Рабочий принцип фотоэлектрические панели как устроена панель

Фотоэлектрические панели: терминология

В стилистике «солнечной энергетики» слишком много невидимых моментов и путаницы. Часто новичкам разобраться во всех чужих терминах сначала бывает тяжело. Однако без этого заниматься гелиоэнергетикой, приобретая себе оборудование для генерации “солнечного” тока, неразумно.
По незнанию возможно не только подобрать непригодную панель, но и просто сжечь ее при подключении либо извлечь из нее чрезмерно малозаметный объем энергии.

Сначала необходимо разобраться в имеющихся разновидностях оборудования для гелиоэнергетики. Фотоэлектрические панели и солнечные коллекторы – это два достаточно различных устройства. Оба они преобразуют энергию солнечных лучей.
Однако в первом варианте на выходе покупатель получает энергию электрическую, а в другом тепловую в виде нагретого носителя тепла.

Второй невидимый момент – это понятие самого термина «фотоэлектрическая панель». В большинстве случаев под словом «батарея» понимается некое накопляющее электрическую энергию устройство. Либо на ум приходит обычный отопительный отопительный прибор. Но в случае с гелиобатареями ситуация радикально другая. Они ничего в себе не собирают.
Фотоэлектрические панели предназначаются только для генерации электротока. Он, со своей стороны, скапливается для обеспечения дома электротоком ночью, когда солнце опускается за горизонт, уже в присутствующих дополнительно в схеме энергообеспечения объекта аккумуляторных батареях.
Батарея тут имеется в виду в контексте некой совокупности однотипных элементов, собранных во что-то одно целое. Практически это просто панель из нескольких похожих фотоэлементов.

Кремниевые механизмы

Итак, рабочий принцип фотоэлектрические панели понятен. Ток вырабатывается при влиянии ультрафиолетового света на особые пластины. Если в виде материала для создания подобных пластин применяется кремний, то батареи называются кремниевыми (или кремневодородными).
Аналогичные пластины просят достаточно тяжёлых систем производства. Это, со своей стороны, максимально влияет на стоимость изделий.
Кремниевые фотоэлектрические панели могут быть самых разных типов.

Пример устройства

1. 2 слоя кремния (между собой создают пластину, слой находящийся внутри – кремний на монокристаллической основе, обладает проводимостью р-типа, слой снаружи – кремний, который содержит разные примеси, этот слой имеет проводимость n-типа).2. Каркас с фотоэлементами (детали размещены так, чтобы в случае неполадки их можно было отремонтировать).3. Аккумуляторы (один считается главным, второй – запасным).4. Пластик закаленного вида, покрывающий всю конструкцию от повреждений.
Рабочий принцип фотоэлектрические панели состоит в следующем: электроны выходят из р-слоя, после попадают в n-слой, заранее пройдя конкретную нагрузку. N-слой выступает источником избыточных электронов.
Аккумуляторы фотоэлектрических панелей работают так: ключевой собирает электрическую энергия для транспортировки в сеть, другой аккумулятор работает в запасном режиме (копит энергию сверх нормы, а потом, при снижении напряжения, энергия поступает в сеть).

Детали фотоэлектрические панели важно оберегать от метеорной пыли и радиации, данные детали помогают возникновению эрозии на кремниевых слоях.
Энергия солнца как экологически чистый источник энергии себя зарекомендовала с хорошей стороны и используется в большинстве отраслей человеческие жизни.
Ученым получилось выявить натуральные вещества, в которых происходит переустройство света в электрическую энергию. Данный процесс они стали именовать фотоэлектрическим эффектом. Потом им получилось обучиться управлять этим событием. Потом благодаря полупроводниковым материалам они смогли создать маленькие эффектные приборы – фотоэлементы.
После чего было налажено производство маленьких преобразователей и продуктивных гелиопанелей. КПД кремниевых панелей составляет 18–22%.
Устройство солнечного модуля

Из данных модулей собирают фотоэлектрические панели, преобразующие фотоны энергии солнца в постоянный ток, накапливающийся в аккумуляторных батареях или трансформирующийся в электрический ток напряжением 220 V, нужный для питания многих бытовых и промышленных электробытовых приборов.
Такие источники питания незаменимы для удалённых районов, где нет централизованного электрического снабжения или часто происходят перебои с электротоком. Плюс к этому, они дают возможность экономить расходы на электрическое снабжение в бытовых задачах и целях и не во всех промышленных отраслях.
Ключевой смысл подсоединения солнечных источников электрического питания в точном определении нагрузки и правильной настройке контролёра заряда. Самая простая схема представлена в устройстве садового фонаря. Эти фонари сегодня стали достаточно популярными за счёт яркого освещения. Разумеется, во время зимы свет фонарей, питающихся при помощи фотоэлектрического эффекта энергией солнца, не такой яркий. В таком случае в схему входит фотоэлемент, накопительный аккумулятор и лампа.
Преобразовывать солнечную энергию в электричество – такая идея продолжительное время не давала спать ученым. С открытием параметров полупроводников это возможным стало. В фотоэлектрических панелях применяются кремниевые кристаллы. При попадании на них солнца в них образуется направленное движение электронов, оно называется электротоком.
Так как освещенность меняется в зависимости от погоды, времени суток, напрямую подсоединять устройства к фотоэлектрическим панелям не выходит. Необходима целая система. Не считая фотоэлектрических батарей требуется:

• Аккумулятор. На протяжении светового дня под лучами солнца фотоэлектрические панели вырабатывают переменный ток для дома, дачи. Он не всегда применяется в полном объеме, его остатки собираются в аккумуляторе. Энергия которая накопилась расходуется плохую погоду.
• Контролер. Не обязательная часть, но желанная (при необходимом количестве средств). Отслеживает уровень аккумуляторного заряда, не допуская его чрезмерного разряда или увеличения уровня самого большого заряда. Два этих состояния губительны для аккумулятора, так что наличие контролера увеличивает эксплуатационный срок аккумулятора. Также контролер обеспечивает подходящий рабочий режим фотоэлектрических батарей.
• Преобразователь постоянного тока в переменный (преобразователь напряжения). Не все устройства рассчитаны на постоянный ток. Многие работают от переменного напряжения в 220 вольт. Преобразователь позволяет получить напряжение 220-230 В.

Фотоэлектрические панели для дома — лишь часть системы
Установив фотоэлектрические панели для дома либо дачи, можно стать абсолютно независимым от официального поставщика. Но для этого необходимо иметь огромное количество батарей, определенное количество аккумуляторов. Набор, который формирует 1,5 кВт а сутки стоит около 1000$. Этого хватит для обеспечения потребностей дачи или части электрического оборудования в доме.
Понемногу фотоэлектрические панели становятся все доступнее и эффективнее. В настоящий момент они используются для подзарядки аккумуляторов в уличных фонарях, смартфонах, электроавтомобилях, приватных домах и на спутниках в космосе. Из них стали даже строить полноценные электростанции работающие от солнца (СЭС) с значительными объемами генерации.
Каждая фотоэлектрическая панель устроена как блок из энного количества модулей, которые соединяют воедино в себе постепенно соединенные полупроводниковые фотоэлементы. Чтобы понимать принципы функционирования такой батареи, нужно разобраться в работе этого конечного звена в устройстве гелиопанели, сделанного на базе полупроводников.
Вариантов ФЭП из самых разнообразных элементов химии есть очень большое количество. Впрочем приличная их часть – это разработки на первых стадиях. В очень больших масштабов в настоящий момент выпускаются пока что только панели из фотоэлементов на основе кремния.
Традиционный фотоэлемент в гелиопанели – это тонкая пластина из 2-ух слоев кремния, любой из них имеет собственные физические свойства. Это традиционный полупроводниковый p-n-переход с электронно-дырочными парами.
При попадании на ФЭП фотонов между данными слоями полупроводника из-за неоднородности кристалла образуется вентильная фото-ЭДС, из-за чего появляется разница потенциалов и ток электронов.
Первые имеют более большой коэффициэнт полезного действия, но и отпускная цена их изготовления выше, чем у вторых. Внешне один вариант от иного на фотоэлектрической батарее можно разпознать по форме.

У монокристаллических ФЭП гомогенная структура, они делаются в виде квадратов со срезанными углами. В отличии от них поликристаллические детали имеют строго форму квадрата.
Поликристаллы получаются в результате постепенного охлаждения расплавленного кремния. Данный метод очень прост, по этому такие фотоэлементы и имеет низкую стоимость.
Но продуктивность в плане выработки электрической энергии из солнечных лучей у них нечасто превосходит 15%. Это связывают с “нечистотой” приобретаемых кремниевых пластин и внутренней их структурой. Тут чем чище p-слой кремния, тем более большой выходит КПД у ФЭП из него.

Чистота монокристаллов в данном отношении намного больше, чем у поликристаллических заменителей. Их производят не из расплавленного, а из искусственно выращенного цельного кристалла кремния. Показатель фотоэлектрического изменения у подобных ФЭП уже может достигать 20-22%.
Обращенный к солнцу лицевой слой пластинки-фотоэлемента выполняется из того же кремния, однако уже с добавкой фосфора. Собственно последний будет источником избыточных электронов в системе p-n-перехода.
При падении солнечных лучей на фотоэлемент в нем генерируются неравновесные электронно-дырочные пары. Избыточные электроны и «отверстия» частично переносятся через p-n-переход из одного слоя полупроводника в другой.

В конце концов во внешней цепи возникает напряжение. При этом на контакте p-слоя сформировывается позитивный полюс источника тока, а на n-слоя – негативный.
Подключенные к внешней нагрузке в виде аккумулятора фотоэлементы создают с ним тупик. В результате фотоэлектрическая батарея работает, как специфическое колесо, по которому вместе белки “бегают” электроны. А АК батарея при этом понемногу набирает заряд.
Обычные кремниевые фотоэлектрические преобразователи являются однопереходными элементами. Переток в них электронов происходит лишь через один p-n-переход с ограниченной по энергетике фотонов зоной этого перехода.
Другими словами каждый такой фотоэлемент способен вырабатывать электрическую энергию лишь от узкого спектра излучения солнца. Вся остальная энергия исчезает коту под хвост. Поэтому-то и результативность у ФЭП так низка.

Чтобы увеличить КПД фотоэлектрических панелей, кремниевые изделия из полупроводниковых материалов для них сейчас начали делать многопереходными (каскадными). В новых ФЭП переходов уже несколько. Причем любой из них в этом каскаде рассчитывается на собственный спектр солнечных лучей.
Общаяя результативность изменения фотонов в электроток у подобных фотоэлементов в конце концов увеличивается. Однако и стоимость их намного выше. Тут либо легкость изготовления с низкой себестоимостью и невысоким КПД, либо довольно высокая отдача вкупе с большой ценой.
Во время работы фотоэлемент и вся батарея понемногу греется. Вся та энергия, что не пошла на генерацию электротока, трансформируется в тепло. Часто температура на поверхности гелиопанели подымается до 50–55 0 С. Но чем она больше, тем менее прекрасно работает фотогальванический компонент.

В конце концов таже самая модель фотоэлектрические панели в жару вырабует тока меньше, чем в мороз. Максимум КПД фотоэлементы показывают в ясный зимний день. Здесь сказываются два фактора – много солнечного света и природное охлаждение.
При этом если на панель будет падать снег, то электрическую энергию она вырабатывать все равно продолжит. Кроме того, снежинки даже не успеют на ней особо полежать, растаяв от тепла нагретых фотоэлементов.
Один фотоэлемент даже в 12 часов дня при ясной погоде выдаёт очень мало электрической энергии, достаточной разве что для работы светодиодного фонаря.

Фотопреобразователи гибридного типа

Собой представляют панели со скошенными углами. Их цвет всегда чисто черный.
Если говорить о монокристаллических преобразователях, то рабочий принцип фотоэлектрические панели коротко можно обозначить как средне успешный. Все ячейки светочувствительных компонентов такой батареи направлены в одну сторону.
Это дает возможность получить найвысший результат среди таких систем. КПД батарей данного типа может достигать 25%.

Недостатком считается то, что подобные панели обязаны быть всегда обращены лицевой стороной к солнцу.
Если солнце скрывается за тучами, опускается к горизонту, или еще опоздало взойти, то батареи будут генерировать ток довольно невысокой мощности.
Аморфный кремний считается основой для расположения микрокристаллов. Рабочий принцип фотоэлектрические панели ее делает похожей на поликристаллическую панель. Отличие батарей данного типа заключается в том, что они могут генерировать переменный ток с большой мощностью в условиях рассеянного солнца, к примеру, в пасмурный день или утром.
Более того, батареи работают под воздействием не только солнца, но также и в инфракрасном спектре.
У этой альтернативы панелям из кремния есть прекрасные шансы занять первенствующее положение на рынке фотоэлектрических панелей. Они могут напомнить пленку, которая состоит из пары слоев. Среди них можно отметить сетку металлических проводников, слой полимера активного вещества, подложка из органики и антигравийной плёнки.

Такие фотоэлементы, соединенные между собой, создают пленочную фотоэлектрическую панель рулонного типа. Данные панели легче и компактнее кремниевых. Во время их изготовления не применяется очень дорогой кремний, и сам процесс изготовления не очень дорогой. Это выполняет рулонную панель доступнее всех прочих.
Рабочий принцип фотоэлектрические панели выполняет их КПД не очень большим.
Производственный процесс панелей данного типа сводится к многослойному печатанию на пленку фотоэлемента. Производство налажено в Дании.

Дополнительным плюсом считается возможность нарезать рулонную батарею и подгонять ее под разную форму и размер.

Минус только один. Батареи только стали производить, по этому еще очень нелегко ими обзавестись.
Однако есть повод считать, что такие элементы быстро обретут заслуженную положительную репутацию среди потребителей, что даст производителям возможность наладить производство в очень крупных масштабах.

Результативность батарей гелиосистемы

Результативность фотоэлектрических батарей зависит от:

температуры окружающей среды и самой батареи;

правильности выбора сопротивления нагрузки;

угла падения солнечных лучей;

наличия/отсутствия антибликового покрытия;

мощности потока света.
Чем ниже на улице температура, тем эффективнее работают фотоэлементы и гелиобатарея в общем. Тут все просто. А вот из расчета нагрузки ситуация труднее. Ее необходимо выбирать исходя из выдаваемого панелью тока. Но его величина меняется в зависимости от перепадов погоды.

Регулярно отслеживать параметры фотоэлектрические панели и вручную исправлять ее работу непросто. Для этого лучше воспользоваться контроллером управления, который в автоматизированном режиме сам подстраивает настройки гелиопанели, чтобы достичь от нее самой большой продуктивности и оптимальных рабочих режимов.
Замечательный угол падения солнечных лучей на гелиобатарею – прямой. Но при отклонении в границах 30-ти градусов от перпендикуляра результативность панели падает всего в районе 5%. Однако при будущем увеличении этого угла все львиная доля излучения солнца будет отражаться, делая меньше таким образом КПД ФЭП.
Если от батареи требуется, чтобы она максимум энергии выдавала летом, то ее необходимо сориентировать перпендикулярно к среднему положению Солнечного света, которое оно занимает в дни равноденствия по весне и осени.

Для московского региона – это примерно 40–45 градусов к горизонту. Если максимум необходим во время зимы, то панель нужно устанавливать в намного вертикальном положении.
И еще 1 момент – грязь и пыль сильно уменьшают продуктивность фотоэлементов. Фотоны сквозь такую “грязную” преграду просто не доходят до них, а это означает и преобразовывать в электрическую энергию нечего. Панели нужно постоянно мыть либо устанавливать таким образом, чтобы пыль смывалась дождем своими силами.

Некоторые фотоэлектрические панели имеют встроенные линзы для концентрирования излучения на ФЭП. При ясной погоде это приводит к повышению КПД. Но при сильной облачности эти линзы приносят только вред.
Если простая панель в подобной ситуации будет продолжать вырабатывать ток пускай и в меньших объемах, то линзовая модель работать прекратит фактически полностью.
Солнце батарею из фотоэлементов в совершенстве должно освещать одинаково. Если один из ее участков оказывается затемненным, то неосвещенные ФЭП превращаются в паразитную нагрузку. Они не только в такой ситуации не генерируют энергию, а так же и забирают ее у работающих компонентов.

Панели ставить нужно таким образом, чтобы на пути солнечных лучей не оказалось деревьев, строений и других преград.

Поликристаллические

Пластины таких механизмов всегда квадратные, темно-синего цвета. В состав их поверхности включены неоднородные кристаллы кремния.
КПД мультикристаллических батарей не очень высок, как у монокристаллических моделей. Он достигает 18%. Однако данный минус возмещается плюсами, о которых будет сказано ниже.

Рабочий принцип фотоэлектрические панели данного типа дает возможность делать их не только из чистого кремния, но еще из вторичных материалов. Этим поясняются некоторые изъяны, встречающиеся в оборудовании. Характерной спецификой механизмов этого типа считается то, что они могут достаточно прекрасно генерировать переменный ток даже при плохой погоде. Такое хорошее качество выполняет их незаменимыми в местах, где рассеянный свет солнца считается простым обыденными событием.

Устройство системы электропитания от фотоэлектрических панелей

Когда рассматривается схема фотоэлектрические панели, то становятся видны в ней таинственные наименования узлов. Но кто то может подумать, схема электрической цепи и устройство батареи смотрятся просто.
Панели плоской формы хорошо укладываются на поверхности. Блоки модулей соединяются при помощи смежных подключений в гелиобатарею. Основная цель устройства – это трансформация энергии света в постоянный ток нужной величины.
Схема соединения фотоэлектрических панелей
Аккумуляторы – это устройства, собирающие электричество. Когда потребители подключены к электросети, энергонакопители берегут в себе остатки электрической энергии.Аккумуляторный блок питает сеть необходимым объемом энергии и одновременно поддерживает в ней постоянное напряжение, после возрастания величины употребления до высоких значений. Это бывает ночью и в плохую погоду, когда не работают фотоэлектрические батареи.
Контроллер выступает в качестве посредника между солнечным модулем и аккумуляторами. Он корректирует степень заряженности батарей и оберегает их от выкипания, что может случиться от перезарядки или уменьшения электрического потенциала ниже приделов, требуемых для стабильного функционирования системы.

Преобразователь напряжения – это узел, который создает роль трансформации постоянного тока фотоэлектрических батарей и аккумуляторов в электрический ток напряжением 220V. Собственно это напряжение требуется для многих бытовых и промышленных электробытовых приборов.
Рабочий принцип фотоэлектрические панели

1. Гелиопанели.

Контроллер в данной схеме оберегает как фотоэлектрические панели, так и АКБ. С одной стороны он препятствует протеканию обратных токов ночью и в плохую погоду, а со второй – оберегает аккумуляторы от чрезмерного заряда/разряда.

Преобразователь напряжения необходим для трансформации постоянного тока на 12, 24 либо 48 Вольта в переменный 220-вольтовый. Автомобильные аккумуляторы использовать в такой схеме не рекомендуется из-за их неспособности держать постоянные перезарядки. Наиболее целесообразно раскошелиться и приобрести особые гелиевые AGM либо заливные OPzS АКБ.

Виды фотоэлектрических батарей

Аморфные панели доступнее других, это обуславливает рабочий принцип фотоэлектрические панели и ее устройство. Каждая панель имеет несколько тончайших слоев кремния. Их делают путем напыления частиц материала в вакууме на фольгу, стекло или пластмасу.
КПД панелей намного меньше, чем у предыдущих моделей. Он может достигать 6%. Кремниевые слои достаточно оперативно выгорают на солнечных лучах. Уже через шесть месяцев применения таких батарей их результативность упадет на 15%, а порой и на все 20.
2 года работы полностью исчерпают ресурс действующих веществ, и панель необходимо будет менять.
Однако есть два плюса, в следствии которых эти батареи все же приобретают. Во-первых, они работают даже в плохую погоду. Второе, как мы говорили, они не такие дорогие, как иные варианты.

Фотоэлектрические панели состоят из ячеек размера поменьше – фотоэлементов, которые выполнены из кремния.

Фотоэлектрическая батарея имеет несколько фотоэлементов.
Важно. Кремний – самый популярный полупроводник на Земля (около 30% всей земной коры)

Кремний размещается между 2-мя токопроводящими слоями.
«Сэндвич» из кремния и проводящих ток слоев
Каждый атом кремния соединен с соседними четырьмя сильными связями, которые удерживают электроны на месте, по этому так ток течь не может.

Структура атомов кремния
Для того, дабы получить ток применяют два разных слоя кремния:

• Кремний N-типа имеет излишек электронов
• Кремний Р-типа – дополнительные места для электронов (отверстия)

Кремний Р и N типа

Там, где соединяются два типа кремния, электроны могут передвигаться через Р-N переход, оставляя позитивный заряд на одной стороне и негативный на другой.
Чтобы это было легче представить, лучше думать о свете, как о потоке частиц (фотонов), которые ударяются о нашу ячейку настолько сильно, что выбивает электрон из его связи, оставляя дырку. Отрицательно заряженный электрон и место благоприятно заряженной отверстия теперь могут свободно передвигаться, но т.к.
После «освобождения» электрон стремится к проводнику
Все электроны собираются железными проводниками вверху ячейки и уходят во внешнюю сеть, питая токоприемники, аккумуляторы для фотоэлектрических панелей или электрический стул для хомяка:) . После совершённой работы электроны возвращаются к второй стороне пластины и занимают места в тех самых «дырках».
Обычная пластина, 150хсто пятьдесят миллиметров номинально формирует только 0,5 вольта, однако если соединить их в одну большую панель, то можно получить бо?льшую мощность и вольтаж. Для зарядки мобильного телефона необходимо соединить 12 подобных пластин. Для питания дома необходимо потратить намного больше пластин и панелей.
За счет того, что в фотоэлементах единственной подвижной частью являются электроны, фотоэлектрические батареи не нуждаются в обслуживании и служат 20-25 лет не изнашиваясь и не ломаясь.
Фотоэлектрическая панель в общем виде – конструкция, содержащая темные детали с металлическими полосами, проводящими переменный ток. Детали покрыты стеклом. Существующее много фотоэлектрических панелей показано на рисунке.

Классификация Разновидности

— По мощности До 10 Вт— От 200 Вт
По виду фотоэлементов
— Фотохимические— Органического вида— База — полупроводники из кремния— База — арсенид галлия
— Гибкие (могут комфортно сворачиваться, имеют востребовательность среди отдыхающих).

Фото фотоэлектрические панели, способной скручиваться в рулон

Миниатюрная фотоэлектрическая панель

Результативность батарей гелиосистемы

Рабочие принципы и схемы подсоединения фотоэлектрических панелей не очень сложны для понимания. А с которые собраны нами ниже материалами разобраться во всех подробностях функционирования и установки гелиопанелей будет еще легче.

Любой компонент в системе солнечного электрического снабжения загородного дома должен быть выбран правильно. Неизбежные потери мощности происходят на аккумуляторных батареях, трансформаторах и контроллере. И их необходимо обязательно уменьшить к минимуму, иначе и так не высокая результативность гелиопанелей окажется сведена вообще до нуля.

Элементы

Есть несколько видов их подсоединения
:
Отличие только в том, что в параллельном соединении происходит увеличение силы тока, а при последовательном возрастает напряжение.
Если имеется потребность в самой большой работе сразу 2-ух показателей, то применяется параллельно-последовательное.
Но нужно брать во внимание, что большие нагрузки могут помогать тому, что некоторые контакты могут перегореть. Для устранения этого применяют диоды.
Один диод способен обезопасить одну четвертую часть фотоэлемента. Если их нет в устройстве, то существует очень высокая вероятность, что весь энергетический источник прекратит своё функционирование после первого же дождя или урагана.

Решающий момент:
ни накопление, ни сила тока абсолютно не соответствуют потенциальным показателям сегодняшней домашней техники, по этому приходится перераспределять и собирать электрическую энергию.
Чтобы это выполнить рекомендуют дополнительно подсоединять минимум два .
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 небольшое кол-во времени возникает уже ненужная энергия.
По этому весь данный процесс контролирует специализированный реостат, который может в нужный момент перевести всю неиспользуемую электрическую энергию в дополнительные резервы.

Рабочий принцип фотоэлектрические панели и их виды

В чем же заключается рабочий принцип экологически чистого источника энергии?
Во-первых, фотоэлементы являются кремниевыми пластинами. Со своей стороны, кремний по собственному химическому составу имеет самую большую похожесть с чистым силицием. Именно данный нюанс позволил уменьшить стоимость фотоэлектрические панели и запустить ее уже на конвейер.

Кремний обязательно кристаллизуют, так как сам по себе он выступает полупроводником. Монокристаллы делаются значительно проще, но одновременно не достаточно многогранны, благодаря чему электроны имеют шанс двигаться прямолинейно.
Практически 100% всей энергии, которую мы применяем в обычной жизни – это солнечная энергия, так или по другому преобразованная. Уголь – это умершие растения, которые жили благодаря фотосинтезу, нефть – растения и животные, которые вымерли миллион лет тому назад и росли за счёт солнечной энергии. Даже когда вы сжигаете дрова – вы даёте выход энергии солнца, которую в себя вобрала древесина.
Фотоэлектрическая панель просто выполняет это напрямую, без участия «посредников». Электричество – самая комфортная форма использования энергии солнца. Весь обиход человечества в настоящий момент выстроен вокруг электричества, и цивилизацию без него очень тяжело представить. Не обращая внимания на то, что первые фотоэлементы возникли больше пятидесяти лет назад, солнечная энергетика пока не нашла необходимого распространения. Почему? Об этом в конце статьи, а пока попытаемся разобраться, как это все работает.
Все живое на земля появилось, благодаря солнечной энергии. За одну секунду на поверхность планеты поступает большое количество энергии в виде излучения солнца. В то время, как мы сжигаем тысячи тонн угля и нефтепродуктов для обогрева дома, страны, расположеные ближе к экватору изнывают от жары. Пустить солнечную энергию на человеческой нужды — вот достойная для пытливых умов задача. В данной публикации мы будем рассматривать конструкцию прямого преобразователя солнца в электроэнергию — солнечного элемента.
Тонкая пластина состоит из 2-ух слоев кремния с самыми разными физическими качествами. Слой находящийся внутри собой представляет чистый монокристаллический кремний, который обладает дырочной проводимостью. С наружной стороны он покрыт тончайшим слоем «загрязненного» кремния, к примеру с примесью фосфора. На обратную сторону пластины нанесён сплошной железный контакт.
Возникший на переходе возможный барьер препятствует прохождению ключевых носителей заряда, т.е. электронов со стороны p-слоя, но беспрепятственно пропускают неосновные носители в разных направлениях. Данное свойство p-n-переходов и определяет вероятность получения фото-ЭДС при облучении ФЭП светом солнца.
Точно также и избыточные отверстия, сделанные в n-слое, частично переносятся в p-слой. В результате n-слой приобретает дополнительный негативный заряд, а p-слой — позитивный. Уменьшается первоначальная контактная разница потенциалов между p- и n-слоями полупроводника, и во внешней цепи возникает напряжение. Негативному полюсу источника тока отвечает n-слой, а p-слой — позитивному.
Множество современных солнечных компонентов обладают одним p-n-переходом. В подобном элементе свободные носители заряда делаются только теми фотонами, энергия которых больше или равна ширине запрещенной зоны. Иначе говоря фотоэлектрический отклик однопереходного элемента ограниченный частью солнечного спектра, энергия которого выше ширины запрещенной зоны, а фотоны меньшей энергии не применяются.
Одолеть это ограничение позвляют структуры из нескольких слоев из 2-ух и более СЭ с разной шириной запрещенной зоны. Подобные компоненты называются многопереходными, каскадными или тандемными. Потому как они работают со намного большей частью солнечного спектра, результативность фотоэлектрического изменения у них выше.

Батареи работают не от солнца, а от солнца как правило. Электромагнитное излучение может достигать земли не зависимо от времени года. Просто в плохую погоду энергии вырабатывается меньше. К примеру, мы устанавливали независимые фонари на батареях которые работают от солнечных лучей. Разумеется, бывают маленькие промежутки, когда батареи не успевают полностью заряжаться. Но в общем за зиму это не так уж и часто происходит.
Интересно, что если даже на фотоэлектрическую батарею попадает снег, она все равно продолжает преобразовывать энергию солнца. А благодаря тому, что фотоэлементы греются, снег сам оттаивает. Принцип аналогичный, как подогрев стекла у машины.
Замечательная зимняя погода для фотоэлектрические панели холодный безоблачный день. Порой в такие дни даже рекорды по генерации можно устраивать.
Во время зимы результативность фотоэлектрические панели падает. В Москве и Подмосковье примерно на протяжении месяца она формирует в 8 раз меньше электрической энергии. Скажем, если летом для работы холодильника, компьютера и освещения сверху дома необходим 1 кВт энергии, то в зимний период для верности лучше запастись 2 кВт.

При этом на Дальнем Востоке длительность солнечного блеска больше, результативность уменьшается всего в полтора-два раза. Ну и, разумеется, чем южнее, тем меньше разница между зимним и летним временем.

Также важен наклонный угол модулей. Можно выставить многофункциональный угол, на весь год. А можно каждый раз менять, в зависимости от сезона. Выполняют это не собственники дома, а профессионалы, которые выезжают на место.
Солнечная энергия применяется в промышленности и в обычной жизни во многих уголках мира. Рабочий принцип фотоэлектрические панели несложен, и это считается одним из качеств этой технологии, которая привлекает очень много людей. Кремниевый фотогальванический компонент помогает преобразовывать свет солнца в электричество. Свободные электроны становятся источником электротока.
Разобравшись, как работает фотоэлектрическая панель, ее легко можно соорудить своими силами и применять для собственных нужд. Такие батареи надежны, легки в применении и долговечные. Преимуществом данного устройства считается то, что оно может быть различного размера в зависимости от нужного количества энергии.
Необходимо отметить отдельные виды фотоэлектрических панелей
. тонкопленочные, монокристаллические и поликристаллические панели. Очень популярным видом батарей являются монокристаллические. Благодаря фотоэлектрическому эффекту в силиконовых ячейках энергия солнца превращается в электрическую энергию. Такие батареи в большинстве случаев очень компактны, потому как идеальным количеством ячеек в них является тридцать шесть. Такие батареи прекрасно подойдут для установки на неровной поверхности.
Рабочий принцип фотоэлектрические панели для дома типа практически не отличается. Благодаря прочному стеклопластиковому корпусу такие батареи могут быть применены для получения энергии на кораблях. При их помощи можно обеспечить работу оборудования и подзаряжать аккумулятор. Данная установка не будет прекрасно работать в облачную погоду. Также есть конкретные ограничения температур, при которых можно получать самое большое кол-во энергии.
Очень популярны тонкопленочные батареи
. Рабочий принцип фотоэлектрические панели данного типа дает возможность ставить ее в любых местах. Для этих батарей не требуются прямые лучи солнца. Еще эти батареи будут работать при большом количестве пыли. Минусом подобных фотоэлектрических панелей являются большие размеры, благодаря чему появляется необходимость в выделении большой площади под эти установки.
В настоящее время фактически любой может собрать и получить в собственное распоряжение собственный самостоятельный источник электрической энергии на батареях которые работают от солнечных лучей (в научной литературе их называют солнечными батареями ).
Дорогое оборудование по истечению определенного времени возмещается возможностью получать бесплатную электрическую энергию. Важно, что фотоэлектрические панели – это чистый в экологическом плане энергетический источник. В последнее время расценки на солнечные батареи упали в десятки раз и они продолжают понижаться, что говорит о больших перспективах при их применении.
В традиционном виде такой источник электрической энергии будет состоять из следующих частей: конкретно, фотоэлектрические панели (генератора постоянного тока), аккумулятора с устройством контроля заряда и преобразователя напряжения, который видоизменяет постоянный ток в переменный.

Фотоэлектрические панели состоят из набора солнечных компонентов (фотоэлектрических преобразователей). которые конкретно преобразуют энергию солнца в электрическую.
Большинство солнечных компонентов делают из кремния, имеющий достаточно большую цену. Данный факт должны определить большую цену электроэнергии, которая выходит при эксплуатации фотоэлектрических панелей.
Популярны два варианта фотоэлектрических преобразователей: выполненные из монокристаллического и поликристаллического кремния. Они выделяются технологией производства. Первые имеют кпд до 17,5%, а вторые – 15%.
Самым основным техническим параметром фотоэлектрические панели, которая оказывает основное влияние на экономность всей установки, считается ее полезная мощность. Она определяется напряжением и выходным током. Такие параметры зависят от интенсивности солнца, попадающего на батарею.

Э.д.с. (электродвижущая сила) некоторых солнечных компонентов не зависит от их площади и уменьшается при нагреве батареи солнцем, ориентировочно на 0,4% на 1 гр. С. Выходной ток зависит от интенсивности излучения солнца и размера солнечных компонентов. Чем ярче свет солнца, тем больший ток создается солнечными элементами. Зарядный ток и отдаваемая мощность в плохую погоду быстро снижается. Это происходит благодаря уменьшению отдаваемой батареей тока.

Что представляет собой и как работает фотоэлектрическая панель

Рабочий принцип солнечной отопительные батареи дома радикально выделяет их от всех вышеописанных устройств. Это совсем другое устройство. Описание следует ниже.
Главной деталью системы для отопления, работающей на солнечной энергии, считается коллектор, принимающий его свет и преобразовывающий его в кинетическую энергию. Площадь такого элемента может изменяться от 30 до 70 метров квадратных.
Для крепежа коллектора применяется Спецтехника. Между собой пластины соединены железными контактами.
Следующим элементом системы считается накопительный водонагреватель. В нем происходит трансформация кинетической энергии в тепловую. Он участвует в нагревании воды, литраж которой достигает 300 литров. Иногда подобные системы поддерживаются дополнительными котлами на сухом топливе.
Заканчивают систему солнечного отопления настенные и напольные детали, в которых по тонким трубам из меди, распределенным по всей их площади, двигается нагретая жидкость. Благодаря невысокой температуре запуска панелей и равномерности отдачи тепла, помещение нагревается очень быстро.

Между температурой коллектора и накопительного элемента возникает разница. Носитель тепла, что очень часто считается водой, в которую добавлен антифриз, начинает циркулировать о системе. Совершаемая жидкостью работа считается конкретно кинетической энергетикой.
По мере прохождения жидкости через слои системы кинетическая энергия преобразовывается в тепло, которое и применяется для домашнего отопления. Этот процесс циркулирования носителя обеспечивает помещение теплом и дает возможность сберегать его в любое время и года.
Итак, мы выяснили рабочий принцип фотоэлектрических панелей.

Энергия солнца может быть преобразована в тепловую и электрическую. Самые первые шаги в применении солнечной энергии человек сделал именно по направлению получения тепла. Можно сказать, что в таком случае и изменения нет. Рабочий принцип прост. Он заключен в сборе солнечного тепла. По этому и приспособления для этого называются солнечные коллекторы.
Рабочий принцип данных установок состоит в сборе тепла при помощи абсорбера и передачи его тепловому носителю. В качестве последнего выступает вода или воздух. Эти установки постоянно применяются для отопления и горячего водообеспечения приватных домов. Другой вариант применения энергии солнца – это переустройство её в электричество.

Растения на нашей планете уже миллион лет преобразуют энергию солнца химических связей. Благодаря этому процесса, называемого фотосинтезом, выходит глюкоза. Рабочий принцип фотосинтеза человеку известен довольно давно. Детальнее о том,
, читайте по указанной ссылке.

• Монокристаллические;
• Поликристаллические;
• Аморфные.

Солнечные батареи из монокристаллов кремния считаются самыми эффективными и имеющими большой коэффициэнт полезного действия. Фотоэлементы из поликристаллического кремния стоят намного дешевле и имеют самую небольшую цену получения ватта электрической энергии. Имеется еще фотоэлектрические детали на базе аморфного кремния. Из них выполняют гибкие фотоэлектрические батареи.
Выпускаются они из аморфного кремния. Производство подобных элементов легче, чем моно и поликристаллов. В результате цена ниже, но КПД не радуют (5-6%). Более того, панели из аморфного кремния имеют небольшой эксплуатационный срок, чем предыдущие два типа. Чтобы сделать больше рабочую эффективность компонентов, в кремний добавляют медь, селена, галлий, индий.

Фотоэлементы в фотоэлектрической панели
Фотоэлектрические детали соединяются в фотоэлектрическую панель. В основном, число фотоэлементов в батарее кратно 36, однако есть и иные варианты. Кроме фотоэлектрические панели в состав гелиосистем входят и остальные приспособления для того, чтобы собирать и распределять электрическую энергию. В особенности, это:

• Аккумулятор (один или несколько);
• Преобразователь напряжения (видоизменяет напряжение из 12 или 24 в 220 вольт);
• Контроллер для управления зарядом-разрядом аккумулятора и подачи питания в сеть.

По назначению можно отметить две обширные группы устройств. Фотоэлектрические панели небольшой мощности (до десяти ватт) используются в мобильных гаджетах или power bank для зарядки. Системы больше мощности применяются для электрификации приватных домов и дач. Они в большинстве случаев размещаются на крышах и фасадах домов, реже на участках недалеко от дома.

Рабочий принцип фотоэлемента
На полученные пластины кремния нанесён с одной стороны слой бора, а со второй — фосфора. В местах контакта кремниевой пластины с бором есть излишек электронов. На оборотной стороне по границе кремниевой пластины с фосфором недостаёт электронов. Там появляются «отверстия», как их называют. Такую стыковку границ с лишним количеством электроном и их минусом именуют p-n переходом.
Мощность одного фотоэлектрического элемента небольшая, а напряжение будет примерно 0,5 вольта. По этому их постепенно соединяют воедино в батареи по 36 штук, дабы получить на выходе 18 вольт. Это хватит для того, чтобы зарядить аккумулятор 12 вольт. Тут ещё необходимо принимать во внимание, что заявленное напряжение и мощность будут только во время работы батареи с самой большой отдачей, что в настоящих условиях редкость. Собранная батарея помещается подложку, закрывается стеклом и герметизируется.
Собранные батареи могут объединяться между собой в последовательные и параллельные цепочки. Выходит маленькая
Сегодня фотоэлектрические панели монтируются в собственных домах и на дачах для экономии электрической энергии. Такие маленькие гелиосистемы работают круглогодично. Основное, чтобы панельную поверхность была чистой и светило солнце. Во многих случаях их результативность выше в холодный солнечный день, чем в летний. Это можно объяснить тем, что подогрев солнечных модулей несколько уменьшает результативность их работы.

Гелиосистема: фотоэлектрические панели и коллекторы
Сразу необходимо выделить, что вообще отказаться от сети из централизованных сетей не выйдет. Но, установив фотоэлектрическую панель, получится сильно экономить на коммунальных расходах. Вариант, разумеется, не годиться для жилой площади. Хорошо использовать подобную систему выйдет только в доме за городом или на дачном участке, где много места для установки фотоэлектрических батарей.
Что же касается установки фотоэлектрических панелей, то тут нужно отметить такие моменты:

• Ставить панели необходимо с южной стороны крыши, фасада или на участке стороной на юг;
• Наклонный угол отвечает значению широты вашего региона;
• Рядом не должно быть объектов, отбрасывающих тень на фотоэлектрические панели;
• Панельную поверхность необходимо постоянно чистить от пыли и грязи;
• Лучше всего применять системы с отслеживанием положения солнечного света.

Сейчас вам ясен рабочий принцип фотоэлектрических панелей и их возможности. Ясно, что не следует отказываться от централизованного обеспечения электрической энергией. Современные гелиосистемы пока не в состоянии полностью обеспечивать дом энергетикой в плохую погоду. Но как часть комбинированной системы энергоснабжения дома они очень уместны.
Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в соцсетях. Этим вы поможете развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оцените материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.
Можно много говорить о политике, бизнесе и остальной конспирологии, однако в рамках данной статьи хочется рассказать об иных проблемах.

1. Неравномерное распределение энергии солнца по поверхности планеты. Одни области более солнечные, чем прочие и это тоже непостоянною. Энергии солнца намного меньше в пасмурные дни и абсолютно нет ночью. И чтобы полностью рассчитывать на энергию солнца, нужны прекрасные способы получения электричества для абсолютно всех областей.
2. КПД. В условиях лаборатории получилось достигнуть результата в 46%. Но коммерческие системы не могут достигать даже 25% эффективности.
3. Хранение. Самым слабым звеном в солнечной энергетике считается отсутствие хорошего и недорогого способа хранить получившуюся электрическую энергию. Существующие аккумуляторные батареи тяжелы и существенно уменьшают результативность и без этого слабые критерии солнечной системы. В общем, сохранять 10 тонн угля легче и удобнее, чем 46 милионов ватт, выработанных этим же углем или солнцем.
4. Сфера услуг. Для того, чтобы питать крупные города – площадей крыш таких мегаполисов будет мало, чтобы удовлетворить все запросы, по этому для внедрения солнечной энергетики необходимо перевозить энергию, а чтобы это сделать нужно строить новые энергетические объекты

В ролике детально описывается производственный процесс мультикристаллических фотоэлектрических панелей, рабочий принцип в системе электростанций работающих от солнца, рабочий принцип контроллера заряда и преобразователя напряжения.
При всевозрастающих ценах на электрическую энергию невольно начнешь задумываться об применении природных источников для электрического снабжения. Одна из подобных возможностей — фотоэлектрические панели для дома либо дачи. Если появится желание они могут обеспечить полностью все потребности даже дома больших размеров.

Виды кристаллов фотоэлементов

Вид и Отличительные специфики
Поликристаллы > Характерная черта – синий цвет, КПД — 14%.

Монокристаллы > Результативность — 16%.
База – аморфный кремний > Продуктивность – 6-8%.
База — теллурид кадмия > Результативность — 11%.
База — полупроводнике CIGS > Значение эффективности — 25%.

От варианта кристаллов фотоэлемента зависит, как работает фотоэлектрическая батарея. Панели на основе монокристаллов обладают большей эффективностью, цена конструкций высокая. К невысокой категории цен относятся фотоэлектрические панели на основе аморфного кремния, впрочем самая большая продуктивность подобных конструкций всего 8 %. Работа фотоэлектрической батарее на базе аморфного кремния не считается очень длительной.
В хороших батареях которые работают от солнечных лучей на 12 вольт должно быть 36 компонентов, на 24 вольта — 72 фотоэлемента. Это кол-во приемлемо. При меньшем числе фотоэлементов вы никогда не получите заявленный ток. И это — лучший из вариантов.
Не нужно приобретать сдвоенные фотоэлектрические батареи — по 72 и 144 элемента исходя из этого. Во-первых, они достаточно высоки, что некомфортно во время перевозки. Второе, при очень малых температурах, которые у нас иногда случаются, они первыми ломаются. А дело все в том, что пленка ламината при морозе значительно сокращается в размерах.
Фактор второй. На больших по размеру панелях должна быть больше толщина корпуса и стекла. Ведь возрастает парусность и нагрузки снега. Но абсолютно не всегда это выполняют, так как существенно увеличивается цена. Если вы видите спаренную панель, а стоимость на нее меньше, чем на две «обыкновенных», лучше ищите что-нибудь другое.
Еще раз: хороший выбор — фотоэлектрическая батарея для дома на 12 вольт, которая состоит из 36 фотоэлементов. Это подходящий вариант, испытанный практикой.

Характеристика устройств

В сертифицированных батареях которые работают от солнечных лучей всегда указывается рабочий ток и напряжение, а еще напряжение хода в холостую и ток КЗ. При этом необходимо учитывать, что все параметры в большинстве случаев указываются для температуры 25°C. В солнечный день на крыше батарея разогревается до температур, существенно превышающих данную цифру. Это объясняет наличие большего рабочего напряжения.

Также внимание свое обратите на напряжение хода в холостую. В нормальных батареях оно порядка 22 В. И все бы ничего, однако если делать работы на оборудовании не отключив фотоэлектрические панели, напряжение холостого ходы выведет из строя преобразователь напряжения либо иную подключенную технику, не которая расчитана на аналогичный вольтаж.