Принцип работы солнечных батарей. Как работают солнечные батареи. Солнечные панели уже используются для питания широкого спектра оборудования, от мобильных гаджетов до электромобилей. Впервые использованные для питания космических станций более 40 лет назад, солнечные панели сегодня прочно вошли в повседневную жизнь как источник чистой, бесплатной энергии. Солнце всегда посылало и продолжает посылать на землю миллиарды киловатт лучистой энергии, и этот источник будет продолжать работать еще миллионы лет.
Одним из источников энергии является солнечная батарея, которая вырабатывает альтернативную энергию от солнца. Она появилась относительно недавно, но уже завоевала популярность в Европе благодаря своей высокой эффективности и разумной стоимости. Солнечная панель — это практически неисчерпаемый источник энергии, способный накапливать и преобразовывать световые лучи в энергию и электричество. В Украине новый источник энергии постепенно набирает популярность.
Как работают солнечные батареи. Принцип работы солнечных батарей.
По принципу работы солнечные батареи представляют собой фотоэлектрический генератор постоянного тока, который использует эффект преобразования лучистой энергии в электрическую. Более конкретно, солнечные батареи используют свойство полупроводников на основе кристаллов кремния. Кванты света, попадающие на полупроводниковую пластину, выбивают электрон с внешней орбиты атома этого химического элемента, что создает достаточное количество свободных электронов для генерации электрического тока. Однако одного или двух кремниевых элементов недостаточно, чтобы напряжение и мощность такого источника были достаточными для бытового применения.
Поэтому их собирают в целые панели, где они соединяются параллельно или последовательно. Площадь таких панелей может составлять от нескольких квадратных сантиметров до нескольких квадратных метров. Увеличивая количество панелей, можно добиться более высокой выходной мощности от энергетической солнечной панели.
Однако производительность солнечной панели зависит не только от площади, но и от интенсивности солнечного света и угла падения лучей. Следовательно, производительность солнечной панели зависит от района и географической широты, где расположен дом, от погоды и времени года, а также от времени суток. Кроме того, для того чтобы система солнечных батарей работала и поставляла энергию в сеть, необходимо установить ряд дополнительных электрических устройств, в частности.
-Инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный;
-аккумуляторная батарея, роль которой заключается в накоплении энергии и сглаживании колебаний напряжения, вызванных изменением освещенности;
-контроллер заряда, который предотвращает перезарядку или преждевременную разрядку аккумулятора.
Все это называется автономной системой электроснабжения на основе солнечных панелей.
Как работают солнечные панели. В чем же заключается принцип работы альтернативного источника энергии?
Во-первых, фотоэлектрические элементы представляют собой кремниевые пластины. Кремний же по своему химическому составу похож на чистый кремний. Именно этот нюанс позволил снизить стоимость солнечного элемента и поставить его уже на конвейер.
Кремний обязательно должен быть кристаллизованным, поскольку он сам по себе является полупроводником. Монокристаллы гораздо проще изготовить, но они не имеют большого количества граней, благодаря чему электроны способны двигаться по прямой линии.
Важно знать, что добавление фосфора или мышьяка увеличивает электропроводность. Также одним из важных свойств кремния является его невидимость для инфракрасного излучения. Благодаря этому элементу блоки преобразователя поглощают только полезные части солнечного спектра.
Последовательность работы солнечной батареи. Как работают солнечные панели.
- энергия солнца поступает на пластины.
- Пластины нагреваются и высвобождают электроны.
- Электроны активно перемещаются по проводникам.
- Проводники дают заряд аккумуляторам.
Конструкцию и принцип работы источника питания можно описать как простой.
Он состоит всего из двух частей: основного корпуса; блоков преобразователя. В большинстве случаев корпус изготавливается из пластика. Он выглядит как обычная плитка, к которой крепятся блоки преобразователя.
Блок преобразователя представляет собой кремниевую пластину. Она может быть изготовлена двумя способами: поликристаллическим; монокристаллическим. Поликристаллический способ наименее затратный, а монокристаллический считается наиболее эффективным. Все остальные дополнительные детали (например, контроллеры и инверторы), микросхемы крепятся только для того, чтобы повысить производительность и функциональность источника энергии. Без них солнечная панель также не сможет функционировать.
Существует два типа подключения: последовательное; параллельное. Разница лишь в том, что параллельное соединение увеличивает ток, а последовательное — напряжение. Если есть необходимость максимально увеличить работу сразу двух параметров, используется параллельно-последовательное.
Но стоит помнить, что высокие нагрузки могут привести к выгоранию некоторых контактов. Для предотвращения этого используются диоды. Один диод способен защитить четверть фотоэлемента. Если их нет в устройстве, то велика вероятность того, что весь источник энергии перестанет функционировать после первого дождя или урагана.
Как и любое техническое устройство, солнечная батарея имеет свои эксплуатационные и технические характеристики, которые отличаются у разных моделей, от разных производителей, но с довольно небольшим расхождением. При площади солнечной панели около 0,2 м² мощность модуля составляет около 10 Вт. Напряжение при максимальной нагрузке — около 25 В. Ток короткого замыкания составляет около 500 мкА. Вес модуля составляет около 2 кг. Типичный КПД солнечной панели составляет от 14 до 18%. Срок службы такой панели составляет не менее 25 лет.