной батареи), поэтому ваш свет не гаснет. Аккумуляторный инвертор может быть отдельным ящиком или может быть включен в аккумуляторный ящик — последний известен как система «все-в-одном».

Помимо дополнительного инвертора, вам может потребоваться перемонтировать распределительный щит, чтобы отделить «основные цепи» от «второстепенных цепей».

Типичный австралийский дом может потреблять много энергии. Если ваш кондиционер работает, ваша духовка включена, и кто-то ставит чайник, чтобы выпить чашку чая, пиковая мощность может легко составить 7-8 кВт. Это мгновенно приведет к перегрузке всех аккумуляторных батарей, кроме самых больших и дорогих. Например, Tesla Powerwall рассчитана на пиковую мощность 7 кВт, но только 5 кВт в непрерывном режиме. Даже если он не перегружается, вы быстро разрядите аккумулятор.

По этой причине системы резервного питания от батарей обычно не пытаются обеспечить резервное копирование всего дома.Наиболее важные приборы, такие как холодильник и свет, как правило, подключаются к отдельной «основной цепи», а все, что вы можете прожить, не остается в «второстепенной» цепи.

Это снижает стоимость аккумуляторной батареи и позволяет вашему дому работать намного дольше без сети.

Это блок-схема, показывающая, как все это работает:

Если ваш дом может потреблять больше энергии, чем может обеспечить ваша батарея, тогда у вас должны быть основные и второстепенные электрические цепи.Основные цепи отключаются, когда система изолируется от сети. Основные цепи остаются поддержанными вашей солнечной энергосистемой и батареей.

Как видите, это сложнее, чем дизайн без резервной копии. Вот дополнительные расходы:

1) Специальный аккумуляторный инвертор, который безопасно переключается на солнечные батареи и батареи, если сеть выходит из строя (или универсальная аккумуляторная система, которая дороже, чем другие решения для хранения).

2) Модификация электропроводки распределительного щита для обеспечения резервной «существенной нагрузки переменного тока» и нерезервированной цепи «несущественной нагрузки переменного тока».Часто основные нагрузки полностью подключаются к новому распределительному щиту.

3) Достаточно батарей, чтобы справиться как с пиковой мощностью , выбранных вами нагрузок, так и с достаточным количеством энергии накопителя для работы без подключения к сети столько, сколько вы укажете. Типичный австралийский дом потребляет около 20 кВт / ч электроэнергии в день, поэтому им, вероятно, потребуется как минимум 7 кВт / ч для хранения, чтобы проработать после отключения электроэнергии более чем на несколько часов. Установка литий-ионного накопителя на 7 кВтч обойдется примерно в 7-8 тысяч долларов, если вы не получите скидку на аккумулятор.

Техническое примечание: Представьте себе систему на схеме выше, работающую без сети (т.е. переключатель разомкнут). Что происходит, когда батареи заряжены и солнечная энергия вырабатывает больше электроэнергии, чем нужно дому? Куда уходит избыточное солнечное электричество? Ей некуда деваться. Системы солнечных батарей решают эту проблему одним из двух способов:

1) Полностью отключите солнечные панели при отключении сети.

2) Дросселируйте солнечные панели, чтобы выработать не больше энергии, чем можно использовать.

Некоторые системы выбирают вариант 1. Проблема заключается в том, что солнечные панели не могут заряжать батареи при отключении сети. Таким образом, ваши батареи не будут перезаряжаться при отключении электроэнергии и могут разрядиться до восстановления электросети. Не покупайте аккумуляторную систему, которая делает это.

Лучшие системы выбирают дросселирование солнечной энергии. Они могут сделать это одним из двух способов.

a) Они могут поговорить с солнечным инвертором и вежливо спросить.Для этого аккумуляторный инвертор должен быть совместим с солнечным инвертором. Примером этого является солнечный инвертор Fronius и аккумуляторный инвертор Selectronic.

b) Аккумуляторный инвертор может сместить частоту 230 В переменного тока настолько, чтобы при необходимости отключить солнечный инвертор. Все солнечные инверторы запрограммированы на отключение при определенной частоте — так что это работает для любого солнечного инвертора. Примером этого является Tesla Powerwall.

И последнее — давайте поговорим о слоне в комнате.А именно — если вы собираетесь покупать батареи, зачем все эти разговоры о подключении к сети? Почему бы просто не отключиться от сети? Читать дальше.

>> Далее: Следует ли использовать батареи, чтобы отключиться от сети? >>

Четыре основных типа солнечных батарей

Существует четыре основных типа аккумуляторов, используемых для хранения электроэнергии от солнечных энергетических систем. Ниже приводится краткое изложение различных технологий, имеющихся в настоящее время в продаже, и ссылки на дополнительную информацию по каждому типу.

1) Свинцово-кислотный

Возможно, скучно. Безобразно и громоздко. Но также надежный, проверенный и проверенный. Свинцово-кислотные батареи выводили австралийцев из электросети на протяжении десятилетий. Но они быстро вытесняются другими технологиями с более длительными гарантиями и более низкими ценами, поскольку солнечные батареи становятся все более популярными.

Прочтите и узнайте больше о свинцово-кислотных аккумуляторах

2) Литий-ионный

Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы стремительно развиваются по мере того, как промышленность электромобилей стимулирует их развитие.Во главе с блестяще продаваемой компанией Tesla Powerwall литий-ионные аккумуляторы в обозримом будущем станут наиболее популярным выбором для сетевых аккумуляторов солнечных батарей.

Прочтите и узнайте больше о литий-ионных аккумуляторах или прочтите отзывы производителей литий-ионных аккумуляторов.

3) Расход

Батареи

Flow — относительно новый участник рынка аккумуляторных батарей (хотя их технология существует уже много лет).

Их называют проточными батареями, потому что внутри них плещется раствор бромида цинка на водной основе.В настоящее время только несколько компаний производят проточные батареи для жилищного рынка, наиболее известной из которых является Redflow, австралийская компания, производящая проточные батареи, которая передает производство батарей в Таиланд (ранее Северная Америка). ZCell — это самая маленькая проточная батарея на рынке.

Прочтите и узнайте больше о проточных батареях

4) Хлорид никеля натрия

Натрий-никель-хлоридная технология — еще один конкурент доминирующей литий-ионной технологии хранения.В Австралии GridEdge производит батарею Quantum, которая предлагает ряд преимуществ для окружающей среды и безопасности благодаря уникальному химическому составу батареи.

Прочтите и узнайте больше о никель-хлоридно-натриевых батареях

>> Далее: Свинцово-кислотные батареи >>

Аккумуляторы для хранения солнечной энергии — Работа и преимущества солнечных батарей

Как работает солнечная батарея и преимущества установки батарей?

Развитие солнечной энергии как ценного источника энергии для жилого и коммерческого рынка увеличило потребность в устройствах хранения энергии, которые могут сохранять солнечную энергию, генерируемую в течение дня, для последующего использования в ночное время.

Соединяя солнечную батарею с фотоэлектрической батареей и гибридным инвертором или контроллером заряда, фотоэлектрические модули, установленные на вашей крыше, будут отправлять электричество постоянного тока для питания электрических нагрузок вашего дома и использовать избыточную солнечную энергию для зарядки батарей. Это позволяет максимизировать использование и ценность вырабатываемой солнечной энергии

По-настоящему понять, как работают солнечные батареи, может быть сложной задачей, но мы можем упростить ее для вас.

Как работают солнечные батареи?

Процесс хранения солнечной батареи на самом деле очень похож на процесс хранения автомобильной батареи.

В основном, контроллер заряда устанавливает определенное напряжение, которое выбирается в соответствии с напряжением самой батареи. Когда фотоэлектрическая матрица вырабатывает электричество постоянного тока, устройство контроллера регулирует выходное напряжение и подает соответствующий электрический ток на батарею.

Этот электрический ток проходит через процесс преобразования энергии, который переходит из электричества в химическую энергию во время процесса зарядки. Между тем, при разряде происходит преобразование химической энергии в электрическую.

Чтобы произвести эти преобразования энергии, два электрода из разных металлических компонентов должны быть помещены в проводящую среду, называемую электролитическим раствором. Эти электроды представляют собой положительные и отрицательные клеммы, которые будут подключены к устройству контроллера, а раствор электролита — это среда, через которую электроны будут проходить от одной стороны электрода к другой.

Типы солнечных батарей

В основном на рынке представлены солнечные батареи двух типов.Давайте проанализируем их обоих

Они состоят из двух электродов, погруженных в раствор серной кислоты и воды. Положительный электрод изготовлен из оксида свинца, а отрицательный — из чистого свинца. Электроизоляционная мембрана предотвращает их столкновение друг с другом при перемещении аккумулятора.

Эти батареи требуют большего обслуживания и внимания, чем литий-ионные. Однако они дешевле литиевых.

Здесь вы можете найти список различных типов и подтипов свинцово-кислотных аккумуляторов:

    • Свинцово-кислотный завод (FLA)
    • Свинцово-кислотный с клапаном (VRLA)
      • Мат из абсорбированного стекла (AGM)
      • Гелевые ячейки

Безопасные аккумуляторные батареи, состоящие из анода и катода, которые накапливают ионы лития и погружены в электролит, который переносит их от одного к другому через сепаратор.Это движение частиц создает свободные электроны на аноде, создавая заряд на положительном коллекторе тока.

См. Рисунок ниже, чтобы получить более наглядный подход к последнему объяснению.

Рис.1: Механизм зарядки литий-ионных аккумуляторов.

Почему я должен устанавливать солнечные батареи?

Существует внутренняя проблема с солнечной энергией, которая связана с перемежаемостью.Картины солнечной радиации меняются в течение дня, а также меняются в зависимости от сезона. Несмотря на то, что существуют модели и данные для прогнозирования этих изменений, ваша солнечная батарея может быть не в состоянии покрыть все потребности ваших нагрузок в течение всего дня, особенно в пасмурные дни.

Однако, используя солнечную батарею, у вас будет резервный резерв, который позволит вам покрыть ваши потребности в энергии в течение дня.

Кроме того, вы сможете перенести избыточную солнечную энергию, которую ваш фотоэлектрический массив генерирует в течение дня, чтобы хранить ее внутри батареи и использовать в ночное время.Это сэкономит вам деньги при тарифах на электроэнергию на время использования, когда ночные тарифы будут намного дороже, чем дневные тарифы, по которым вы будете получать оплату за дополнительную солнечную энергию.

Более того, наиболее важным преимуществом установки системы резервного питания с привязкой к сети является то, что у вас будет питание в случае отключения электроэнергии или отключения электроэнергии для покрытия критических нагрузок в вашей установке.

LG Solar: БЛОГ — Узнайте, почему аккумулятор является одним из важнейших компонентов полной системы хранения энергии.

Узнайте, почему аккумулятор является одним из важнейших компонентов полной системы накопления энергии.

При рассмотрении вопроса о покупке системы накопления энергии (ESS) для жилых помещений это помогает понять: технология, лежащая в основе ключевых компонентов системы. Базовое понимание того, как работает система поможет вам приобрести лучшую систему для вашего дома и энергетических нужд.

Домовладельцы добавляют накопители энергии к новым или ранее установленным солнечным системам по ряду причин.Некоторым нравится преимущество хранения избыточной энергии, вырабатываемой их солнечными панелями, для использования, когда панели не производятся (например, ночью). Другие ценят возможность управлять своей энергией. источников, чтобы не покупать электроэнергию в часы пиковой нагрузки, когда некоторые коммунальные предприятия взимают больше за электричество от сети. Третьи хотят безопасности хранения энергии для использования во время питания. отключение. Конечно, многим домовладельцам нравятся все эти преимущества.

Как в системе хранения энергии LGE накапливается энергия?

Система хранения энергии LGE хранит энергию в батарее. Таким образом, центральным компонентом любой системы накопления энергии LGE является аккумулятор. использует (или батареи, если установлено более одной для дополнительного хранения энергии).

Три основных типа химического состава батареи, доступные для хранения энергии:

  • AGM (абсорбирующий стеклянный мат или свинцовая кислота): Это самый дешевый аккумулятор, доступный для хранения энергии, но он обладает такими свойствами, как сделать его непригодным для разряда средней и высокой частоты или для приложений, которые прослужит 10 и более лет.Кроме того, AGM требует периодического обслуживания, чтобы сбалансировать химические компоненты в аккумулятор.

    AGM батареи имеют ограниченное количество (80%) 1 рекомендуемая глубина разряда (DoD). DoD указывает процент батареи, которая была разряжена относительно общей емкости аккумулятора 2. Количество раз, когда батарея заряжается и разряжается, влияет на срок ее службы. В ГОСА батареи, существует корреляция между DoD и сроком службы батареи: чем глубже разряжается аккумулятор, тем меньше циклов доступно.

  • LiFePO4 (литий-железо-фосфат): Этот общий химический состав аккумуляторов является литий-ионным (литий-ионным) производным. LiFePO4 не подходит для таких приложений, как электромобили (EV). Однако это более доступный химический состав батарей для небольших поставщиков ESS, потому что он легко получить. Обратной стороной является то, что LiFePO4 имеет меньшую емкость, чем Li-ion3, и он не предлагает такой же долгосрочной надежности (он не держит заряд так долго).
  • Литий-ионный (литий-ионный): Литий-ионный и, в частности, состав NMC литий-ионного (LiNiMnCoO2 или литий-никелевый оксид марганца и кобальта) — золотой стандарт для хранения энергии и приложений такие как электромобили. Литий-ионный аккумулятор безопасен, прочен и энергоемок4.

Когда LG Electronics приступила к разработке системы накопления энергии, вопрос о том, какой аккумулятор тип, который будет включать система.Литий-ионная технология NMC была лучшим выбором для обеспечения высокого уровня емкости хранилища в компактном форм-факторе, а также долгосрочную производительность и надежность. Благодаря глубокому опыту LGE в области силовой электроники, использующей батареи, а также благодаря работе, проделанной нашими сестринской компании, производящей аккумуляторные батареи, мы смогли предложить рентабельную, литий-ионный аккумулятор NMC золотого стандарта. Аккумулятор в системе хранения энергии LGE также требует минимального поддержание.

Как измеряется накопление энергии?

Чтобы понять, сколько энергии хранит аккумулятор системы хранения энергии LGE, подумайте о лампочках в вашем доме. Лампа мощностью 40 Вт (Вт) требует 40 Вт в момент ее включения. Если вы оставите эту лампочку включенной в течение часа он будет потреблять 40 Втч (ватт-часов).

Киловатт — это 1000 ватт, а киловатт-час — это потребление 1000 ватт за один час.В энергия, которую вы покупаете у коммунального предприятия, измеряется в киловатт-часах.

Когда дело доходит до накопления энергии, вы обычно видите как киловатт, так и киловатт-час:

  • Количество энергии, которое инвертор или PCS позволяет передавать в батарею или выходить из нее, составляет измеряется в кВт.
  • Полная емкость накопления энергии в системе измеряется в кВтч.

Система 5кВт / 10кВт-ч обеспечит ваш дом 2 часами накопленной энергии, если вы разрядите аккумулятор. на максимальной скорости, разрешенной инвертором. Однако вы можете продлить срок службы батареи, не разрядив его на таком высоком уровне (что-то, что вы можете контролировать с помощью других компонентов ваша система, включая ваши нагрузки). Например, для событий прерывания питания / отказоустойчивости мы рекомендуют «панель резервных нагрузок», чтобы гарантировать, что второстепенные приборы не потребляют энергию, когда они не нужны.Это резервирует больше вашей накопленной энергии для необходимых устройств, таких как холодильник.

Аккумулятор для системы хранения энергии LGE: характеристики

Аккумуляторы LGE Energy Storage System — это востребованные литий-ионные батареи NMC мирового класса. У них номинальная память мощность 9,8кВтч. Емкость системы может быть увеличена до 19,6 кВтч, если добавлен второй аккумулятор. Полезная емкость — 9.3 кВт-ч для одного и 18,6 кВт-ч для двоих.

Диапазон напряжения батареи 350 ~ 450 В постоянного тока.

Да, батарея важна — но вам нужно больше

Хотя аккумулятор является наиболее важным компонентом системы накопления энергии LGE — на самом деле сердцем системы — он это всего лишь один компонент. Батарея сама по себе ничего не делает; это не система хранения. Предоставлять возможность подключения к солнечным панелям или домашней сети, возможность хранения и разряда энергии, Аккумулятор требует BMS (система управления батареями) и PCS (система управления питанием).Эти компоненты понимать требования к зарядке и разрядке аккумулятора и отправлять ему сигналы, которые инициировать процессы хранения и разгрузки.

При выборе ESS важно учитывать, все ли компоненты: включая аккумулятор — специально разработаны для совместной работы. Покупка системы хранения энергии LGE, которая предоставляет все компоненты системы хранения энергии LGE и служит универсальным центром для вопросов и обслуживание клиентов, является большим преимуществом.

BMS, включенная в систему хранения энергии LGE, например, поддерживает работу батареи в допустимых пределах. ограничения для DoD и параметров окружающей среды (в частности, температуры). PCS системы работает до 97,5% КПД CEC (КПД CEC определяется как отношение полезной выходной мощности переменного тока к сумма входной мощности постоянного тока и любой входной мощности переменного тока5). Ограничения PCS мощность заряда / разряда до 5 кВт или 7 кВт импульсной мощности в течение до 10 секунд.Это полезно для пусковые двигатели или насосы, которые могут иметь более высокую начальную потребляемую мощность.

Готовы? Давайте запасемся энергией!

Теперь, когда вы знаете больше о том, как работает накопитель энергии, вы готовы сделать следующий шаг в направлении повышенный контроль и безопасность использования энергии. LG Solar может помочь вам связаться с установщиком солнечных батарей в в вашем регионе, который прошел специальную подготовку по установке системы хранения энергии LGE.

Выбирая солнечную батарею, спросите бренд, которому вы можете доверять: LG

Как долго служат солнечные батареи?

Хранение солнечных батарей может быть чрезвычайно полезным для владельцев солнечных батарей, будь то для поддержания работы критических нагрузок во время перебоев в подаче электроэнергии или для стратегической компенсации расходов на потребление менее дорогих счетов за электроэнергию.Солнечные батареи предлагают бесплатную энергию, вырабатываемую вашей солнечной системой в то время, когда она вам больше всего нужна.

Однако инвестирование в солнечную систему хранения будет стоить денег заранее. Прежде чем принять решение об установке солнечных батарей, вы должны сначала понять, как долго они прослужат и как часто вам нужно будет их заменять.

В этом блоге мы рассмотрим срок службы солнечной батареи и обсудим факторы, влияющие на срок службы вашей солнечной батареи.

Каков срок службы солнечной батареи?

Срок службы большинства солнечных батарей, представленных сегодня на рынке, составляет от пяти до 15 лет. Хотя это значительный период времени, вам, вероятно, придется заменить их в течение 25–30+ лет жизни вашей солнечной системы.

Факторы, определяющие срок службы аккумулятора

Вы можете спросить, почему это такой разнообразный диапазон. Есть несколько факторов, в том числе тип устанавливаемой батареи, частота ее использования и место хранения, которые будут иметь существенное влияние на срок службы батареи.

Как часто вы используете батареи

Вы, наверное, заметили, что через пару лет аккумулятор вашего ноутбука или смартфона перестанет работать так долго без подзарядки. Когда он был новым, полностью заряженного аккумулятора хватило на 12 часов. Теперь это длится три.

Это неприятно, но неизбежно, когда дело касается батарей. Чем чаще вы заряжаете и разряжаете аккумулятор, тем меньше времени хватит на зарядку. После определенного количества циклов ваши батареи больше не смогут накапливать и разряжать достаточно энергии, чтобы их использование было целесообразным.

Вот почему количество лет работы батарей так сильно различается. Это зависит не от того, сколько лет они были установлены, а от того, как часто каждый владелец солнечной энергии использует их. Если у вас есть автономная система, которая использует энергию батареи каждую ночь, ваших батарей не хватит на то время, как если бы у вас была подключенная к сети система, которая использует ваши батареи только при отключении электроэнергии.

Один из способов продлить срок службы батарей — обратить внимание на рекомендованную производителем глубину разряда или DoD.DoD — это процент от накопленной энергии батареи, которую вы используете. Например, емкость вашего аккумулятора составляет 13,5 кВтч, а вы используете 10 кВтч его заряда. Глубина разряда составит 74%.

DoD важен, потому что выход за пределы рекомендованного DoD может значительно сократить срок службы аккумулятора. Производители назначают каждому типу батареи рекомендованную максимальную степень защиты.

Тип батареи, которую вы устанавливаете

В солнечных накопителях обычно используются три типа аккумуляторов: свинцово-кислотные, литий-ионные и соленые.Из этих трех вариантов литий-ионные аккумуляторы прослужат дольше всех. Они также, как правило, предлагают лучшую емкость для хранения, но, вероятно, не будут наименее дорогим вариантом.

Тем не менее, с ожидаемой продолжительностью цикла, в несколько раз превышающей продолжительность цикла других вариантов, дополнительные деньги, безусловно, могут стать выгодным вложением, сэкономив вам деньги на замене в будущем. Литий-ионные батареи также имеют высокий уровень DoD, часто до 80%, что означает, что вы сможете использовать больше накопленной энергии, не повредив батарею.

Другой популярный сегодня вариант — свинцово-кислотные аккумуляторы. Их относительно низкая цена и высокая мощность в ватт-часах сделали их опорой в автономных солнечных системах на долгие годы. Однако по сравнению с другими вариантами они служат в течение гораздо меньшего количества циклов, а это означает, что их срок службы будет самым коротким.

Свинцово-кислотные батареи

также имеют более низкий уровень DoD — иногда от 30% до 50%, что означает, что вы можете использовать только часть энергии, которая хранится в аккумуляторе. Хотя они могут быть дешевле заранее, вам, вероятно, придется заменять их чаще, что в конечном итоге может стоить дороже.

Аккумуляторы для морской воды

, третий вариант, являются новинкой на рынке. Вместо использования коррозионных материалов они используют соль для хранения и разряда энергии, что делает их чрезвычайно безопасными и легко перерабатываемыми. Морские батареи, вероятно, прослужат дольше, чем свинцово-кислотные, но, вероятно, не так долго, как литий-ионные. У них также относительно высокий уровень DoD, как у литий-ионных батарей.

Еще одна вещь, на которую следует обратить внимание при выборе солнечной батареи, — это гарантия производителя.Многие производители дают гарантию на свои батареи в течение определенного количества циклов или определенного периода времени, а это означает, что вы не попадете на крючок, если в конечном итоге получите продукт, который не соответствует требованиям.

Среда, в которой хранятся батареи

Ни жаркая, ни очень холодная среда не идеальны для аккумуляторов. Если вы можете хранить батареи в гараже или подвале, или в части здания, которая находится в стороне и с некоторой степенью контроля температуры, ваша система хранения может прослужить дольше, чем если бы у вас были батареи, подвергшиеся воздействию суровые элементы.

При более высоких температурах химическая реакция в батареях будет происходить быстрее, что сокращает срок их службы за счет увеличения износа батареи. В условиях сильного холода электроны замедляются, и химические вещества не прослужат так долго, как обычно, а это означает, что батарея разряжается намного быстрее.

В целом свинцово-кислотные батареи более чувствительны к температурам, чем литий-ионные. Многие производители рекомендуют хранить свинцово-кислотные батареи при температуре от 40 ° F до 80 ° F.Литий-ионные батареи могут работать при температурах немного ниже 0 ° F и часто нормально, если температура достигает 140 ° F. Однако все же рекомендуется хранить их в более умеренном климате.

Аккумуляторы

Saltwater лучше всего работают при температурах выше примерно 23 ° F и ниже 104 ° F, что дает им небольшое преимущество перед свинцово-кислотными аккумуляторами в этом отношении, но они не так эффективны, как литий-ионные.

Срок службы батареи увеличен

При ожидаемом сроке службы от пяти до 15 лет солнечные батареи, вероятно, придется заменять по крайней мере один раз в течение 25-30 или более срока службы вашей солнечной системы.Но, проявив надлежащую осторожность при использовании батареи, выбрав качественные продукты с хорошими гарантиями производителя и установив батарею в месте с контролируемым климатом, вы можете быть уверены, что ваша батарея прослужит долгое время.

Хотя в последние годы батареи стали более доступными, они, вероятно, все равно потребуют значительных инвестиций. Для нас в Paradise Energy важно, чтобы вы приняли правильное решение и в итоге получили солнечную накопительную систему, отвечающую вашим уникальным целям.Если вас интересует система резервного питания от батарей, свяжитесь с нами, нажав кнопку ниже.

А пока не забудьте подписаться на нашу серию видео из четырех частей о солнечных батареях.

Основы работы с солнечными батареями — SunWize

Большинство контроллеров заряда солнечных батарей и зарядных устройств работают в 3 этапа. Они известны как этапы накопления, поглощения и всплытия. Иногда важно понять, каковы различные конкретные зарядные характеристики отдельных батарей, как найти это в документации производителя, а затем как применить это к конструкции вашей системы!

3 этапа зарядки аккумулятора
Этап 1 — Заправка навалом

Массовая зарядка — это первый этап зарядки аккумулятора, который происходит, когда почти полностью или полностью разряженный аккумулятор начинает заряжаться.Источником зарядки может быть солнечный контроллер заряда, специальное зарядное устройство для аккумулятора или инверторное зарядное устройство в режиме зарядки. На этой фазе объемной зарядки зарядное устройство подает на аккумуляторы постоянный ток (показано красной линией на приведенной выше диаграмме). По мере того как ток (в амперах) течет в батарею с течением времени (горизонтальная ось), напряжение на батарее начинает расти (синяя линия).

При массовой зарядке ток аккумуляторов остается постоянным, в то время как напряжение аккумуляторов увеличивается.Большая часть энергии, поступающей в аккумулятор, происходит на этапе объемной зарядки, так как аккумулятор может легко получать энергию при полной разряде. Когда напряжение батареи достигает достаточного значения, зарядное устройство переходит от стадии 1 массовой зарядки к стадии 2 абсорбционной зарядки.

Этап 2 — Абсорбционная зарядка

Второй этап зарядки АКБ — Абсорбционная зарядка. На этом этапе напряжение батареи практически остается постоянным (синяя линия), в то время как величина тока (красная линия), поступающего в батарею, уменьшается.По окончании стадии абсорбции аккумулятор будет полностью заряжен.

В то время как объемная зарядка отвечает за доведение аккумулятора до 80% -90% его энергетической емкости, оставшиеся 10% -20% чрезвычайно важны для длительного срока службы аккумулятора, чтобы предотвратить накопление серы на аккумуляторе. пластины аккумулятора, что существенно влияет на производительность и срок службы аккумулятора.

Этап 3 — Плавающая зарядка

Третий этап зарядки аккумулятора — это плавающий заряд.На этом этапе аккумулятор достиг состояния полного заряда и начинает поддерживать постоянное напряжение и ток, чтобы поддерживать аккумулятор на оптимизированном напряжении и токе для максимального срока службы аккумулятора.

Время зарядки

Многие люди ошибочно полагают, что, поскольку батарея показывает определенное напряжение во время зарядки, она должна быть полной! Это неверно, так как источник заряда будет влиять на напряжение на аккумуляторе! Только батареи, которые находились в состоянии покоя, не заряжались или не разряжались в течение некоторого времени (от нескольких часов до целого дня), показывают правильное напряжение.

Типичное время перезарядки аккумулятора от разряженного состояния до полного состояния, когда источник зарядки имеет неограниченную мощность, составляет примерно 5-7 часов или больше. В течение этого периода времени аккумулятор часто достигает уровня заряда 90% примерно после половины времени перезарядки, и требуется вся вторая половина, чтобы набрать оставшиеся 10%. Однако, как мы упоминали выше, эти последние 10% чрезвычайно важны, поэтому не удаляйте источник зарядки преждевременно!

Уставки напряжения

В то время как большинство продуктов для зарядки солнечных батарей и аккумуляторов имеют настройки по умолчанию для аккумуляторов VRLA, которые должны работать с вашими аккумуляторами из коробки, иногда важно понимать, каковы заданные значения напряжения и как они используются.В случаях пользовательского программирования или необычных температурных условий необходимо понимать, каковы оптимальные заданные значения зарядки для вашей конкретной батареи. Его можно найти либо в паспорте батареи, либо в техническом руководстве производителя батареи. Если вы не уверены, мы рекомендуем использовать уставки, указанные в одном из технических руководств производителя в верхней части страницы. Эти настройки Gel и AGM будут работать с большинством продуктов Gel и AGM.

В Таблице 5-1, приведенной ниже из Технического руководства Concorde, перечислены типичные уставки напряжения абсорбции и холостого хода для линейки аккумуляторов Sun Xtender AGM.

Мои аккумуляторы заряжены?

Приведенная ниже таблица из Технического руководства MK Deka помогает легко проиллюстрировать соответствующие значения состояния заряда (SOC) или количество энергии в батарее с напряжением батареи. Таким образом, напряжение батареи в диапазоне от 12,6 В до 12,8 В соответствует или почти полностью заряжено. Батареи с напряжением от 11,8 В до 12,0 В почти полностью разряжены.

Обратите внимание, что производитель рекомендует оставить аккумуляторы «в покое», без зарядки и разрядки, в течение полных 24 часов перед проверкой напряжения аккумулятора!

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.