Солнечные батареи принцип работы – Солнечные батареи: все про альтернативный источник энергии — solar-energ.ru. Поворотное устройство для солнечной батареи своими руками: как сделать трекер

Содержание

Солнечные батареи: принцип работы, плюсы использования

Солнечные батареи: принцип работы

Содержание статьи

О том, что солнечные батареи являются источником энергии, обеспечивающим автономность питания многих систем, сегодня известно даже школьнику. Всё более широко применяется солнечное отопление, от солнечных батарей получают электропитание загородные дома и коттеджи.

И дело вовсе не в удалённости от цивилизации. В условиях непрерывно возрастающей стоимости всех без исключения энергоносителей, альтернативные способы получения энергии становятся актуальными не только для малообеспеченных слоёв населения.

Не следует забывать и об экологическом аспекте проблемы энергообеспечения. Очевидно, что работа солнечной батареи, в отличие от подавляющего большинства иных способов получения энергии, не имеет никакого негативного воздействия на окружающую среду и здоровье человека.

Солнечные батареи: принцип работы

Термин «солнечная батарея», нередко понимается по-разному. Чаще всего этим словосочетанием называют панель фотоэлектрических преобразователей, перерабатывающих солнечную энергию в электрическую. В целом, работа солнечной батареи сходна с работой транзистора. Обычный материал, используемый в изготовлении фотоэлектрических панелей – полупроводниковый кремень. Однако, когда целью является повышенная мощность, для производства солнечных батарей применяют кристаллический кремний.

Изготовление осуществляется методом литья. Кроме кремния, в состав сплава входят незначительные доли бора и мышьяка. Полученный в результате сплав характеризуется гладкой синеватой поверхностью с неравномерными переливами.

В упрощённом виде солнечная батарея представляет собой пару тонких листов из кремниевого сплава, сложенных и соединённых с сохранением p-n-перехода. При этом сплав первого листа имеет в своём составе атомы бора, а сплав второго – атомы мышьяка. Кроме того, для наружной пластины характерен переизбыток электронов, а для внутренней – недостаток.

Как работает солнечная батарея

Под воздействием солнечных лучей на элемент, обе пластины солнечной батареи начинают взаимодействие, процесс идентичен происходящему в обычной батарейке. В результате взаимодействия, возникает электродвижущая сила (ЭДС). Образно выражаясь, лучи солнца «пробуждают» электроны, и по законам физики последние начинают перемещение из одной пластины в другую.

Принципиальное же отличие от обычных батарей состоит в том, что в солнечных, не происходит никаких химических реакций. То есть, солнечные батареи для дома способны исправно функционировать весьма долгий срок.

Говоря о сроке эксплуатации, точнее будет отметить, что его практически не существует. Однако сам принцип устройства может отличаться в некоторых деталях. Например, сплав, идущий на изготовление тонкослойных ячеек, может иметь в своём составе не только кремний, но и арсенид, галлий, селен, медь, теллурид, кадмий и другие металлы.

О том, что лучше, ветрогенератор или солнечные батареи, читайте в другой статье строительного журнала samastroyka.ru

Оценить статью и поделиться ссылкой:

samastroyka.ru

Принцип работы солнечной батареи: как устроена панель

О том, что с помощью солнечных батарей можно получать энергию и использовать ее в бытовых нуждах, известно не каждому. Такой способ получения электроэнергии не является особо распространенным, но с каждым годом набирает популярность. При наличии большого солнечного массива можно обеспечить током не только частный дом, но и промышленный объект. Принцип работы солнечной батареи довольно прост, поэтому нет никаких преград, чтобы воспользоваться такой возможностью получения экологичной энергии для личных целей.

Содержание статьи

Что такое солнечная батарея

Солнечными батареями можно обеспечить полное функционирование дома или другого объекта без привлечения дополнительного источника электроэнергии. Они считаются не только экологически чистыми, но и самыми эффективными при выработке энергии. Суть данного устройства заключается в специальных модулях-фотоэлементах, которые захватывают солнечную энергию и при помощи полупроводниковых устройств преобразовывают ее в ток.

Одна батарея содержит 36 элементов и представлена в виде прямоугольника размером с шифер. Есть, конечно, и другие вариации, но такой пример является наиболее популярным. Все модули покрываются пленкой или стеклом и между собой соединены, благодаря чему через эти дорожки ток поступает в инвертор, который на выходе дает нам привычную электроэнергию, которую можно использовать в любых целях.

Устройство батареи

Сегодня нет проблем, чтобы выбрать солнечную батарею. Товары в ассортименте отличаются устройством модуля, способом его работы и технологией производства.

Панели с кремниевыми фотоэлементами

Согласно названию, для таких панелей используется кремний, а если быть точнее, они изготавливаются на основе амфорного кремния. Этот вид модулей относится к тонкопленочным солнечным батареям. Это очень прочный и надежный материал, который может прослужить более 25 лет. Такой вид кремния образуется под раскаленным паром, благодаря чему кристаллам можно придать разную форму и размер. Однако процесс производства достаточно сложный, что не может не сказываться на цене изделия.

Батареи с кремниевым покрытием существуют в двух вариантах:

Монокристаллические

Относятся к дорогостоящим солнечным батареям, так как изготавливаются по особому принципу выращивания кристаллов, на что уходит много времени и сил. Монокристаллические панели представляют собой решетки из множества квадратов с немного подрезанными углами. Такие солнечные модули отличаются не только высоким качеством, но и максимальной производительностью. Они работают даже при сильно низкой температуре, занимают мало места и при этом их КПД не снижается. Владельцы кремниевых монокристаллических солнечных батарей отмечают длительность их использования – до 30 лет.

Поликристаллические

Главное отличие поликристаллических заключается в том, что они производятся с применением дешевого сырья, чаще всего это продукты переработки монокристаллических панелей. Для них не нужно выращивать кристаллы и сама технология более упрощенная. Но несмотря на это, они неплохо проявили себя в работе и могут использоваться даже при критически высоких и низких температурах.

Практически в 80% солнечных батарей установлены модули именно с кремниевыми пластинами.

Тонкопленочные панели

Суть тонкопленочных панелей заключается в особом производстве, где полупроводники наносятся непосредственно на пленку. В качестве полупроводников выступает сплавы меди-индия, теллурида кадмия и селенида. Они существенно отличаются от обычных солнечных батарей наличием панели-пленки, их можно скручивать и тем самым использовать на любой местности. Некоторые клеят их на внешнюю сторону окна, тем самым защищая дом от солнечных лучей и при этом получая небольшую порцию энергии. Ключевое слово здесь – небольшую. Тонкопленочные полупрозрачные панели отличаются низким КПД, то есть обеспечить электричеством весь дом не смогут даже при масштабном использовании. Из дополнительных преимуществ можно выделить маленький вес, простой способ монтажа и невысокую цену.

Концентраторные модули

Концентраторные солнечные батареи считаются самыми эффективными и наряду с этим самыми дорогими. У них наивысший процент фотоэлектрического преобразования, а все потому, что они состоят из многослойной структуры, которая отличается составом полупроводников. Самой успешной по действию признана трехслойная структура. Принципы работы ее в поглощении солнечного излучения по всей длине волн и во всем диапазоне. Подобного эффекта не имеют никакие другие солнечные батареи. Но они сложны в производстве и дороги, поэтому не особо популярны.

Покупка дорогих концентраторных модулей оправдана только для регионов с высокой солнечной радиацией, которая наблюдается на протяжении всего года.

Органические батареи

В батареи органического типа включены элементы, которые состоят из органических полимеров, отсюда и такое название. Это гибкая батарея, которая производится в любых размерах и печатается на пластике с помощью принтера. Суть технологии напрямую сказывается на производительности панели. Процент КПД у них достаточно низкий, зато они отличаются низкой ценой и экологической функцией. Они могут быть выполнены в любой удобной форме и размере, при этом с полным сохранением желаемой текстуры пластика. Некоторые такой вариант используют и как декор частного дома, и как подпитку электроэнергией.

Принцип работы солнечных панелей

Принцип работы

Теперь подробнее о работе солнечной батареи. Она состоит из двух пластин, изготовленных из кремния и покрытых с одной стороны бором, а с другой фосфором. Там, где батарея покрыта бором, частицы отсутствуют. Под действием солнечного света в пластине с фосфором появляются свободные электроны, которые начинаются перемещаться и создавать энергию. Чем больше солнечная радиация, тем больше энергии вырабатывается. Наибольшая эффективность зафиксирована при перпендикулярном попадании лучей.

Существенно снижают эффективность работы солнечных батарей не только пасмурные дни, но и пыль с грязью. Фотоэлементы не смогут вырабатывать заявленное количество свободных частиц, если пленка будет загрязненной.

Важным моментом является отведение заряженных частиц по назначению. Данная миссия возложена на тонкие жилы из меди, которые выступают своего рода соединяющим элементом. По этим медным путям энергия попадает в подсоединенный аккумулятор. Он собирает достаточное количество энергии и направляет его в инвертор, где постоянный ток от солнечного света преобразовывается в переменный с нужным напряжением для обеспечения бытовых потребностей (220В). С помощью одной пластины можно питать лампочку, но для поддержания всего дома потребуется купить не одну солнечную батарею с высокой мощностью.

Схема электропитания дома от солнца

Если вы хотите пользоваться солнечными батареями для обеспечения своего дома экологичным видом электроэнергии, то вы должны знать, как работает система и что от вас потребуется. Итак, схема электропитания включает в себя следующий набор обязательных устройств:

Суть солнечных батарей мы уже определили, а вот зачем нужно остальное оборудование? Аккумулятор позволяет собирать необходимое количество энергии и сохранять ее с целью использования в темное время суток или в пасмурные дни, когда солнечной радиации недостаточно для удовлетворения электрических потребностей. Контроллер не является обязательной частью, но с его помощью можно обезопасить батарею и аккумулятор от перепадов напряжения, а также полного разряжения. Такое решение позволяет сохранить срок службы солнечной системы.

Осталось разораться с инвертором. Без него вы не сможете использовать полученную энергию от солнца по назначению. Инвертор позволяет преобразовать постоянный солнечный ток в переменный с повышенным показателем напряжения сети. То есть, так как батареи выпускаются мощностью 12В, 24В и 48В, то инвертор путем трансформации «перерабатывает» его в привычные 220В. Лучше всего отдавать предпочтение трехфазным синусоидным инверторам. Они отличаются высокой надежностью и работой даже при самых низких температурах.

www.termico-solar.com

Принцип работы и устройство солнечной батареи

Одним из источников энергии является солнечная батарея, генерирующая альтернативную энергию Солнца. Она появилась сравнительно недавно, но уже успела обрести популярность в странах Евросоюза, за счет высокой эффективности и приемлемой стоимости.

Солнечная батарея является почти неисчерпаемым источником энергии, способным накапливать и преобразовывать световые лучи в энергию и электричество. В странах СНГ новый источник энергии постепенно только набирает популярность. (Кстати, статью о том, как выбрать солнечную батарею, Вы можете прочитать здесь.)

Компоненты

Само устройство и принцип работы энергоисточника можно называть простым. Оно состоит всего из двух частей:

основного корпуса;
преобразовательных блоков.

В большинстве случаев корпус делают из пластика. Он похож на обыкновенную плитку, к которой прикреплены преобразовательные блоки.

Преобразовательным блоком является кремниевая пластинка. Она может изготавливаться двумя способами:

поликристаллическим;
монокристаллическим.

Поликристаллический способ является менее затратным, а монокристаллический считается наиболее эффективным.

Все остальные дополнительные части (например, контроллеры и инверторы), гаджеты и микросхемы присоединяют только для увеличения работоспособности и функционирования источника энергии. Без них солнечная батарея также сможет работать.

Имейте в виду: для того чтобы данный источник начал функционировать нужно правильно и аккуратно подключить все преобразовательные блоки.
С расчётом мощности солнечных батарей может помочь данная статья: https://teplo.guru/eko/solnechnyie-batarei-kpd.html
Существует два вида их подключения:
последовательное;
параллельное.
Разница лишь в том, что в параллельном соединении происходит увеличение силы тока, а при последовательном увеличивается напряжение.
Если есть необходимость в максимальной работе сразу двух параметров, то используется параллельно-последовательное.
Но стоит учитывать, что высокие нагрузки могут способствовать тому, что некоторые контакты могут перегореть. Для предотвращения этого используют диоды.
Один диод способен защитить одну четвертую часть фотоэлемента. Если их нет в устройстве, то есть большая вероятность, что весь источник энергии прекратит своё функционирование после первого же дождя или урагана.
Важный момент: ни накопление, ни сила тока совершенно не соответствуют возможным параметрам современной бытовой техники, поэтому приходится перераспределять и накапливать электроэнергию.
Для этого рекомендуется дополнительно подключать минимум два аккумулятора. Один будет являться накопительным, а второй запасным или резервным.
Приведем пример работы дополнительных аккумуляторов. Когда на улице хорошая и солнечная погода, то заряд идет быстро и через малое количество времени появляется уже лишняя энергия.
Поэтому весь этот процесс контролирует специальный реостат, который способен в определенный момент перевести всю ненужную электроэнергию в дополнительные резервы.
Познакомиться с отзывами владельцев солнечных батарей можно в данной статье: https://teplo.guru/eko/solnechnyie-batarei-dlya-doma-otzyivy.html
Принцип работы
В чем же заключается принцип работы альтернативного источника энергии?
Во-первых, фотоэлементы являются кремниевыми пластинами. В свою очередь, кремний по своему химическому составу имеет максимальную схожесть с чистым силицием. Именно этот нюанс дал возможность понизить стоимость солнечной батареи и запустить ее уже на конвейер.
Кремний в обязательном порядке кристаллизуют, так как сам по себе он является полупроводником. Монокристаллы изготавливаются намного проще, но при этом не имеют много граней, за счет чего электроны имеют возможность двигаться прямолинейно.
Важно знать, что добавлением фосфора или мышьяка повышается электропроводность. Также, одним из важных свойств силиция является невидимость для инфракрасного излучения.
Благодаря этому элементу, преобразовательные блоки поглощают только полезные части солнечного спектра.
Последовательность действий солнечной батареи:
Принцип работы солнечной батареи. (Для увеличения нажмите)
Энергия солнца попадает на пластины.
Пластины нагреваются и освобождают электроны.
Электроны активно двигаются по проводникам.
Проводники дают заряд аккумуляторам.
Вот мы и выяснили, из чего состоят солнечные батареи и каков их принцип действия.
Подробнее узнать об основных видах солнечных панелей можно здесь: https://teplo.guru/eko/vidyi-solnechnyih-paneley.html
В заключение хотелось бы добавить, что такую альтернативу можно сделать дома самостоятельно, при наличии всех необходимых частей.
Смотрите видео, в котором в легкой и познавательной форме объясняется принцип работы солнечных батарей:
teplo.guru
Солнечные батареи: как это работает
Солнечные батареи уже сейчас используются для питания самой разнообразной техники: от мобильных гаджетов до электромобилей. Как устроены, какими бывают и на что способны современные солнечные батареи, вы узнаете из этой статьи.
История создания
Так исторически сложилось, что солнечные батареи – это уже вторая попытка человечества обуздать безграничную энергию Солнца и заставить ее работать себе на благо. Первыми появились солнечные коллекторы (солнечные термальные электростанции), в которых электричество вырабатывает нагретая до температуры кипения под сконцентрированными солнечными лучами вода.
Солнечная термальная электростанция в испанском городе Севилья
Солнечные же батареи производят непосредственно электричество, что намного эффективнее. При прямой трансформации теряется значительно меньше энергии, чем при многоступенчатой, как у коллекторов (концентрация солнечных лучей, нагрев воды и выделение пара, вращение паровой турбины и только в конце выработка электричества генератором).
Современные солнечные батареи состоят из цепи фотоэлементов – полупроводниковых устройств, преобразующих солнечную энергию напрямую в электрический ток. Процесс преобразования энергии солнца в электрической ток называется фотоэлектрическим эффектом.
Данное явление открыл французский физик Александр Эдмон Беккерель в середине XIX века. Первый же действующий фотоэлемент спустя полвека создал русский ученый Александр Столетов. А уже в двадцатом столетии фотоэлектрический эффект количественно описал не требующий представления Альберт Эйнштейн.
Беккерель, Столетов и Эйнштейн – именно этому «трио» ученых мы обязаны созданием солнечных батарей

Принцип работы
Полупроводник – это такой материал, в атомах которого либо есть лишние электроны (n-тип), либо наоборот, их не хватает (p-тип). Соответственно, полупроводниковый фотоэлемент состоит из двух слоев с разной проводимостью. В качестве катода используется n-слой, а в качестве анода – p-слой.
Лишние электроны из n-слоя могут покидать свои атомы, тогда как p-слой эти электроны захватывает. Именно лучи света «выбивают» электроны из атомов n-слоя, после чего они летят в p-слой занимать пустующие места. Таким способом электроны бегут по кругу, выходя из p-слоя, проходя через нагрузку (в данном случае аккумулятор) и возвращаясь в n-слой.
Схема работы фотоэлемента
Первым в истории фотоэлектрическим материалом был селен. Именно с его помощью производили фотоэлементы в конце XIX и начале XX веков. Но учитывая крайне малый КПД (менее 1 процента), селену сразу же начали искать замену.
Массовое же производство солнечных батарей стало возможным после того как телекоммуникационная компания Bell Telephone разработала фотоэлемент на основе кремния. Он до сих пор остается самым распространенным материалом в производстве солнечных батарей. Правда, очистка кремния – процесс крайне затратный, а потому мало-помалу пробуются альтернативы: соединения меди, индия, галлия и кадмия.
Селен – исторически первый, а кремний – самый массовый материал в производстве фотоэлементов
Понятное дело, что мощности отдельных фотоэлементов недостаточно, чтобы питать мощные электроприборы. Поэтому их объединяют в электрическую цепь, тем самым формируя солнечную батарею (другое название – солнечная панель).
На каркас солнечной батареи фотоэлементы крепятся таким образом, чтобы их в случае выхода из строя можно было заменять по одному. Для защиты от воздействия внешних факторов всю конструкцию покрывают прочным пластиком или закаленным стеклом.
Мобильный телефон Samsung E1107 оснащен солнечной батареей

Существующие разновидности
Классифицируются солнечные батареи по мощности вырабатываемого электричества, которая зависит от площади панели и ее конструкции. Мощность потока солнечных лучей на экваторе достигает 1 кВт, тогда как в наших краях в облачную погоду она может опускаться ниже 100 Вт. В качестве примера возьмем средний показатель (500 Вт) и в дальнейших расчетах будем отталкиваться от него.
Наручные часы Citizen Eco-Drive с солнечной батареей вместо циферблата
Самым низким коэффициентом фотоэлектрического преобразования обладают аморфные, фотохимические и органические фотоэлементы. У первых двух типов он равен примерно 10 процентам, а у последнего – всего лишь 5 процентам. Это означает, что при мощности солнечного потока в 500 Вт солнечная панель площадью один квадратный метр будет вырабатывать соответственно 50 и 25 Вт электроэнергии.
Монтаж солнечных панелей на крыше жилого дома
В противовес вышеупомянутым типам фотоэлементов выступают солнечные батареи на основе кремниевых полупроводников. Коэффициент фотоэлектрического преобразования на уровне 20%, а при благоприятных условиях — и 25% для них привычное дело. Как результат, мощность метровой солнечной панели может достигать 125 Вт.
Гоночный электромобиль Honda Dream на солнечных батареях появился еще в 1996 г.
Конкурировать по мощности с кремниевыми солнечными батареями способны разве что решения на основе арсенида галлия. Используя это соединение, инженеры научились создавать многослойные фотоэлементы с КФП свыше 30% (до 150 Вт электричества с квадратного метра).
Портативная солнечная панель Solarland мощностью 130 Вт и стоимостью $860
Если же говорить о площади солнечных батарей, то существуют как миниатюрные «пластинки» мощностью до 10 Вт (для частой транспортировки), так и широченные «листы» на 200 Вт и более (сугубо для стационарного использования).
Беспилотный самолет, разработанный NASA Ames Research Center, способен на солнечной энергии пролететь от восточного побережья США до западного
На работу солнечных батарей может негативно влиять ряд факторов. К примеру, с ростом температуры снижается КФП фотоэлементов. Это при том, что солнечные батареи как раз-то и устанавливают в жарких солнечных странах. Получается своеобразная палка о двух концах.
Солнечную батарею Voltaic можно носить у себя за спиной
А если затемнить часть солнечной панели, то неактивные фотоэлементы не только прекращают вырабатывать электричество, но и становятся дополнительной, зловредной нагрузкой.
«Солнечное дерево – культурный и одновременно научный символ австрийского городка Глайсдорф

Крупнейшие производители
Лидерами глобального производства солнечных батарей являются компании Suntech, Yingli, Trina Solar, First Solar и Sharp Solar. Первые три представляют Китай, четвертая – США, а пятая, как нетрудно догадаться, является подразделением японской корпорации Sharp.
Гольфкар на солнечных батареях – бесшумное и экологически чистое средство передвижения
Американская компания First Solar не только производит солнечные батареи, но и принимает непосредственное участие в проектировании и строительстве солнечных электростанций. Мощнейшая в мире СЭС Агуа-Калиенте, которая находится в штате Аризона, США – дело рук инженеров First Solar.
Крупнейшую же украинскую СЭС «Перово» строила и снабжала солнечными панелями австрийская компания Activ Solar.
Китайская же компания Suntech прославилась тем, что готовила к летней Олимпиаде-2008 футбольный стадион под названием «Птичье гнездо» в Пекине. Вырабатываемая на протяжении дня с помощью солнечных батарей электроэнергия аккумулируется, а затем используется для освещения стадиона, полива травы на футбольном поле и работы телекоммуникационного оборудования.
Национальный стадион в Пекине густо усеян солнечными батареями производства Suntech

Выводы
Еще два десятилетия назад диковинкой казались микрокалькуляторы с фотоэлементами, что позволяло не менять в них «батарейку-таблетку» годами. Сейчас же мобильные телефоны со встроенной в заднюю крышку солнечной панелью никого не удивляют. А ведь это мелочь в сравнении с автомобилями и самолетами (пусть и беспилотными), которые научились передвигаться при помощи одной лишь солнечной энергии.
Будущее солнечных батарей видится точно таким же светлым, как само солнце. Хочется верить, что именно солнечные батареи позволят наконец-то вылечить смартфоны и планшеты от «розеткозависимости».
itc.ua
принцип работы, виды панелей, схемы электропитания, плюсы и минусы
Бесплатную и бесконечную солнечную энергию люди используют для электроснабжения своих домов и предприятий. Принцип работы солнечной батареи таков, что сегодня нельзя рассчитывать на высокий уровень КПД. Однако в мире существует множество объектов, которые обеспечивают себя электроэнергией исключительно с помощью солнечных панелей.
Научитесь использовать солнечную энергию в свое благо
Понятие солнечной энергетики
Солнечная энергетика — это тематика, в которой имеется очень много неразберихи и нюансов. Попытки разобраться в ней часто вызывают трудности у новичков и людей, далёких от техники. Но без понимания принципа действия солнечных батарей не получится выжать максимальный КПД. В этом случае приобретение оборудования бессмысленно, ведь можно выбрать не ту модель или попросту сжечь технику.
Чтобы избежать неприятных последствий, нужно разобраться с разновидностями оборудования для получения энергии от солнечных лучей. Существует два типа устройств, имеющих принципиальные различия между собой. Солнечные батареи используются для преобразования фотонов в электрическую энергию. Коллекторы применяются для получения тепловой энергии.
Также нужно разобраться с самим понятием солнечной батареи. Слово «батарея» подразумевает какое-либо накопительное устройство, но это не совсем так. Солнечная батарея используется только для выработки электроэнергии. В течение дня электрическая энергия накапливается в аккумулирующих устройствах для обеспечения дома в ночное время.
Из данного видео узнаем как устроена солнечная батарея:

Устройство гелиобатареи
С каждым годом оборудование для преобразования солнечной энергии в электрическую становится всё доступнее и дешевле. Сегодня существуют не только стационарные панели для обеспечения электроэнергией домов и хозяйственных построек, но и портативные. Они используются туристами для зарядки телефонов, фонариков и других устройств. Солнечные панели устанавливают на электрические автомобили. Также они используются на космических спутниках. Из таких батарей даже начали строить полномасштабные электростанции.
Строение солнечной батареи подразумевает блок, состоящий из какого-либо количества модулей — полупроводниковых фотоэлементов, соединённых между собой последовательно. Чтобы выяснить принцип работы солнечных панелей, нужно понять действие конечного элемента всего устройства.
Вариантов фотоэлементов, сделанных из разных химических соединений, существует очень много, но основная часть сейчас находится на этапе разработки. В большом количестве сегодня производятся только фотоэлементы из кремния.
Фотоэлемент состоит из двух слоёв кремния, каждый из которых имеет различные физические свойства. Во время попадания солнечных лучей на фотоэлемент между двумя слоями появляется вентильная фото-ЭДС. Из-за этого появляется разность потенциалов и возникает электрический ток. Различаются солнечные батареи по принципу производства на:
поликристаллические;
монокристаллические.
У монокристаллических моделей КПД больше, но и стоимость их производства выше по сравнению с поликристаллическими устройствами. Оба вида отличаются между собой по внешним признакам. Монокристаллы имеют однородную структуру. Они представляют собой квадраты, имеющие срезанные углы. У поликристаллов правильная квадратная форма.
Солнечные батареи – удовольствие не из дешевых, однако в будущем они помогут сэкономить вам деньги
Поликристаллические фотоэлементы производят методом плавного остывания расплавленного кремния. Это довольно простая технология, поэтому себестоимость такого материала относительно низкая. Но КПД поликристаллов составляет не больше 15%. Кремниевые пластины, произведённые по такой технологии, получаются неоднородной структуры и с примесями.
Внешняя сторона фотоэлемента, на которую попадает солнце, изготавливается из кремния и фосфора. Именно фосфор производит избыточные электроны, благодаря которым получается разность потенциалов.

Принцип работы
Фотоны попадают на кремниевую пластину, в которой появляются неравновесные пары. Часть появившихся зарядов переходит из одного кремниевого слоя в другой. Из-за этого образуется напряжение на всех участках цепи. На одном слое образуется положительный заряд, на другом — отрицательный.
Подключение аккумулятора производится в виде внешней нагрузки. Он образует с фотоэлементами замкнутую цепь. Электроны в солнечной панели движутся по кругу, в результате чего аккумулятор постепенно заряжается.
Фотоэлементы, применяемые повсюду, являются однопереходными. Это значит, что электроны движутся всего через один переход и имеют ограниченную зону, то есть для генерации электричества используется только часть всего излучаемого спектра. Именно поэтому у гелиобатарей довольно низкая энергоэффективность.
Для повышения коэффициента полезного действия батарей кремниевые составляющие начали изготавливать каскадными и имеющими много переходов. Новые солнечные панели снабжены несколькими ходами, каждый из которых предназначен для своего конкретного спектра. Но такие батареи стоят намного дороже.
Во время работы всё устройство медленно нагревается. Энергия, которая не перешла в электрический ток, трансформируется в тепловую. Температура поверхности батареи может составлять от +50 до +55°С. Чем сильнее разогревается фотоэлемент, тем хуже он работает.
В жаркий летний день панель способна генерировать электроэнергии меньше, чем зимой. Наибольший КПД можно зафиксировать в солнечный зимний день: естественное охлаждение не даёт фотоэлементам перегреваться.
Эффективность устройства
Единичный фотоэлемент даже в самую ясную погоду выдаёт слишком мало электроэнергии. Его мощности будет хватать только на светодиоды. Для увеличения мощности объединяют несколько таких элементов в параллельную цепь. Это усиливает напряжение. Повышение силы тока осуществляется за счёт последовательных соединений. Эффективность батарей зависит от:
силы светового потока;
температуры панели;
угла падения света;
наличия антиотражающего покрытия.
Чем холоднее вокруг, тем эффективнее функционирует всё оборудование. Также для поддержания максимального КПД необходимо установить контроллер. Он автоматически подстраивает гелиопанель и настраивает оптимальный режим работы в зависимости от выдаваемого тока.
Для получения максимальной отдачи батареи нужно подобрать правильный угол падения лучей. Идеальный угол — прямой. Отклонение от перпендикуляра в пределах 30° практически не оказывает влияния на энергоэффективность оборудования.
Также нужно обратить внимание на то, что пыль и любые загрязнения очень понижают производительность фотоэлементов. Множество фотонов просто не могут пройти сквозь грязь, поэтому фотоэлементам нечего перерабатывать в электроэнергию. Поверхности батарей необходимо регулярно мыть.
В некоторых моделях фотонных батарей встроены линзы для фокусирования света на фотоэлемент. Это значительно повышает КПД, но только в ясную погоду. В пасмурный день такие модели практически полностью перестают вырабатывать электричество. Обычные панели в такой ситуации продолжили бы работать.
Схема электропитания
В цепь солнечного электроснабжения дома входит несколько элементов. Каждый из них выполняет свою функцию и должен присутствовать в системе. Электропитание от гелиобатареи включает такие устройства:
панели;
инвертор;
контроллер;
аккумуляторы.
Контроллер выполняет защитную функцию как для панелей, так и для аккумуляторов. Он не даёт проходить обратным токам ночью и в облачную погоду, а также защищает АКБ от полной разрядки или чрезмерной зарядки.

Инвертор трансформирует постоянный ток в переменный. Из 12 Вт или 24 Вт получается 220 Вт. Не стоит включать в систему автомобильные аккумуляторы, так как они не способны переносить постоянные заряды и разряды. Лучше всего для этой цели использовать специализированные аккумуляторы.
kaminguru.com
Солнечные батареи. / Альтернативная энергетика / it works!
Мы часто пишем про различные виды альтернативной энергетики, в том числе про солнечную. Этой статьей начинается цикл статей про принципы работы различных устройств работающих на возобновляемой энергии. И первое что будет рассмотрено — солнечные батареи. Солнечная энергия в последнее время используется повсюду: в естественном освещении помещений, нагрева воды, сушки и иногда даже в приготовлении пищи. Однако самым важным использованием энергии солнца является, пожалуй, генерация электричества. И главный элемент такой генерации — солнечная батарея!
Строение солнечных батарей

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

Принцип работы фотоэлементов из которых состоит солнечная батарея основан на фотогальваническом эффекте. Этот эффект наблюдал еще Александр Эдмонд Беккерель в 1839 году. Впоследствии работы Эйнштейна в области фотоэффекта позволили описать явление количественно. Опыты Беккереля показали, что лучистую энергию солнца можно трансформировать в электричество с помощью специальных полупроводников, которые позже получили название фотоэлементы.
Вообще такой способ получения электричества должен быть наиболее эффективным, потому что является одноступенчатым. По сравнению с другой технологией преобразования солнечной энергии через термодинамический переход (Лучи -> Нагревание воды -> Пар -> Вращение турбины -> Электричество), меньше энергии теряется на переходы.
Строение фотоэлемента

Фотоэлемент на основе полупроводников состоит из двух слоев с разной проводимостью. К слоям с разных сторон подпаиваются контакты, которые используются для подключения к внешней цепи. Роль катода играет слой с n-проводимостью (электронная проводимость), роль анода — p-слой (дырочная проводимость).
Ток в n-слоя создается движение электронов, которые «выбиваются» при попадании на них света за счет фотоэффекта. Ток в p-слое создается «движением дырок». «Дырка» — атом, который потерял электрон, соответственно, перескакивание электронов с «дырки» на «дырку» создает «движение» дырок, хотя в пространстве сами «дырки» конечно не двигаются.
На стыке слоев с n- и p-проводимостью создается p-n-переход. Получается своего рода диод, которые может создавать разность потенциалов за счет попадание лучей света.
Физический механизм действия

Когда лучи света попадают на n-слой, за счет фотоэффекта образуются свободные электроны. Кроме этого, они получают дополнительную энергию и способны «перепрыгнуть» через потенциальный барьер p-n-перехода. Концентрация электронов и дырок изменяется и образуется разность потенциалов. Если замкнуть внешнюю цепь через нее начнет течь ток.
Разность потенциалов (а соответственно и ЭДС) которую может создавать фотоэлемент зависит от многих факторов: интенсивности солнечного излучения, площади фотоэлемента, КПД конструкции, температуры (при нагревании проводимость падает).
Из чего делают фотоэлементы?

Самый первый в мире фотоэлемент появился в 1883 году в лаборатории Чарьза Фриттса. Он был изготовлен из селена, покрытого золотом. Увы, но такой набор материалов показал невысокие результаты — около 1% КПД.
Революция в использовании фотоэлементов произошла тогда, когда в недрах лаборатории компании «Bell Telephone» был создан первый элемент на кремнии. Компания нуждалась в источнике электроэнергии для телефонных станцией, и, можно сказать, была первой компанией, которая использовала альтернативный источник на солнечной энергии.
Кремний до сих пор остается основных материалом для производства фотоэлементов. Вообще кремний (Silicium, Silicon) — второй по распространенности элемент на Земле, запасы его огромны. Однако в промышленном его использовании есть одна большая проблема — его очистка. Процесс этот очень трудоемкий и затратный, поэтому чистый кремний стоит дорого. Сейчас ведется поиск аналогов, которые бы не уступали кремнию по КПД. Перспективными считаются соединения меди, индия, селена, галлия и кадмия, а также органические фотоэлементы.
Солнечные батареи (Сборки)

Однако разность потенциалов, создаваемая одним фотоэлементов, мала для промышленного применения. Чтобы иметь возможность использовать солнечные элементы для электропитания устройств, их соединяют вместе. Тем самым получаются солнечные батарей (солнечные сборки, солнечные модули). Кроме того, фотоэлементы покрывают различными защитными слоями из стекла, пластмассы, различных пленок. Это делают для того, чтобы защитить хрупкий элемент.
Основной рабочей характеристикой солнечной батареи является пиковая мощность, которую выражают в Ваттах (Вт, W). Эта характеристика показывает выходную мощность батареи в оптимальных условиях: солнечном излучении 1 кВт/м², температуре окружающей среды 25 ^oC, солнечном спектре шириной 45^o(АМ1,5). В обычных условиях достичь таких показателей удается крайне редко, освещенность ниже, а модуль нагревается выше (до 60-70 градусов).
Соединяя фотоэлементы последовательно мы повышаем разность потенциалов, соединяя параллельно — ток. Таким образом комбинируя соединения можно добиться требуемых параметров по току и напряжению, а следовательно и по мощности. Кроме того, последовательно или параллельно можно соединять не только фотоэлементы в рамках одной солнечной батареи, но и солнечные батареи в целом.
itw66.ru
все про альтернативный источник энергии — solar-energ.ru. Как сделать солнечную батарею из простых подручных средств
Иногда сделать своими руками солнечную батарею бывает необходимо. Мы расскажем, как, из чего и для каких целей можно использовать самодельную СБ.
Людей, которые бы желали жить в экологически чистом месте, вдали от шума цивилизации, становится все больше. Развитая промышленность загрязняет воздух и окружающую среду и вызывает распространение многих болезней, ослабляя иммунитет. Но отъезд подальше от города имеет некоторые сложности, в первую очередь это связано с отсутствием электроснабжения некоторых участков. Жить же в наше время без электричества практически невозможно. На Западе данная проблема решается установкой ветрогенератора, но этот способ имеет свои сложности. В первую очередь дело в дороговизне оборудования. К тому же, чтоб обеспечить целый дом, потребуется не один, а как минимум несколько генераторов. Одним из самых эффективных способов обеспечения электроэнергии дома считается использование солнечных батарей. Небольшую солнечную батарею можно построить своими руками, ведь заводские варианты не дешевы.

Узнаем, как сделать солнечную батарею
Основные элементы: где достать
По сути, солнечная батарея представляет собой контейнер, в котором располагают массив элементов, преобразующих энергию Солнца в электричество. Мы не зря употребили слово «массив». Дело в том, что чтобы обеспечить даже самый маленький домик энергией, элементов должно быть достаточно много.
А так как эти элементы имеют весьма хрупкую структуру, контейнер должен обеспечить их механическую защиту. Кроме того, в контейнере все элементы объединяются в один. Принцип работы батареи не сложен. Поэтому сделать ее можно и самостоятельно.
Для этого все-таки надо изучить теоретическую часть, так как солнечные батареи мало кто делает самостоятельно. Отсюда, кстати, и мнение, что сделать их сложно. Но на самом деле это не так. Основные выводы, полученные после изучения материала о создании данного источника электроэнергии, следующие:
Самое главное – приобрести солнечные элементы, и желательно по доступной цене.
Можно использовать бывшие в употреблении запчасти, ввиду высокой стоимости новых.
Купить пластины, которые обладают небольшими повреждениями, можно на аукционах или по рекламе.
Таким образом, на солнечных элементах вполне можно сэкономить. А уж сделать своими руками контейнер не составит трудности.

Солнечные элементы
Принцип работы
Если вы раньше особо не вникали в вопрос, как сделать солнечную батарею, то в первую очередь следует понять принцип ее работы. Если понять принцип, как она работает, то и вопрос, как ее сделать своими руками, не поставит вас в тупик. На самом деле ее конструкция вполне проста.
Как мы писали выше, солнечная батарея (СБ) — это некоторое количество фотоэлектрических преобразователей энергии, сделанных из кремния для генерации постоянного тока. Все элементы соединены и установлены в контейнере.
Преобразователи бывают трёх видов:
монокристаллические;
поликристаллические;
аморфные или тонкопленочные.
Фотоэлектрический эффект представляет собой следующее: свет от Солнца падает на фотоэлементы, после чего выбивает свободные электроны с последних орбит каждого атома кремниевой пластины. Свободные электроны начинают перемещаться между электродами, тем самым вырабатывая постоянный ток. Постоянный ток, в свою очередь, преобразовывается в переменный, которым и будет оснащаться здание.

схема преобразования солнечной энергии в элементах
Как правильно подобрать фотоэлемент
Так как фотоэлементы бывают аморфные, поликристаллические и монокристаллические, можно выбрать один из этих трех вариантов. Желательно это сделать до начала проектной работы. Рассмотрим основные характеристики каждого из видов.
Монокристаллические имеют КПД 12-14%, но являются самыми чувствительными к лучам света. Если в вашей местности солнечных дней не так много, лучше этот вариант не рассматривать. Небольшая облачность способна существенно снизить КПД. Срок эксплуатации составляет 30 лет.
Аморфные в своем составе имеют гибкий кремень. Их КПД составляет около 10%. Их производительность электричества не снижается даже в плохих погодных условиях. Однако они очень дороги, да и достать их бывает непросто.
Поликристаллические имеют КПД до 9%. Они весьма доступны, их производительность не зависит от облачности, но срок эксплуатации меньше на треть – до 20 лет.
В специализированных магазинах можно найти любой из этих вариантов. Если же вы хотите немного сэкономить, выбирайте второй сорт. Эти элементы будут иметь небольшие дефекты, но на работе прибора это не скажется. Иногда цена на б. у. части ниже в 2-3 раза, что позволяет сэкономить должным образом, делая работу самостоятельно.
Как расположить для улучшения КПД
Так как КПД зависит в первую очередь от света, при выборе места под ваше устройство необходимо пользоваться следующим принципом: установку стоит проводить как можно выше. Именно поэтому устройства располагают чаще всего на крыше здания. Однако иногда бывает так, что дом при строительстве не рассчитан на больший вес, а данный способ получения электричества требует более крепких перекрытий. Тогда следует выбирать место на земле, которое в течение дня постоянно освещено.

Как расположить солнечную батарею
Что же касается угла падения лучей, то установку лучше ставить так, чтоб они падали перпендикулярно. В современных заводских установках владелец может корректировать угол наклона платформы. Сделать же это в самодельных вариантах не просто.
Угол наклона определяется как географическим месторасположением участка, так и уровнем солнцестояния на местности.
Самостоятельная работа

как сделать солнечную батарею
Сразу хочется сказать – не особо надейтесь, что сможете сами построить устройство, которое полностью покроет все расходы дома, и обеспечит здание электричеством в 220 Вольт. Размеры такой установки были бы огромны, ведь одна пластина генерирует электрический ток с напряжением всего 0,5 В. Оптимально для самоделки – номинальное напряжение в 18 вольт. На этот показатель мы и будем ориентироваться, рассчитывая необходимое количество фотоэлементов для батареи.
Важно: Корпус устройства представляет простой неглубокий ящик. Бортики лучше сделать как можно меньше, чтобы они не создавали тень. Материалом для него может быть фанера и рейки.
Бортики для лучшего крепления садим на клей и привинчиваем саморезами. Чтобы блоки было проще спаять, ящик делим на две части с помощью планки, зафиксированной по центру ящика.
Собираем каркас для фотоэлементов

каркас для фотоэлементов солнечной батареи из профиля
Защитная рамка или каркас – важнейшая часть устройства. Для ее создания в домашних условиях можно использовать алюминиевые уголки 30х30 мм или деревянные бруски.
Если вы решили использовать металлический профиль, фаска снимается напильником под углом 45 градусов. После того, как все части каркаса выпилены, они соединяются с помощью уголков. Защитное стекло приклеивается на готовый каркас с помощью силикона.
Важно: Функцию подложек могут выполнять два вырезанных куска ДВП. На них и будут крепиться солнечные элементы. Вместо ДВП можно использовать любой тонкий материал, обладающий жесткостью и не проводящий электрический ток.
Как соединять пластины
Чтобы правильно соединить пластины, надо знать некоторые принципы:
Для увеличения напряжения в домашних условиях, при спаивании пластин нужно знать, что для увеличения напряжения соединять их надо последовательно, а для увеличения силы тока — параллельно.
Промежуток между кремниевыми пластинами должен составлять 5 мм с каждой стороны. Это необходимо, так как при нагреве пластины могут расширяться.
Каждый преобразователь имеют две дорожки: с одной стороны у них будет «плюс», с другой — «минус». Соединением все детали последовательно в единую цепь.
Проводники с последних компонентов цепи надо вывести на общую шину.
Важно: чтобы избежать саморазряда устройства в ночное время или облачную погоду, можно сделать монтаж диода Шоттки 31DQ03 или другого аналога на контакт от «средней» точки.
Когда все работы по спайке закончены, с помощью мультиметра можно проверить выходное напряжение. Оно должно составлять 18–19В для обеспечения небольшого дома электроэнергией.
Как собрать панель

Устройство солнечной батареи
Итак, корпус у нас готов, и пора заняться панелью. В полученный ящик надо уложить спаянные преобразователи. В центре каждого фотоэлемента наносим силикон, и закрываем сверху подложкой из ДВП для их фиксации. Закрываем конструкцию крышкой, и для надежности все стыки герметизируем силиконом или герметиком. Полученная панель устанавливается на специальный держатель или каркас.
Важно: Чтобы защитить батарею от агрессивного воздействия среды и климата, применяют оргстекло, закрывающее лицевую сторону. Если батарея крупная, можно использовать два куска, но если позволяет ее размер – то можно вырезать один, тогда соединение будет без стыка.
Обычное стекло лучше не брать – оно слишком хрупкое, и в процессе эксплуатации может лопнуть.
Своими руками из того, что есть
Если цена на солнечные панели вас не устраивает, вы вполне можете создать свою установки из практически подручных материалов. Ниже мы рассмотрим, как сделать солнечную батарею своими руками из различных материалов – например, из транзисторов, диодов и фольги.

солнечная батарея своими руками из подручных средств
Транзисторы, как основа световых элементов
Транзисторы подходят под нашу цель, так как внутри у них располагается довольно большой кремневый полупроводниковый элемент, который и будет использоваться для производства электричества. Лучше всего остановить свой выбор на транзисторах типа КТ или П.
Важно: При сборке источника тока хорошим вариантом будет разработать монтажную плату из фольгированного стеклотекстолита. Плату, после распайки, нужно поместить в корпус подходящих размеров, а сверху закрыть пластиной из оргстекла. В результате мы можем получить источник тока из нескольких десятков транзисторов, который генерирует напряжение в несколько вольт при выходном токе в несколько миллиампер.
Начинаем работу. В первую очередь срезаем металлическую крышку с необходимого количества радиодеталей. Это сделать проще, если зажать транзистор в тисках и произвести срез аккуратно ножовкой по металлу. Внутри вы увидите пластину. Это и есть главная часть нашего будущего устройства. Он будет служить нам фотоэлементом.
Деталь будет иметь три контакта: база, эмиттер и коллектор. Во время сборки выбирайте коллекторный переход в связи с наибольшей разностью потенциалов.
Своими руками сборку лучше делать на ровной поверхности из любого диэлектрического материала.
Важно: Все транзисторы спаиваем в отдельные последовательные цепочки, которые, в свою очередь, необходимо соединять параллельно. Расчет источника тока делаем, основываясь на характеристиках радиодеталей. В среднем, один транзистор выдает напряжение 0,35 В при силе тока при КЗ в 0,25 мкА.
Те транзисторы, которые вы собираетесь использовать при создании солнечных батарей, перед работой следует проверить. Для этих целей берем простой мультиметр. Необходимо переключить прибор в режим измерения тока, включить его между базой и коллектором или эмиттером транзистора. Снимаем показатель – обычно прибор демонстрирует небольшой ток — доли миллиампера, реже чуть больше 1 мА. Далее переключаем прибор в режим измерения напряжения (предел 1-3 В), и получаем значение выходного напряжения (оно составит порядка нескольких десятых долей вольта). Транзисторы желательно группировать с близкими значениями выходных напряжений.
Используем диоды
Вторым популярным материалом для самодельного источника энергии считается диод. Диоды Д223Б могут стать действительно альтернативным источником электрического тока. Они имеют наибольший вольтаж, и заключены в стеклянном корпусе. Один диод может сгенерировать 350 мВ на солнце, исходя из этого, можно определить и напряжение на выходе готового изделия.
Произведя расчёты, подбираем нужное количество диодов. Их необходимо сложить в емкость и залить ацетоном. Можно использовать и другой растворитель. Это необходимо, чтобы снять краску со стекла.
Берем пластину из не металлического материала, и делаем на ней разметку, куда будут впаяны компоненты источника питания. Через несколько часов краска, как раз пока делается разметка, станет мягкой, и ее можно легко соскрести.

Солнечная панель на диодах
Далее необходимо определить плюсовой контакт – для этого используем мультиметр. Определяем контакт под лампочкой или на солнце. Впаиваем диоды параллельно, так как в данном случае кристалл лучше всего будет генерировать энергию от солнца. В результате на выходе будет максимальное напряжение.
Важно: для самостоятельной сборки можно выбрать диоды Д223Б. Они лучше всего подходят, так как имеют стеклянный и небольшой корпус, и их можно установить достаточно плотно. К тому же, напряжение в них одно из самых больших(целых 350 мВ под солнцем).
Как использовать фольгу
Фольгу также можно использовать для создания источника питания, однако энергии она будет давать немного. Подходит обычная фольга, размером 45 квадратных см. Ее необходимо промыть в мыльной воде, чтобы удалить любой жир. Вот пошаговая инструкция:
Используя шкурку, удаляем любой вид коррозии.
На электрическую плитку с мощностью от 1,1кВт кладем лист фольги, и нагреваем до тех пор, пока на ней не появятся оранжево-красные пятна. Если нагревать далее, пятна станут черные, что будет говорить об образовании оксида меди.
Продолжаем нагревать еще минут 30, чтобы оксидная пленка стала нужной толщины. Выключаем горелку и даем листу остыть. Медленно остывая, оксид начинает отходить. Под проточной водой удаляем остатки оксида, не сгибая и не повреждая лист и тонкий слой окиси.
Вновь вырезаем такой же кусок фольги – по размеру первого.
Берем пластиковую бутылку, обрезаем горлышко и засовываем туда оба куска, закрепляя их зажимами. Они должны быть расположены так, чтобы не соединяться. К тому куску, который мы нагревали, проводим минусовую клемму, а ко второму – плюсовую.
В бутылку заливаем солевой раствор так, чтобы до кромки электродов оставалась примерно 2,5 см.

Схема солнечной батареи из фольги
Аккумулятор для дачи готов.
Конечно, такого самодельного прибора не хватит для обеспечения дома, но зато ее можно использовать для подзарядки мелких электроприборов или в виде питания радиоприемника.

Автор: Киселевская Юлия.
solar-energ.ru