Какие бывают солнечные батареи. Типы и характеристики

Поділитися

Что такое солнечная батарея?

Для получения тепловой и электрической энергии из солнечного излучения используют специальное оборудование, известное как солнечные панели. Иногда их также называют солнечными батареями. По принципу работы они подразделяются на:

  • фотоэлементы
  • тепловые коллекторы

В первом типе, фотоэлементах, световые и инфракрасные лучи сразу превращаются в электричество. Это возможно благодаря полупроводниковым свойствам чистого кремния и некоторых химических соединений. Когда на ячейку солнечной панели попадает свет, возникает разность потенциалов, благодаря p-n перехода создает ток. Небольшой, с одной не более 0,6 В независимо от ее размера. Соединенные последовательно отдельные ячейки дают возможность повысить выходное напряжение. Поэтому они и называются солнечными батареями – то есть рядом одинаковых элементов.

Солнечные панели

Солнечные коллекторы имеют жидкий теплоноситель, который поглощает инфракрасное излучение, нагревается, расширяется и циркулирует в замкнутой системе. Им могут служить:

  • вода
  • минеральные масла
  • соляные растворы

Теплоноситель или нагревает воду для отопления и бытовых или промышленных нужд, или крутит лопасти турбин, которые вырабатывают электричество.

Разновидности солнечных панелей

Промышленность производит три основных типа солнечных панелей:

  1. монокристаллические
  2. поликристаллические
  3. тонкопленочные

В первых двух используют чистый кремний с напылением легирующих материалов на внешней и токопроводящей основой на тыльной сторонах. Тонкопленочные солнечные батареи могут быть из аморфного кремния или других полупроводниковых материалов, а также с дополнительным напылением и струмоприймальнимы элементами. Все виды требуют прозрачного внешнего слоя из стекла или полимеров для защиты от влаги и механических повреждений.

Типы солнечных панелей

Солнечные батареи используют в быту, для промышленного производства электричества и как элементы питания космических аппаратов. Поэтому к ним предъявляются разные требования:

  • Эффективность (КПД)
  • срок службы
  • вес
  • стоимость

Целесообразный для установления тип солнечных панелей в каждом случае выбирают по соотношению этих показателей. Также учитывают:

  1. Температурный коэффициент – зависимость потери мощности от колебаний температур окружающей среды;
  2. Гарантию выработки – со временем мощность снижается, но есть срок, когда эти изменения не превышают 10-15%;
  3. Размер – какую площадь солнечных панелей нужно иметь для производства 1 кВт электроэнергии.

Монокристаллические – самые дорогие, с наибольшим весом, но при этом у них высокий КПД (до 25%), наименьшая площадь для производства 1 кВт (до 8 м²), самый длинный срок службы (20 – 25 лет) с низким потерями мощности от температуры и времени .

Тонкопленочные дешевые и легкие, с немного большей монокристаллы рабочей площади, но гарантийный срок в них не превышает 3 лет и они очень зависимы от погодных условий.

Поликристаллические солнечные панели нуждаются в несколько раз превышающих монокристаллы и пленки площадей для производства 1 кВт, но по другим показателям они не намного уступают монокристаллическим солнечным батареям, и в десятки раз лучше пленочные.

Фотоэлементы для тонкопленочных солнечных батарей производят с использованием:

  • аморфного кремния
  • диселенида индия и меди
  • теллурида кадмия

Для создания p-n переходов полупроводниковые материалы легирующие фосфором, галлием или серой. Как анод используют напыление молибдена, оксиды цинка, олова или галлия. Катодом (токоприемником) служат металлические пластины.

Производство солнечных панелей

Получить электричество от солнечных батарей коллекторного типа сложнее, но их КПД в земных условиях может достигать 25-35%. Если для отопления и водоснабжения достаточно подогреть теплоноситель до 100 ° С, то для турбин нужна перегретый пар с температурой 350-500 ° С и давлением 15 МПа. Для этого строят «солнечные башни» и размешивают вокруг них зеркала концентрируют отражено солнечные лучи на небольшой площади приемника. Или используют новейшую разработку: параболические концентраторы с двигателем Стирлинга. Они относительно небольшие по размеру и могут двигаться, подставляя отбивные поверхности в наилучшее положение относительно солнца в течение дня.

Использование разных типов солнечных батарей в быту и промышленности

Учитывая все факторы и требования, для обеспечения электричеством отдельных домохозяйств используют монокристаллические или тонкопленочные солнечные батареи. В промышленных солнечных электростанциях целесообразным является установление поликристаллических солнечных панелей. В космосе также пользуются поликристаллическими солнечными панелями, но при этом чистота кремния в них доходит до 99,999%. Их производят по сложной технологии многослойного нанесения, что позволяет превращать в электричество солнечное излучение различной частоты. Это доказывает КПД до невероятных 40%, которые пока невозможно получить в земных условиях.

Производить электричество из света, используя плоские солнечные панели на крупных электростанциях и в домохозяйствах выгодно даже в умеренных широтах. Это доказано опытом Дании и Германии. А в жарких регионах планеты больший потенциал имеют солнечные коллекторы. Они уже работают в Калифорнии(США), Мексике, Испании, Марокко, Египте и других южных странах т.к там наибольшее количество солнечных дней и наибольшие среднегодовые температуры. Кроме того, большинство стран дают возможность продавать излишки энергии по специальным “зеленым тарифам”.

Солнечные батареи работают даже зимой в умеренных широтах

В последнее время появился очень интересный и перспективный гибрид солнечных батарей – Smartflower. Он похож на огромный цветок подсолнечника. Размер лепестков до 10 метров, сервомотор возвращает их по солнцу и регулирует угол наклона. А во время сильного ветра, ночью или в дождь агрегат автоматически составляет рабочие поверхности и опускает их в безопасное положение. Заявленная мощность 3,2 кВт / час, за год можно получить от 3200 до 6400 кВт в зависимости от климата. «Солнечный цветок» уже пользуется массовым спросом в Европе и США.

Поділитися
Чтобы получить бесплатную консультацию по вопросу вас интересует - оставьте свои данные и
Мы свяжемся с вами!