Loading...

ЯКІ БУВАЮТЬ СОНЯЧНІ БАТАРЕЇ. ТИПИ І ХАРАКТЕРИСТИКИ

Статті
16.08.2023
ЯКІ БУВАЮТЬ СОНЯЧНІ БАТАРЕЇ. ТИПИ І ХАРАКТЕРИСТИКИ

Що таке сонячна батарея?

Для отримання теплової та електричної енергії із сонячного випромінювання використовують спеціальне обладнання, відоме як сонячні панелі. Іноді їх називають сонячними батареями. За принципом роботи вони поділяються на:

  • фотоелементи
  • теплові колектори

У першому типі, фотоелементах, світлові та інфрачервоні промені відразу перетворюються на електрику. Це можливо завдяки напівпровідниковим властивостям чистого кремнію та деяких хімічних сполук. Коли на комірку сонячної панелі потрапляє світло, виникає різниця потенціалів, завдяки p-n переходу створює струм. Невеликий, з одного не більше 0,6 незалежно від її розміру. З'єднані послідовно окремі осередки дають можливість підвищити вихідну напругу. Тому вони і називаються сонячними батареями – тобто поряд однакових елементів.


Сонячні колектори мають рідкий теплоносій, який поглинає інфрачервоне випромінювання, нагрівається, розширюється та циркулює у замкнутій системі. Їм можуть служити:

  • вода
  • мінеральні олії
  • соляні розчини

Теплоносій або нагріває воду для опалення та побутових чи промислових потреб, або крутить лопаті турбін, що виробляють електрику.

Різновиди сонячних панелей

Промисловість виробляє три основні типи сонячних панелей:

  1. монокристалічні
  2. полікристалічні
  3. тонкоплівкові

У перших двох використовують чистий кремній з напилюванням легуючих матеріалів на зовнішній та струмопровідній основі на тильній стороні. Тонкоплівкові сонячні батареї можуть бути з аморфного кремнію або інших напівпровідникових матеріалів, а також додаткового напилення. Усі види вимагають прозорого зовнішнього шару зі скла або полімерів для захисту від вологи та механічних пошкоджень.

Сонячні батареї використовують у побуті, для промислового виробництва електрики та як елементи живлення космічних апаратів. Тому до них пред'являються різні вимоги:

  • Ефективність (ККД)
  • строк служби
  • вага
  • вартість

Доцільний для встановлення тип сонячних панелей у кожному випадку вибирають за співвідношенням цих показників. 

Також враховують:

  • Температурний коефіцієнт - залежність втрати потужності від коливань температури навколишнього середовища;
  • Гарантію виробітку – згодом потужність знижується, але є термін, коли ці зміни не перевищують 10-15%;
  • Розмір – яку площу сонячних панелей потрібно мати для виробництва 1 кВт електроенергії.


Монокристалічні – найдорожчі, з найбільшою вагою, але при цьому у них високий ККД (до 25%), найменша площа для виробництва 1 кВт (до 8 м²), найдовший термін служби (20 – 25 років) з низькими втратами потужності від температури та часу.


Тонкоплівкові –  дешеві та легкі, з трохи більшою монокристали робочої площі, але гарантійний термін у них не перевищує 3 років і вони дуже залежні від погодних умов.


Полікристалічні сонячні панелі потребують кількох разів перевищують монокристали і плівки площ для виробництва 1 кВт, але за іншими показниками вони не набагато поступаються монокристалічним сонячним батареям, і в десятки разів краще плівкові.


Фотоелементи для тонкоплівкових сонячних батарей виробляють з використанням:

  • аморфного кремнію
  • диселеніда індія та міді
  • телуриду кадмію

Для створення p-n переходів напівпровідникові матеріали легують фосфором, галієм або сіркою. Як анод використовують напилення молібдену, оксиди цинку, олова чи галію. Катодом (токоприймачем) є металеві пластини.

Отримати електрику від сонячних батарей колекторного типу складніше, та їх ККД у земних умовах може досягати 25-35%. Якщо для опалення та водопостачання достатньо підігріти теплоносій до 100°С, то для турбін потрібна перегріта пара з температурою 350-500°С та тиском 15 МПа. Для цього будують «сонячні вежі» і розмішують навколо них дзеркала концентрують відбиті сонячні промені на невеликій площі приймача. Або використовують найновішу розробку: параболічні концентратори з двигуном Стірлінга. Вони відносно невеликі за розміром і можуть рухатися, підставляючи відбивні поверхні найкраще положення щодо сонця протягом дня.

Використання різних типів сонячних батарей у побуті та промисловості

Враховуючи всі фактори та вимоги, для забезпечення електрикою окремих домогосподарств використовують монокристалічні або тонкоплівкові сонячні батареї. У промислових сонячних електростанціях доцільним є встановлення полікристалічних сонячних панелей. У космосі також користуються полікристалічні сонячні панелі, але при цьому чистота кремнію в них доходить до 99,999%. Їх виробляють за складною технологією багатошарового нанесення, що дозволяє перетворювати на електрику сонячне випромінювання різної частоти. Це доводить ККД до неймовірних 40%, які поки що неможливо отримати у земних умовах.


Виробляти електрику зі світла, використовуючи плоскі сонячні панелі на великих електростанціях та у домогосподарствах вигідно навіть у помірних широтах. Це доведено досвідом Данії та Німеччини. А у спекотних регіонах планети більший потенціал мають сонячні колектори. Вони вже працюють у Каліфорнії (США), Мексиці, Іспанії, Марокко, Єгипті та інших південних країнах, оскільки там найбільша кількість сонячних днів і найбільші середньорічні температури. Крім того, більшість країн дають можливість продавати надлишки енергії за спеціальними "зеленими тарифами".

Останнім часом з'явився дуже цікавий та перспективний гібрид сонячних батарей – Smartflower. Він схожий на величезну квітку соняшнику. Розмір пелюсток до 10 метрів, сервомотор повертає їх по сонцю та регулює кут нахилу. А під час сильного вітру, вночі або в дощ, агрегат автоматично складає робочі поверхні і опускає їх у безпечне положення. Заявлена потужність 3,2 кВт/год, за рік можна отримати від 3200 до 6400 кВт залежно від клімату. «Сонячна квітка» вже має масовий попит у Європі та США.