Где используется солнечные батареи

Что такое двусторонние (бифациальные) солнечные батареи?

Декабрь 2019

Двусторонние  (бифациальные) солнечные батареи имеют массу преимуществ, по сравнению с традиционными солнечными батареями. Электроэнергия вырабатывается такими солнечными модулями с двух сторон, что увеличивает общую генерацию. Они более долговечны, так как обе стороны устойчивы к воздействию ультрафиолетового излучения, что уменьшает потенциальную деградацию ячеек. Затраты на монтаж и содержание системы также уменьшаются, т.к. с меньшей площади можно получить бОльшее количество энергии.

На текущий момент основными поставщиками двусторонних солнечных батарей выступают ведущие производители «обычных» солнечных батарей, это компании LG, Longu, Lumos Solar, Prism Solar, Silfab, Yingli Solar. Однако, по мере освоения и совершенствовании технологии эти модули появляются в ассортименте производителей второго эшелона.

Что такое двустронний солнечный модуль?

Обычные солнечные батареи генерируют электроэнергию только с одной стороны, так как их ячейки имеют, как правило, непрозрачную, полимерную подложку. Двусторонние устроены несколько иначе, что позволяет фотоэлектрическим ячейкам улавливать отраженный солнечный свет и задней поверхностью.

При условии, что массив батарей устаналивается на поверхности с высокой отражающей способностью (белая кровля, песчаный или каменистый светлый грунт), производительность двусторонних солнечных батарей может быть на 30% выше, чем у стандартных.Двусторонние солнечные батареи выпускаются в двух исполнениях — рамочном и безрамочном.

Большинство используют монокристаллический солнечные ячейки, но есть батареи и на поликристаллических.

Нужно понимать, что существующие безрамочные солнечные батареи с использованием двух слоев стекла (внешний и наружный) не являются двусторонними, так как генерируемая электроэнергия с двустороннего модуля снимается контактами (шинами) с передней и задней сторон ячейки.

Как устанавливаются двусторонние солнечные модули?

Способ установки двустороннего модуля зависит от его типа. Рамочный двусторонний модуль может быть проще в установке, чем безрамочный, из-за того, что он использует традиционные системы крепления солнечных батарей. Большинство производителей безрамочных батарей предлагают свои собственные крепления, или рекомендуют системы определенных брендов, что снижает гибкость проектирования таких систем.

 Зажимы для безрамочных панелей, как правило, имеют резиновые уплотнители для защиты стекла от вибраций, и при их использовании стоит быть очень осторожным, чтобы не превысить усилие затяжки, и не повредить стекло.Чем больше угол установки солнечного модуля к поверхности, тем выше эффективность потребления отраженного света, и выше общая генерация.

Двусторонние модули установленные непосредственно на поверхности, и параллельно ей, блокируют любой отраженный свет, и тыльная сторона практически не генерирует энергию. Поэтому двусторонние модули наилучшим образом работют в наземных установках и на плоских крышах с использованием наклонных конструкций — в этих случаях отраженного света достаточно, чтобы его использовать для генерации.

Сама система крепления солнечных батарей может сказаться на производительности двусторонних модулей. Традиционные системы с опорными релингами (профилем) обычно закрываются устанавливаемыми солнечными батареями, однако, в случае с двусторонними модулями эти релинги будут давать тень на тыльной стороне, и снижать общую производительность.

Коммутационные коробки на двусторонних модулях физически меньше обычных, и распределены на несколько блоков, расположенных вдоль края панели, для избежания затенения.

Каковы перспективы двусторонних солнечных батарей?

Планируется, что производство и продажи двусторонних солнечных модулей будут расти с высокой скоростью. «Проблема с такими модулями заключалась в непредсказуемой выходной мощности, т.к. она зависит от поверхности позади батарей — светлая кровля, трава, гравий, черепица. Трудно смоделировать производительность.

» — заявил Винсент Амброуз, генеральный менеджер Canadian Solar. А производительность — важнейший из показателей при коммерческих расчетах солнечной электростанции.»Двусторонние модули — это будущее отрасли», — сказал Хунбин Фан, технический директор LONGi Solar.

«Эти модули унаследовали все преимущества моно-модулей PERC: высокая плотность мощности, обеспечивающая значительную экономию средств на монтаже и владении, высокий выход энергии с лучшими характеристиками при низкой освещенности и более низким температурным коэффициентом.

Кроме того, двухсторонние модули PERC также собирают энергию с тыльной стороны, демонстрируя более высокий выход энергии. Мы считаем, что двухсторонние модули PERC являются лучшим подходом для достижения более низкой стоимости владения».

« назад

Источник: https://www.sosvetom.ru/articles/dvustoronnie-solnechnye-batarei/

Солнечные батареи: особенности работы солнечных батарей

Солнечные батареи относятся к альтернативным, экологичным источникам энергии, широко используемым в наше время. Это оборудование преобразует энергию, полученную от солнца в электрическую энергию, и ее уже напрямую используют в промышленности и быту или накапливают в аккумуляторных устройствах для использования в не солнечное время суток (зимнее время года или в ночное время суток).

При использовании солнечных батарей может производиться как освещение, так и отопление жилья.

Солнечные батареи-виды

Малые фотоэлектрические системы. Состоят из панелек и аккумуляторов (max напряжение 12-24 вольт) и используются для работы электротехники с небольшим напряжением – лампочки, радио, телевизор.

Большие фотоэлектрические системы. Используются для полноценного обеспечения электричеством всего дома. Использование такой системы гарантирует напряжение в сети – 220 вольт. При использовании мощных аккумуляторов повышаются возможности по использованию энергии! Но есть свои особенности в эксплуатации.

Особенности работы солнечных батарей

Для работы солнечных батарей нужны специфические внешние условия, влияющие на их полнофункциональную работу.

• Эффективность высокая только в областях повышенной солнечной активности (рассчитывать требуется частоту дождливых дней и пасмурных),
• Особое внимание стоит обратить на количество солнечных дней в холодное время года,
• Для повышения эффекта от солнечных батарей требуется утепление дома – тогда на отопление потратится меньше энергии,
• Идеальным вариантом будет – комбинировать солнечные батареи с отоплением газом или электричеством. Тогда вместе это будет идеальная система отопления, гарантирующая постоянное тепло в доме,
• Необходимо учитывать активность солнца в середине дня – ориентировать батареи на юг – для достижения оптимального отопления дома. Возможны варианты – юго-запад или юго-восток,
• Солнечные батареи не должны затеняться деревьями или строениями,
• Максимальное поглощение энергии происходит под прямым углом к инсоляции. Именно из-за этого солнечные батареи размещают под углом, который равняется географической широте местности,
• В холодное время года эффективно увеличение угла наклона и требуется в летнее время его возвращать обратно.

Комплектация солнечных батарей

Комплектация солнечных батарей меняется в зависимости от потребностей потребителя и площади отапливаемого помещения. Но принцип составляющих остается стандартным (для отопления):

• Вакуумный солнечный коллектор,
• Контроллер, измеряющий эффективность системы,
• Насос, передающий теплоноситель от коллектора к накопителю,
• Ёмкость для горячей воды (примерный объем – 500-1000 л),
• Насос тепловой, электрический тэн.

Накопленной энергии от солнечной батареи часто бывает достаточно не только для нагрева огромного объема воды, используемой для отопления дома и бытовых нужд, но и для использования в системе обогрева пола.

Вывод

В конце статьи стоит отметить, что солнечные батареи могут обеспечивать запас горячей водой, которой хватит на 280 дней в году. Финансовая экономия очевидна – гарантирует минимизацию по использованию электричества и центрального отопления. А в простом быту является гарантией теплого дома в аварийных ситуациях при отключении электричества или других авралах.

ObOtoplenii.ru

Другие статьи раздела : Экологичное топливо

Источник: https://obotoplenii.ru/ekologichnoe-otoplenie/solnechnye-batarei

Солнечные электростанции для домов

Мы можем использовать энергию солнца для разных целей. Одна из них — это выработка электрической энергии. При использовании солнечных батарей энергия солнца напрямую преобразуется в электрическую. Этот процесс называется фотоэлектрический эффект.

Использование солнечного электричества имеет много преимуществ. Это чистый, тихий и надежный источник энергии. Впервые фотоэлектрические батареи были использованы в космосе на спутниках.

Сегодня солнечное электричество широко используется во многих областях. В удаленных районах, где нет централизованного электроснабжения, солнечные батареи используются для электроснабжения отдельных домов, для подъема воды и охлаждения лекарств. Эти системы зачастую используют аккумуляторные батареи для хранения выработанной днем электроэнергии. Кроме того, калькуляторы, телекоммуникационные системы, буи и т.д. работают от солнечного электричества.

Другая область применения — это электроснабжение домов, офисов и других зданий в местах, где есть централизованная сеть электроснабжения. В последние годы именно это применение обеспечивает около 90% рынка солнечных модулей. В подавляющем большинстве случаев солнечные батареи работают параллельно с сетью, и генерируют экологически чистое электричество для сетей централизованного электроснабжения.

Во многих странах существуют специальные механизмы поддержки солнечной энергетики, такие как специальные повышенные тарифы для поставки электроэнергии от солнечных батарей в сеть, налоговые льготы, льготы при получении кредитов на покупку оборудования и т.п. На этапе становления фотоэнергетики такие механизмы действовали в Европе, США. Японии, Китае, Индии и других странах.

К сожалению, Россия в этом отношении отстала, и реально действующих механизмов поддержки возобновляемой энергетики нет, даже несмотря на то, что основы поддержки заложены в законодательство еще в 2007 году. Исключение — пролоббированное крупными компаниями Постановление Правительства РФ от 28 мая 2013 г.

№449 «О механизме стимулирования использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) на оптовом рынке электрической энергии и мощности».

Обнадеживающая новость появилась в феврале 2017 года. Вице-Президент Правительства РФ А.Дворкович дал поручение правительству разработать порядок подключения солнечных батарей,установленных у частных лиц. Поручение предполагает бесплатное подключение к сетям солнечных батарей мощностью до 15 кВт и покупку излишков, отправленных в сеть, по оптовой цене электроэнергии. См. наш форум для более подробной информации по этому вопросу.

Солнечные фотоэлектрические установки могут быть следующих основных типов:

Автономные
В случае если нет подключения к сети, солнечные модули генерируют электричество для целей освещения, питания телевизора, радио, насоса, холодильника или ручного инструмента и т.п. Обычно, для хранения энергии используются аккумуляторные батареи, а в качестве резервного источника энергии применяется жидко-топливный электрогенератор.

Соединенные с сетью
Если объект подключен к сети централизованного электроснабжения, солнечные батареи могут использоваться для генерации собственного электричества. Избыток электрической энергии обычно продается электросетям (точнее, счетчик считает в обратную сторону). Если используются специальные повышенные тарифы для солнечного электричества, то устанавливаются 2 счетчика — один на генерацию, другой на потребление.

При этом вся электроэнергия, выработанная СБ продается сетям по повышенной цене, а потребности дома в электроэнергии обеспечиваются путем покупки электроэнергии у сетей по обычной цене.

Таким образом можно обеспечить не только нулевые расходы по затратам на электроэнергию в течение года, но и нулевое потребление электроэнергии за год (летом избыток энергии поставляется сетям, а зимой, при недостатке солнца, дом питается в основном от сетей) .

Резервные системы
Фотоэлектрическая системы подключается к сетям плохого качества. В случае отключения сети или недостаточного качества сетевого напряжения, для покрытия нагрузки используется солнечная система.

В этом случае обычно требуются аккумуляторы, ББП или, в случае больших мощностей, другой источник — например генератор. В последнем случае, за счет солнечной энергии существенно сокращается потребление топлива во время перерывов в электроснабжении.

В то время, когда сеть есть, обычно система работает как соединенная с сетью.

Эта статья прочитана 4948 раз(а)!

Продолжить чтение

• Нужны ли солнечные батареи?
• Интересные ссылки по солнечным батареям
• Фотоэлектрические комплекты
• Фотоэлектрические системы

Источник: https://www.solarhome.ru/basics/solar/pv/solnechnye-pv-stantsii.htm

В поле света: фермерские угодья смогут вырабатывать энергию

Российские сельскохозяйственные поля оснастят солнечными панелями. Это позволит производить энергию, не выделяя специальный участок под электростанцию.

Идею планируется реализовать с помощью установки батарей на специальных мачтах — они не будут мешать выращиванию растений и проезду техники, при этом давая возможность получать 1,5 МВт энергии с 1 га земли.

Этого будет достаточно для полного самообеспечения фермерских хозяйств электричеством и продажи ее излишков в общую сеть — при условии принятия соответствующих поправок в законодательство. Однако, по мнению экспертов, установка солнечных батарей прямо на территории полей может усложнить уход за оборудованием.

Урожай с неба

Идея российских инженеров состоит в размещении на сельскохозяйственных полях специальных шестиметровых мачт с таким расчетом, чтобы они не мешали выращиванию растений и проезду техники. Далее на них будут устанавливаться солнечные панели, способные эффективно вырабатывать электроэнергию.

Как рассказали создатели проекта, используемые батареи работают на основе технологии PERC, которая позволяет добиться КПД ячеек в 21,5% при мощности солнечного модуля от 300 до 375 Вт. Таким образом, совокупная установленная мощность для 1 га земли составит около 1,5 МВт, отметил представитель разработчика Илья Лихов. По его словам, этого будет достаточно для полного удовлетворения потребностей хозяйств в электроэнергии.

Интерес вызывает и конфигурация батарей: они представляют собой безрамочные солнечные панели, состоящие из двух слоев стекла, между которыми находятся генерирующие элементы. Благодаря такой конструкции они могут пропускать часть солнечного света, который проходит через промежутки между солнечными ячейками. В конечном счете это позволяет создать легкое затенение, которое обеспечивает защиту растений от выгорания при сохранении доступа к свету.

Кроме того, установка большого количества панелей мешает распространению ветра и способствует повышению влажности, что помогает увеличить плодородность земли.

Помимо мачт и батарей для создания полноценной электростанции необходим инвертор (он переводит постоянный ток от солнечных элементов в переменный), а в некоторых случаях еще и аккумуляторные батареи, которые позволяют сохранить энергию для последующего использования (например, в ночное время).

Гарантия на батареи составляет 30 лет при сроке службы около полувека. При этом инверторы и аккумуляторы необходимо менять каждые 15–20 лет.

Специалисты уже приступили к реализации первого проекта строительства новой солнечной электростанции в Краснодарском крае — местного сельхозпроизводителя планируется оснастить системой батарей суммарной мощностью в 200 КВт.

Битва за гектары

Традиционно под станцию в 1 МВт требуется 2–3 га земли, отметил генеральный директор АО «Белгородский институт альтернативной энергетики» Владимир Бредихин. Решение использовать солнечные панели на основе технологии PERC с довольно высоким КПД должно уменьшить срок окупаемости солнечных электростанций и повысить привлекательность технологии для потребителей.

Однако некоторые эксперты выразили сомнение в целесообразности установки солнечных батарей прямо на территории сельскохозяйственных полей, поскольку это может усложнить уход за оборудованием.

— Во время вспашки, культивирования, уборки урожая и других сельскохозяйственных работ, в ходе которых используется техника, будет происходить сильное запыление панелей, что неизбежно приведет к снижению эффективности их работы, — считает заведующая кафедрой «Электрические станции, сети и системы электроснабжения» Южно-Уральского государственного университета Ирина Кирпичникова. — В результате поверхность батарей нужно будет регулярно чистить, что может стать достаточно сложной задачей, учитывая высоту их расположения.

По расчетам специалистов, срок строительства одной солнечной станции (в зависимости от размера участка) составит от одной недели до месяца — без учета времени на доставку оборудования. При этом ее цена для удаленных регионов во множестве случаев не превысит стоимости подключения к электрической сети или установки автономного дизельного генератора сопоставимой мощности, обещают разработчики.

Частная электростанция

Доступность солнечной электростанции можно повысить также благодаря отказу от использования дорогостоящих аккумуляторов (обычно на них уходит половина стоимости системы), наладив поставку излишков вырабатываемой энергии в общую сеть. Однако пока эту возможность нельзя реализовать из-за отсутствия необходимой законодательной базы.

— Судя по характеристикам проекта, при установке новой электростанции мы могли бы получать со своих 2 га 3 МВт электроэнергии, однако для растениеводства такие мощности излишни, — отметил глава одного из хозяйств станицы Казанская (Кавказский район Краснодарского края) Виктор Коломийцев.

— Думаю, более актуально это будет для хозяйств, которые совмещают выращивание растений с птицеводством и содержанием скота, поскольку это требует больших затрат электричества.

Также установка большого количества батарей может быть интересна, если появится возможность продавать излишки энергии в общую сеть, как это делают фермеры в Германии и Франции.

Как писали «Известия», в прошлом году Минэнерго разработало законопроект о частной «зеленой» микрогенерации. Согласно предложениям ведомства, монтировать солнечные панели и ветряные установки смогут только собственники домов.

Энергию с них они будут продавать так называемым гарантирующим поставщикам — это основные энергосбытовые компании регионов. Таких поставщиков обяжут заключать с жителями договоры купли-продажи электричества. В документе сказано, что таким образом они возместят теряющуюся при передаче по сетям энергию.

По оценкам экспертов, создание таких частных электростанций окупится как минимум за пять лет в Южном федеральном округе, где пасмурных дней меньше, и за 7–8 лет в регионах Поволжья и Сибири.

По мнению аналитиков, процесс развития возобновляемых источников энергии в России во многом будет зависеть от дальнейшего удешевления оборудования и темпов роста цен на электричество. Законопроект о частной «зеленой» микрогенерации в конце прошлого года был направлен в Госдуму, в первом чтении он пока не рассматривался.

Источник: https://iz.ru/896620/aleksandr-bulanov/v-pole-sveta-fermerskie-ugodia-smogut-vyrabatyvat-energiiu

Где используются солнечные батареи

Современные солнечные батареи нашли широкое применение в различных отраслях, таких как: космонавтика, авиастроение, электрообеспечение строений и наружного освещения, автомобилестроение, водный транспорт, детские игрушки и паркинги с электрозаправками. Давайте подробнее рассмотрим все эти сферы использования солнечных батарей.

Космонавтика

Космонавтика, именно в этой сфере солнечные батареи нашли свое главное применение. Эти устройства являются автономными источниками электричества, снабжающие электроэнергией все системы и установки жизнеобеспечения космических станций, а также обеспечивают бесперебойную и четкую работу всей аппаратуры. Батареи одновременно питают электричеством оборудование и заряжают аккумуляторы, которые будут снабжать электроэнергией космические устройства в теневых участках орбиты.

Самолетостроение

Использование солнечных батарей в самолетостроении стало наиважнейшим достижением в истории покорения неба. Благодаря светогенераторам самолеты могут находиться в небе достаточно продолжительное время, не использую при этом топлива.

Двигатели самолетов, оснащенных солнечными установками, работают на сгенерированном электричестве. В полете в светлое время суток происходит заряд аккумуляторов самолета, которые в темноте будут отдавать свой заряд двигателям для продолжения полета.

Такие самолеты необходимы для связи и разведки, а также для наблюдения в гражданских и научных целях.

Энергообеспечение зданий

Для резервного (в случаях аварийного отключения станций или подстанций, обрывов линий электропередач) или основного (в тех случаях, когда нет возможности подключения к централизованному источнику электроэнергии) энергообеспечения жилых и производственных зданий, а также систем уличного освещения солнечные батареи являются идеальным оборудованием. Учитывая, что при традиционной выработке электроэнергии, это касается ТЭЦ, происходит сжигание ископаемого топлива, в процессе чего выделяется огромная масса вредных газов, ведущих к мировому парниковому эффекту.

Даже Англиканская церковь стала призывать человечество к использованию солнечных батарей. Так в Великобритании церковь святого Михаила в городе Хардфордширд стала пионером в применении «зеленого электричества». На крыше этой церкви были установлены солнечные батареи.

Принц Чарльз, также озабочен проблемами экологической обстановки в мире. Он увлекся проектами альтернативной энергии и планирует оборудовать дворец Clarence House, которых находится в Лондоне солнечными батареями.

В планы Министерства обороны США входит сокращение вредных выбросов (углекислого газа) с территории военной базы Перл Харбор и сделать ее экономически независимой. Благодаря оборудованию солнечными батареями крыш, военная база сократит свою потребность в нефтепродуктах на 5 667 баррелей в год, а выброс углекислого газа на 3 118 тонн в год.

Солнечными генераторами оснащаются и другие строения, такие как маяки, расположенные вдали от централизованного электроснабжения. Также этими устройствами оборудуются надводные буи и указатели.

Автомобили и другие транспортные средства

В автомобилестроении солнечные установки начинают становиться приоритетом в развитии этой отрасли. Экологически безопасный транспорт – это не просто дань моде, а жизненно необходимая мера. В «зеленых» автомобилях в светлое время суток двигатели приводятся в движение за счет электричества, выработанного солнечным генератором, а в темное время — за счет заряженных аккумуляторов. Такой автомобиль может развивать значительную скорость – 135 км/ч.

Водный транспорт постепенно тоже комплектуют солнцегенераторами. Это касается в основном туристический парк небольших судов.

Так в Турции, а именно в городе Далян, известный как курортный город по многочисленным его каналам туристов развозят экологичные лодки, оборудованные солнечными батареями. Правда скорость таких эко – лодок невелика и составляет всего 10 км/ч.

Но туристам эта скорость только во благо, они успевают рассмотреть все достопримечательности и пофотографировать.

Где еще используются солнечные батареи?

Самые маленькие пользователи электроэнергии тоже не остались в стороне от наступления «солнечного» электричества. Это связано с заменой обычных батареек на солнечные генераторы. Так любимые машинки, оснащенные солнечными батареями, стали экологически безопасными и практически вечными, если не были разобраны в первые дни игры. Касается это конечно не только машин.

Существует большое количество занимательных и развивающих игрушек оснащенных солнечными батареями, благодаря внедрению технологии «солнечного» электричества нет необходимости покупать, а затем выбрасывать использованные гальванические элементы и пристально следить за тем, чтобы они не оказались во рту у малыша. А такая игрушка как макет эко – дома еще и поучительна.

Она демонстрирует все возможности солнечных батарей, установленных на крыше частного дома.

Строительство «солнечных» парковок вырастает пропорционально производству гибридных автомобилей. Таким строительством занимаются развитые страны Евросоюза, США и Япония.

На крышах этих «заправок» устанавливаются солнечные генераторы, которые заряжают не только припарковавшиеся автомобили, но и аккумуляторы большой мощности.

Электрической энергии аккумуляторных батарей хватает только на собственные нужды самой заправки, что делает их энергетически независимыми. В темное время суток автомобили «заправляются» от стационарной сети.

Южнокорейские изобретатели предлагают свое новое изобретение, связанное с решением проблемы зарядки всевозможных устройств (мобильных телефонов, планшетов, ноутбуков и т.п.), в походных условиях. Это устройство, своего рода, солнцегенератор. Оно вырабатывает достаточно электроэнергии для зарядки аккумулятора практически любого гаджета.

Источник: http://solarb.ru/node/896

3D-печать солнечных панелей – революция в возобновляемой энергетике

Почему 3D-печать – эффективное решение для энергетики | Солнечные батареи: 3D-печать в возобновляемой энергетике | Такие системы действительно выгодно печатать на 3D-принтере? | Аддитивное производство солнечных батарей: 5 успешных проектов | Будущее 3D-печати в области солнечной энергетики

3D-печать все более активно используется в энергетической промышленности. Место аддитивного производства в отрасли возобновляемой энергетики представляет большой интерес. Взгляните на ситуацию с изменением климата: сегодня получение энергии из экологически чистых источников является одной из важнейших задач.

Объемы ископаемого топлива стремительно сокращаются, и поэтому мы видим все больше электромобилей, ветровых установок и солнечных батарей. Однако большинство из них далеки от совершенства, а производство по-прежнему требует больших затрат. К счастью, исследователи уже работают над солнечными батареями, которые можно печатать на 3D-принтерах, чтобы максимально эффективно использовать солнце – неисчерпаемый источник энергии.

Вы знали, что 3D-печать – превосходный метод изготовления солнечных батарей? Исследователи утверждают, что аддитивное производство поможет сократить стоимость производства солнечных батарей на 50%, а батареи, напечатанные на 3D-принтерах, – эффективнее солнечных батарей, изготовленных традиционными методами. В этой статье рассказано об эффективном использовании 3D-печати в сфере возобновляемой энергии, а точнее, в гелиоэнергетике. Кроме того, здесь рассмотрены методы 3D-печати фотоэлектрических элементов для солнечных батарей, а также исследования, посвященные данным методам.

Почему 3D-печать – эффективное решение для энергетики

Аддитивное производство используется во множестве отраслей и может быть крайне эффективно для изготовления источников энергии.

Цифровое производство –  превосходный метод реализации проектов в энергетической отрасли: качество изделий растет, а затраты на производство сокращаются. Перед производителями возобновляемых источников энергии стоит задача сократить расходы на производство.

Давайте выясним, почему производителям систем с питанием от солнечной энергии или других экологически чистых источников следует обратить внимание на 3D-печать.

3D-печать оптимизирует процесс разработки продукта

3D-принтер – отличный инструмент для прототипирования: благодаря ему растет производительность и сокращаются расходы. Используя ПО для 3D-моделирования, модели можно менять до тех пор, пока не будет получена идеальная конструкция. Перед изготовлением систем и деталей можно выполнить столько итераций, сколько потребуется. Благодаря скорости и точности 3D-печати упрощается и быстрое прототипирование.

Значительное сокращение расходов

Пытаетесь сократить расходы на прототипы и производство? Обратите внимание на 3D-печать. При ее использовании расходуется только необходимое количество материала, а выполнять итерации на 3D-принтере дешевле, чем методом литья под давлением, ведь вам не потребуется изготавливать новую пресс-форму и повторять весь процесс.

3D-принтеры повышают эффективность производства

Цифровые технологии подходят не только для прототипирования, но и для производства. У этих методов много преимуществ: например, на 3D-принтерах можно очень быстро изготавливать малые партии деталей. Кроме того, используя аддитивное производство, можно полностью управлять процессом и заказывать только необходимое количество деталей. Перечисленные особенности делают аддитивные технологии оптимальным решением для реализации всего проекта или изготовления отдельных деталей.

Аддитивные технологии – превосходный инструмент для научных исследований

Далее в статье мы поговорим о том, почему 3D-печать подходит для проверки ваших идей и работы с новыми материалами. Исследователи продолжают находить новые сферы применения 3D-печати: к примеру, она используется для производства экологически чистых энергетических устройств – таких как солнечные панели.

Солнечные батареи: 3D-печать в возобновляемой энергетике

Что такое солнечные батареи?

Это блоки, преобразовывающие солнечную энергию в тепло или электричество. Они выполнены из фотоэлектрических элементов, в которых происходит ряд физических и химических явлений.

Как правило, фотоэлектрические элементы делают из кристаллического кремния, однако сейчас активно разрабатываются новые материалы (недавний пример – технология тонкопленочных солнечных элементов). Качество и эффективность солнечных батарей, изготавливаемых традиционными способами, оставляют желать лучшего.

Именно поэтому специалисты, изучающие аддитивные технологии, экспериментируют с целью создать высококачественные солнечные панели на 3D-принтерах.

Аддитивное производство поможет сократить стоимость производства солнечных батарей на 50%

3D-печать – наилучшее решение для изготовления солнечных батарей

Одна из основных трудностей, возникающая в ходе разработки и производства возобновляемых источников энергии, – высокие затраты. Именно по этой причине такие источники доступны не всем. Мы видели, как 3D-печать подходит для реализации новых проектов, и производство солнечных батарей – отличный пример.

Прежде всего, для производства эффективных солнечных панелей высокого качества требуется множество исследований и разработок. Раньше фотоэлектрические элементы выполнялись из дорогих материалов. При разработке новых солнечных батарей и использовании материалов с новыми техническими свойствами требуется провести много испытаний и изготовить много прототипов.

Подобные проекты должны быть тщательно продуманы, а для их демонстрации команде, инвесторам и будущим клиентам потребуются модели высокого качества. И здесь на помощь приходит 3D-печать, поскольку она позволит создать высококачественные прототипы. Кроме того, вы сможете проводить столько итераций, сколько потребуется.

Аддитивные технологии подходят и для производства, однако вам потребуется найти 3D-принтеры, способные печатать из соответствующих материалов. Например, солнечные батареи изготавливаются из материала, который поглощает солнечный свет.

В теории, 3D-печать подходит для изготовления экологически чистых источников энергии по более низкой стоимости. Но так ли это на практике?

Такие системы действительно выгодно печатать на 3D-принтере?

Использование напечатанных солнечных батарей сокращает расходы на 50%

Исследователи Массачусетского технологического института утверждают, что аддитивное производство солнечных батарей помогает сократить расходы на 50%.

Для изготовления таких установок не требуются дорогие материалы (например, стекло, поликристаллический кремний и индий). Очевидно, что реализация таких проектов возможна благодаря печати новых материалов на 3D-принтере.

Например, не так давно стало известно о том, что производство фотоэлектрических элементов из синтетического перовскита дешевле.

Источник: https://blog.iqb.ru/3d-printing-solar-panels/

Варианты использования солнечных батарей для экономии Ваших средств Солнечные.RU

Можно ли сэкономить при помощи солнечных батарей?
Этот вопрос мы слышим каждый день от наших клиентов и отвечали на него сотни раз.

Конечно, в каждом конкретном случае, у Вас дома, в квартире или на даче, в небольшой компании или на крупном производстве, ответ всегда индивидуален и зависит от многих факторов (тип электростанции, регион эксплуатации, сезонность эксплуатации, есть ли подключение к сети 220/380 Вольт, тип электрооборудования, наличие незатеняемого места для установки панелей и т.д.). Тем не менее, есть несколько основных вариантов применения солнечной энергии в быту и на производстве, которые мы рассмотрим и постараемся охватить большую часть Ваших вопросов.

Для получения электричества от Солнца применяются следующие 4 типа электростанций:

• резервная,
• автономная,
• гибридная,
• сетевая.

Резервная электростанция

При применении этого типа, речи об экономии не идет, т.к. подразумевается, что есть подключение к сети 220 Вольт, но бывают отключения электричества.

Этот тип используется только при отключении света на время от нескольких часов до 2-3 дней. На время, когда отключили электричество, самые нужные электроприборы (холодильник, освещение и т.п.) подключаются к инвертору, который берет энергию от аккумуляторов и солнечных батарей небольшой мощности (200-300 Вт).

Комплектация и стоимость резервной системы минимальна, но т.к. используется эта система не постоянно, то электроэнергия от нее получается достаточно дорогой. Но резервные системы и не устанавливают для экономии, т.к. их предназначение совсем другое — обеспечить самые важные электроприборы в доме или на даче электричеством, когда оно внезапно исчезло в розетке.

Автономная электростанция

При сроке полной окупаемости оборудования 20 лет, «стоимость электроэнергии» от автономной солнечной электростанции составит от 8 до 20 рублей за кВт*час в зависимости от комплектации системы и региона эксплуатации (если разделить стоимость оборудования на кол-во энергии, которое будет выработано за 20 лет). То есть, при текущей цене электроэнергии 4 руб./кВт*час, речи об экономии также не идет.

Этот тип электростанции используется там, где нет подключения к сети и если сравнивать её с бензо- или дизель-генератором, то применение автономной солнечной электростанции выгоднее примерно в 2 раза. Кроме того, она абсолютно бесшумна и не требует постоянного подвоза топлива, заправки и частого техобслуживания.

При этом нужно отметить, что в широтах России зимой получать электроэнергию только от Солнца очень дорого по причине малого количества солнечных дней. Поэтому, при необходимости круглогодичной эксплуатации, система обязательно дополняется бензогенератором, который периодически используется при длительном отсутствии Солнца.

Гибридная электростанция

Гибридная солнечная электростанция — это та же автономная, но с постоянным подключением к сети 220 Вольт.

Гибридная электростанция работает следующим образом: при наличии энергии от солнечных батарей, эта энергия используется в первую очередь, а при ее недостатке используется сеть. При такой работе, аккумуляторы, входящие в состав оборудования, используются не постоянно, что значительно увеличивает их срок службы по сравнению с автономной системой, в которой их нужно будет менять один раз в 3-5 лет.

При сроке полной окупаемости оборудования 20 лет, «стоимость электроэнергии» от гибридной солнечной электростанции составит от 6 до 15 рублей за кВт*час в зависимости от комплектации системы и региона эксплуатации. То есть, при постоянном росте тарифов, уже очень скоро в регионах с большим количеством солнечных дней будет выгодно применять данный тип электростанций.

Кроме того, используя гибридную электростанцию, Вы не только сэкономите в будущем, но и при отключении света (сети), не останетесь без электричества.

Сетевая электростанция

При сроке полной окупаемости оборудования 20 лет, «стоимость электроэнергии» от сетевой солнечной электростанции составит от 4 до 8 рублей за кВт*час в зависимости от комплектации системы и региона эксплуатации. То есть, при текущей цене электроэнергии 4 руб./кВт*час и при введении повышенных тарифов за электроэнергию сверх социальной нормы, Вы начинаете экономить уже сегодня!

Сетевая солнечная электростанция состоит всего из двух основных компонентов: сетевой инвертор и панели необходимой мощности (обычно от 500 Вт до 5 кВт).

Особенностью этого типа является то, что для работы обязательно необходимо наличие сетевого электричества, а также то, что электроэнергия вырабатывается только в светлое время суток. При отключении электричества, сетевой инвертор также отключается, т.е. Вы не сможете использовать энергию от солнечных батарей в случае, если у Вас отключат свет.

Этот тип электростанции не обеспечивает резерв и применяется только для экономии на оплате электроэнергии или для получения дополнительной мощности при подключении к сети с ограничением по мощности.

Все промышленные солнечные электростанции являются сетевыми.

Примечание: расчет стоимости электроэнергии приведен в ценах 2013 года. В расчет необходимо вносить корректировку исходя из отношения обменного курса рубля на сегодняшний день к 2013-у году..

Солнечные коллекторы и водонагреватели

Для получения тепловой энергии от Солнца применяются солнечные водонагреватели. Трубчатые вакуумные коллекторы, входящие в состав систем нагрева воды, имеют КПД 60-70%, что примерно в 4 раза превышает КПД солнечных батарей. Кроме того, самые простые модели солнечных водонагревателей представляют из себя моноблок и достаточно дёшевы.

По этим причинам, использование солнечных водонагревателей позволяет значительно сэкономить на оплате тепловой энергии уже сейчас и типичный срок их полной окупаемости составляет около 5 лет.

Надеемся, приведенная информация поможет Вам сделать выбор!

Источник: https://www.solnechnye.ru/batareya/mozhno-li-sekonomyt.htm

Устройство солнечной батареи. Виды солнечных панелей

Состав и устройство солнечной батареи, ее элементов определяют эффективность выработки энергии готовым изделием. В настоящее время, для генерации электрической энергии используются солнечные панели на основе кремния (с-Si, mc-Si & кремниевые тонкопленочные батареи), теллурида кадмия CdTe, соединения медь-индий (галлий)-селен Cu(InGa)Se2, а также концентраторные батареи на основе арсенида галлия (GaAs). Ниже будут даны краткие описания каждой из них.

Солнечные батареи основе кремния

Солнечные батареи (СБ) на основе кремния составляют на сегодняшний день порядка 85% всех выпускаемых солнечных панелей. Исторически это обусловлено тем, что при производстве СБ на основе кремния использовался обширный технологический задел и инфраструктура микроэлектронной промышленности, основной «рабочей лошадкой» которой также является кремний.

В результате, многие ключевые технологии микроэлектронной промышленности такие как выращивания кремния, нанесения покрытий, легирования, удалось адаптировать для производства кремниевых батарей с минимальными изменениями и инвестициями. Кроме того, кремний – один из самых распространенных элементов земной коры и составляет по разным данным 27-29% по массе.

Таким образом, нет никаких физических ограничений для производства значительной доли электроэнергии Земли с имеющимися запасами Si.

Различают два основных типа кремниевых СБ – на основе монокристаллического кремния (crystalline-Si, c-Si) и на основе мультикристаллического (multicrystalline-Si, mc-Si) или поликристаллического.

В первом случае используется высококачественный (и, соответственно, более дорогой) кремний выращенный по методу Чохральского, который является стандартным методом для получения кремниевых пластин-заготовок для производства микропроцессоров и микросхем. Эффективность СБ изготовленных из монокристаллического кремния составляет обычно 19-22%.

Не так давно, фирма Panasonic заявила о начале промышленного выпуска СБ с эффективностью 24,5% (что вплотную приближается к максимально возможному теоретически значению ~30%).

Во втором случае для производства СБ используется более дешевый кремний произведенный по методу направленной кристаллизации в тигле (block-cast), специально разработанного для производства СБ. Получаемые в результате кремниевые пластины состоят из множества мелких разнонаправленных кристаллитов (типичные размеры 1-10мм) разделенных границами зерен.

Подобные неидеальности кристаллической структуры (дефекты) приводят к снижению эффективности – типичные значения эффективности СБ из mc-Si составляют 14-18%.

Снижение эффективности данных СБ компенсируется их меньшей ценой, так что цена за один ватт произведенной электроэнергии оказывается примерно одинаковой для солнечных панелей как на основе c-Siтак и mc-Si.

Тонкопленочные солнечные панели

Возникает вопрос – зачем разрабатывать другие типы модулей, если солнечные панели на основе моно- и мультикристаллического кремния уже созданы и показывают неплохие результаты? Очевидный ответ — чтобы добиться еще большего снижения стоимости и улучшения технологичности и эффективности, по сравнению с обычными c-Si и mc-Siсолнечными батареями.

Дело в том, что обычные кремниевые фотоэлектрические модули наряду с преимуществами, перечисленными выше, обладают и рядом недостатков.

Кемний из-за своих особых электрофизических свойств (непрямозонный полупроводник) обладает довольно низким коэффициентом поглощения, особенно в области инфракрасных длин волн.

Таким образом, толщина кремниевой пластины для эффективного поглощения солнечного излучения должна составлять довольно внушительные 100-300 мкм. Более толстые пластины означают больший расход материала, что ведет к удорожанию СБ.

В то же время, прямозонные полупроводники на вроде GaAs, CdTe, Cu(InGa)Se2, и даже некоторые модифицированные формы Si, способны поглощать требуемое количество солнечной энергии при толщине всего в несколько микрон.

Открывается заманчивая перспектива сэкономить на расходных материалах, а также на электроэнергии, которой требуется значительно меньше для изготовления более тонкого слоя полупроводника.

Еще одной положительной чертой СБ на основе вышеназванных полупроводников – в отличие от СБ на основе c-Si и mc-Si– является их способность не снижать эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую даже в условиях рассеянного излучения (облачный день или в тени).

Исследования СБ на основе теллурида кадмия (CdTe) начались еще в 1970х годах ввиду их потенциального использования в качестве перспективных для космических аппаратов. А первое широкое применение «на земле» подобные СБ нашли в качестве элементов питания карманных микрокалькуляторов.

Данные элементы представляют собой гетероструктуру из тонких слоев p-CdTe / n-CdS (суммарная толщина 2-8 мкм) напыленных на стеклянную подложку (основу). Эффективность современных фотоэлектрических элементов данного типа равняется 15-17%. Основным (и фактически единственным) производителем СБ на основе теллурида кадмия является американская фирма FirstSolar, которая занимает 4-5% всего рынка.

К сожалению, есть проблемы с обоими элементами входящими в состав соединения CdTe. Кадмий – это экологически вредный тяжелый метал, который требует особых методов обращения и ставит сложный вопросутилизации старых изделий.

В виду этого, законодательство многих стран ограничивает свободную продажу гражданам СБ этого типа (строятся только масштабных солнечных электростанций под гарантии утилизации от фирмы производителя). Второй элемент – теллур, довольно редко встречается в земной коре.

Уже в настоящее время более половины всего добываемого теллура идет на изготовление солнечных панелей, а перспективы нарастить добычу – довольно призрачны.

Солнечные батареи на основе соединения медь-индий (галлий)-селен Cu(InGa)Se2 (иногда обозначаются как CIGS) являются новичками на рынке солнечной энергетики.

Несмотря на то, что начало исследований элементов этого типа было положено еще в середине 70х, в настоящее время коммерческий выпуск в боле-менее солидных масштабах ведет всего лишь фирма SolarFrontierKKиз Японии.

Отчасти это связано с технически сложным и дорогим процессом изготовления, хотя в некоторых (удачных!) случаях их эффективность может достигать 20%.

Несмотря на отсутствие экологически вредных элементов в составе этого соединения, значительному расширению производства данных солнечных модулей в будущем угрожает дефицит индия. Ведутся исследования с целью заменить дорогой In на более дешевые элементы и может быть скоро появятся новые изделия на основе соединения Cu2ZnSn(S,Se)4.

Фотоэлектрические модули на основе аморфного кремния a-Si:H. Тонкопленочные солнечные батареи могут быть построены также и на основе хорошо известного кремния, если удастся каким-либо образом улучшить его способности к поглощению солнечного света. Применяются две основные методики:

— увеличить путь прохождения фотонов посредством многократного внутреннего переотражения;

— использовать аморфный кремний (a-Si), обладающий гораздо большим коэффициентом поглощения чем обычный кристаллический кремний (с-Si).

По первому пути пошла австралийская фирма CSGSolarLtd, разработавшая СБ с эффективностью 10-13% при толщине слоя кремния всего 1,5 мкм.

По второму – швейцарская OerlikonSolar (которую сейчас перекупили японцы), создавшая комбинированные солнечные панели на основе слоев аморфного и кристаллического кремния a-Si / с-Si эффективность которых также составляет 11-13%.

Своеобразной особенностью СБ из аморфного кремния является снижение эффективности их работы при понижении температуры окружающего воздуха (у всех остальных — наоборот). Так, фирма производитель рекомендует устанавливать данные модули в странах с жарким климатом.

Концентраторные солнечные модули

Наиболее совершенные и самые дорогие на сегодняшний день солнечные модули обладают эффективностью фотоэлектрического преобразования до 44%. Они представляют собой многослойные структуры из разных полупроводников последовательно выращенных друг на друге слой за слоем. Наиболее успешной является структура состоящая из трех слоев:  Ge (нижний полупроводник и подложка), GaAsи GaInP.

Благодаря тому, что в подобной комбинации каждый отдельный полупроводниковый слой поглощает наиболее эффективно свой определенный диапазон солнечного спектра (определяемый шириной запрещенной зоны полупроводника), достигается наиболее полное поглощение солнечного света во всем диапазоне длин волн, недостижимое для СБ состоящих из одного типа полупроводника.

К сожалению, процесс изготовления подобных многослойных полупроводниковых слоев очень сложен технически и, как следствие, весьма дорог.  

Если солнечные батареи стоят очень дорого, фокусировка солнечного излучения на меньшей площади СБ может применяться как эффективный способ снижения финансовых затрат.

Например, собрав при помощи линзы солнечный свет с 10 см2 и сфокусировав его на 1 см2 солнечной батареи, можно получить тоже количество электроэнергии, что и от элемента площадью 10 см2 без концентратора, но экономя при этом целых 90% площади! Но при этом, набор подобных ячеек (солнечная батарея + линза) должен быть смонтирован на подвижной механической системе, которая будет ориентировать оптику в направлении солнца в то время как оно движется по небу в течении дня, что увеличивает стоимость системы.

В настоящее время экономически оправдано использовать подобные дорогие концентраторные солнечные модули только в тех странах и регионах земного шара, где круглый год имеется в достатке прямое солнечное излучение (рассеянное излучение не может быть сфокусировано линзой). Так, французская фирма-производитель концентраторных СБ SOITEC устанавливает свои СБ в Калифорнии, ЮАР, на юге Франции (Прованс), в Испании.  

Органические солнечные батареи и модули фотосенсибилизованные красителем

Но есть и новый тип тонкопленочных солнечных батарей, такой как сенсибилизированные красителем солнечные элементы, которые работают на совершенно ином принципе, чем все модули рассмотренные выше, на принципе больше напоминающем фотосинтез у растений. Но их пока нет в коммерческой продаже.

Трушин М.В. Ph.D

Источник: https://www.helios-house.ru/ustrojstvo-sb.html

Производство и применение солнечных батарей

Принцип действия солнечной батареи заключается в прямом преобразовании света от Солнца в электрический ток. И при этом происходит генерация постоянного тока. Эта энергия может быть использована напрямую разными нагрузками постоянного тока или может запасаться в аккумуляторных батареях для использования в будущем при необходимости. Использование солнечных батарей – отличная бизнес-идея.

Но к сожалению, в России солнечная энергетика практически не развита из-за отсутствия политики поддержки в этой области. И поэтому большое количество крыш и других открытых солнцу территорий не приносят электричества и прибыли. Заняться освоением данной сферы – выгодное решение.

В первую очередь, нужно связаться с владельцами и лицами, которые заинтересованы в получении дополнительной прибыли с арендуемых крыш и других подходящих поверхностей. Хозяевам предоставляется специально разработанный бизнес план с полным расчётом всех расходов на монтаж солнечных батарей и прибыли, получаемой в форме электроэнергии.

В бизнес-плане стоит учитывать также расчёты солнечной активности, скорости ветра, метеорологической ситуации региона. Риск такого бизнеса совсем мал.

Солнечная энергетика будет успешной, потому что зависит только от активности солнца, которого на ближайшие годы уж точно хватит. В будущем можно рассчитывать и на поддержку со стороны государства, потому что солнечная энергетика – эта отрасль будущего.

Альтернативные источники энергии пользуются все большей популярностью, они незаменимы в частных домах, на тех объектах, где часто происходят сбои в поставке электрической энергии. Надежное, качественное и проверенное временем оборудование даст возможность производить солнечные батареи и расширить возможности и горизонты для своего бизнеса.

Производство солнечных батарей

На сегодня есть несколько основных технологий производства солнечных батарей, которые основаны на применении какого-либо материала при создании пластины. Базируется это на разном поглощении различными материалами солнечного излучения. Наибольшей популярностью среди используемых материалов пользуются поли- и монокристаллический кремний, CdTe, GaAs, аморфный кремний и другие.

В зависимости от выбранного материала используется определенная технология, отличающаяся стадиями производства и комплексом оборудования. Чаще всего как сырье применяется поли- и монокристаллический кремний. КПД пластин из данного материала колеблется в диапазоне от 12 до 19%. Данные пластины довольно хрупкие, им необходима дополнительная защита, но они намного дешевле, чем пластины из других материалов.

Тонкопленочная технология базируется на применении таких материалов: GaAs, аморфный кремний и CdTe. КПД этих пластин тоже не выше 20%, хотя в будущем есть планы повышения его до 22%. В зависимости от подложки, которая используется, эти батареи могут гнуться, герметичны, устойчивы к механическим воздействиям. Но и их стоимость превышает стоимость кремниевых систем.

Сегодня производство солнечных батарей в масштабе промышленности наиболее рентабельно осуществлять по кремниевой технологии, эта технология производства – самая изученная и дающая самый большой выход. Цепочка производства на основе мультикристаллического кремния включает в себя такие стадии:

• Подготовка пластины из кремния, очистка и промывка ее после резки;
• Структурирование всей поверхности пластины, создание топологии на поверхности, ее травление;
• Нанесение фосфора, легирование;
• Вжигание, диффузия фосфора;
• Создание P-n-перехода, изолирование, удаление лишних слоев;
• Нанесение антиотражающего слоя;
• Металлизация;
• Сушка;
• Создание контактов на лицевой стороне пластины;
• Выравнивание пластины;
• Проверка и тестирование.

Применение солнечных батарей

С недавнего времени солнечные батареи пользуются популярностью во всем мире. Применение солнечных батарей в микроэлектронике: (как зарядное устройство) для обеспечения электричеством аккумуляторов разной бытовой электроники — плееров, калькуляторов, фонариков и других, для подзарядки электромобилей.

Например в автомобиле Skoda Superb в одной из комплектаций можно установить солнечную батарею на крышу автомобиля — и тогда в жаркие дни, салон автомобиля будет проветриваться встроенным вентилятором, работающим от этой батареии, пока автомобиль находится на стоянке.

Применение солнечных батарей для энергообеспечения зданий – большие батареи работают как солнечные коллекторы, особенно популярны в субтропических и тропических регионах с большим числом солнечных дней.

Пользуются большим спросом в Средиземноморских странах, там их размещают на крышах домов. Очень много применяют солнечные батареи на крышах домов в Турции.

Новые здания Испании оборудованы солнечными водонагревателями. Применение солнечных батарей в космосе: является один из главных способов получения электроэнергии на космических аппаратах, они длительное время работают без расхода материалов, и при этом экологически безопасные.

Солнечные батареи в России

В России солнечные батареи уже не новинка, существуют заводы по их производству в Москве, Краснодаре, Зеленограде, Новочебоксарске и Брянске. Их используют как в электронике, так и в быту и других сфера жизнедеятельности. Но они всё ещё слабодоступны из-за высокой стоимости: базовый элемент солнечной батареи – это дорогой монокристаллический кремний, и поэтому цена киловатт-часа этой электроэнергии больше, чем полученной из каких-либо других источников.

Производство солнечных батарей — видео

В этом видео показан технологический процесс производства и сборки солнечных батарей

Источник: https://promplace.ru/articles/proizvodstvo-i-primenenie-solnechnih-batarej-52

Примеры применения солнечных батарей сегодня

На сегодняшний день применение солнечных батарей не имеет границ. С каждым днем все чаще они успешно применяются в самых разнообразных областях промышленности, в сельском хозяйстве, военно-космической отрасли и даже в повседневной жизни людей. Для того чтобы понять насколько обширно на сегодняшний день использование солнечных батарей в России, необходимо совершить интересное путешествие по нашему огромному миру.

На сегодняшний день весьма распространено уличное освещение на солнечных батареях. Такие светильники все чаще появляются на страницах по ландшафтному дизайну. Довольно часто они встречаются в садах знаменитостей и на дачных участках простых людей.

Изначально использование солнечных батарей планировалось исключительно в военных целях в космической промышленности. Еще совсем недавно такие панели относились к фантастике и использовались исключительно в космонавтике, а обычные люди могли наблюдать такие устройства только в фильмах о будущем. Однако прошло время, и сегодня такие технологии уже не являются роскошью. В наши дни освещение на солнечных батареях – это не только красиво, доступно и экологически безопасно, но и крайне выгодно.

Сегодня по всему миру стартуют проекты по освещению улиц при помощи солнечной электроэнергии. В России производство солнечных батарей постоянно увеличивает и набирает обороты, создаются даже электростанции на солнечных батареях. Перспективы этой отрасли весьма и весьма велики и дальновидны.

2. Электричество от солнечных батарей там, где нет линий электропередач

К сожалению, современные линии электропередач, которые опутали большую часть всей планеты, даже на сегодняшний день еще не добрались до некоторых труднодоступных уголков. Некоторые места нашей необъятной страны подключить к электростанции крайне дорого и не выгодно. Именно в таких случаях электричество от солнечных батарей является настоящим спасением. В таких местах установка солнечной батареи является наиболее целесообразным и выгодным решением.

Еще одна отрасль, в которой весьма успешно используются солнечные батареи – это автомобилестроение. Создаются новые гибридные автомобили на солнечных батареях. К примеру, Toyota Prius оснащена гибридным мотором, а на крыше автомобиля установлена солнечная батарея.

В случае если топливо заканчивается, автомобиль способен проехать еще 5 км от этой батареи. Показатель, конечно, не особо высок, но эти технологии еще совсем новые и постоянно развиваются. Создаются автомобили, которые способны работать на таких батареях гораздо дольше.

При этом они являются экологически безопасными и беспрецедентно экономичными.

Помимо этого только при помощи солнечной энергии и солнечных батарей разрешаются вопросы об энергообеспечении в некоторых отрезанных от цивилизации домах. Как правило, установка солнечных батарей существенно выгоднее, нежели использование генераторов на жидком либо твердом топливе.

В подавляющем большинстве случае солнечные батареи устанавливают на крышах домов и соединяют с системой аккумулирования энергии.

Таким образом, в солнечные дни энергия от солнечных батарей заряжает аккумуляторы и питает бытовые приборы, а в ночное время и в облачные дни питание осуществляется от аккумуляторов.

Помимо этого в Испании широкое применение получили обогреватели на солнечных батареях. Из экономических соображений множество домов в Испании были оборудованы солнечными батареями, которые использовались для нагрева воды, благодаря чему в момент отключения электричества люди все равно будут снабжены горячей водой и отоплением помещений.

3. Эксплуатация солнечных батарей в быту

В первую очередь стоит отметить, что дом, который оснащен солнечными батареями, не подвергается перепадам напряжения в электросети. Самое интересное, что данными панелями можно оснастить абсолютно любой дом, к примеру, дачу, либо домик в лесу или деревне. Такие установки вполне способны питать освещение дома или некоторые бытовые приборы, такие как телевизор или холодильник.

Что можно сделать из солнечной батареи? Ответ на этот вопрос очень прост. На сегодняшний день мировые производители электроники и бытовых приборов уже начинают внедрять солнечные панели в свою продукцию.

К примеру, каждый в своей жизни сталкивался с обычным калькулятором, работающим от солнечной энергии. Помимо этого, в современном мире существует масса полезных приборов, которые оснащены небольшой солнечной панелью.

Это различные зарядные устройства для мобильных телефонов и аккумуляторов, фонарики, светильники, мобильные телефоны и так далее. Потенциал огромен и не имеет границ.

Применение солнечных батарей в быту и в промышленности имеет массу преимуществ, но главное – это экологичность.

4. Солнечные батареи и их применение в промышленности

На сегодняшний день наибольший опыт использования солнечных батарей имеют такие страны как: США, Испания, Германия, Объединенные Арабские Эмираты, Украина и другие страны Европы. Распространение альтернативных источников энергии в этих странах объясняется нехваткой основных теплоносителей (нефть или газ).

В России развитие солнечной энергетики только развивается и набирает обороты. Создаются электростанции, которые питают как промышленные комплексы, так и жилые дома.

Среди множества преимуществ солнечной электроэнергии первым делом стоит отметить тот факт, что такое оборудование во время всего срока использования генерирует существенно больше энергии, нежели было затрачено на его изготовление. К примеру, самые распространенные кремниевые солнечные батареи, которые работают в Испании, возвращают потраченную энергию на их изготовление уже в первые 2 года. При этом срок их службы составляет не менее 20 лет.

Еще одно преимущество солнечных панелей заключается в том, что для массовой генерации электроэнергии не нужно занимать много полезного и, как правило, дорогостоящего пространства. Солнечные батареи можно устанавливать на крыши домов и фасады зданий.

С технической стороны главное преимущество таких систем заключается в полном отсутствии расходных материалов, а также в отсутствии необходимости применять любые виды топлива. Помимо этого в таких системах нет движущихся элементов, которые вырабатывают много шума и быстро изнашиваются. Они не нуждаются в постоянном техническом обслуживании и ремонте.

Таким образом, электроснабжение от солнечных батарей является выгодным с любой точки зрения.

5. Солнечные батареи. Экономия электроэнергии:

Источник: http://www.techno-guide.ru/energetika/solnechnye-batarei/primery-primeneniya-solnechnykh-batarej-segodnya.html

«Важнейшее изобретение человечества»: как устроены солнечные батареи

Солнечные батареи не только обеспечивают доступ к практически неиссякаемому источнику энергии, но и снижают выбросы СО2 в атмосферу, избавляя от необходимости сжигать ископаемое топливо. Popular Mechanics рассказывает, как появились солнечные батареи, как они работаю и какое будущее их ждет.

Первый шаг в долгой истории солнечной энергетики был сделан в 1839 году, когда французский физик Михаил Эдмон Беккерель открыл фотоэлектрический эффект. Более ста лет спустя химик Кельвин Фуллер, физик Джеральд Пирсон и инженер Дэрил Чапин, работавшие в компании Bell Laboratories, построили первый кремниевый фотоэлемент.

Никто из изобретателей не думал об отказе от нефти или защите окружающей среды: Чапин пытался создать источники питания для телефонов, установленных в отдаленной местности, а Пирсон и Фуллер исследовали свойства полупроводников.

Как работают солнечные батареи?

Чтобы понять принцип работы фотоэлементов, необходимо обратиться к строению атома кремния. На его внешней электронной оболочке есть вакантные места для электронов, которые атом пытается заполнить, образуя с другими атомами кристаллическую решетку. Чистый кристаллический кремний не может проводить ток, поэтому в солнечных панелях его смешивают с фосфором, на внешней электронной оболочке которого есть избыточный электрон. Полученный материал известен как кремний n-типа.

Кремний n-типа располагается на внешней поверхности солнечной панели, в внутри его сменяет кремний p-типа. В его состав добавлены такие элементы, как галлий или бор, у которых на внешней электронной оболочке не хватает электрона. Когда фотоны солнечного света возбуждают избыточные электроны в n-кремнии, те стремятся заполнить вакантные места в p-кремнии. Движение заряженных частиц генерирует электричество.

Солнечные батареи сегодня

На протяжении большей части XX века фотоэлементы планировалось использовать для энергообеспечения космических аппаратов, поэтому их старались сделать как можно более легкими. В наши дни солнечные батареи массово используются на Земле, поэтому они должны быть прочными и долговечными. Для этого слой кремния накрывают прозрачным стеклом, пропускающим ультрафиолет.

Другой важнейшей характеристикой солнечных батарей стала их эффективность — то есть количество солнечного света, упавшего на квадратный метр фотопанели и преобразованного в электричество.

Около десяти лет назад КПД фотоэлементов колебался около 13%, однако к 2019 году он возрос до примерно 20%.

Как увеличить предел эффективности кремниевых панелей?

Физическая природа кремния ограничивает теоретически возможную эффективность солнечных панелей значением в 29%. Но есть способы преодолеть это ограничение. Например, недавно исследователи из MIT доказали, что максимальный КПД кремниевых фотоэлементов можно повысить до 35%, дополнив конструкцию тонкими слоями тетрамицена и оксинитрида гафния. Они позволяют одному фотону выбивать сразу два электрона.

Другая возможность — использование новых материалов, например, перовскитов. Всего за несколько лет эффективность перовскитных солнечных элементов выросла с 10% до 20%. К сожалению, вне лаборатории результаты пока не такие впечатляющие, поскольку перовскит быстро теряет свои свойства под воздействием воды и других внешних факторов.

Как интегрировать энергию Солнца в энергосистему?

Главный недостаток Солнца в качестве источника энергии — его непостоянство. Ночью и в пасмурную погоду фотоэлементы становятся бесполезными. Естественный выход — объединение солнечных панелей с батареями для хранения энергии. Кроме того, использование солнечной энергии можно оптимизировать с помощью систем умного дома. Они могут, например, воспользоваться жарким днем, чтобы включить кондиционеры и охладить дом к приходу хозяина. 

Солнечная энергия быстро вытесняет традиционные источники из энергосистем целых стран. Например, в Германии в минувшем июне Солнце стало главным источником электричества.

Источник: https://hightech.plus/2019/07/08/vazhneishee-izobretenie-chelovechestva-kak-ustroeni-solnechnie-batarei

Солнечные батареи для яхты

Стоимость электрической энергии на катере или яхте очень высока. Особенно, если во время стоянки владелец заряжает аккумуляторы двигателем, на котором не установлен ни внешний регулятор напряжения ни DC-DС зарядное устройство. В этом случае любое оборудование, вырабатывающее электричество дешевле, чем ДВС становится экономически выгодным и быстро окупается.

Типы солнечных панелей

Солнечные батареи преобразуют в электричество бесплатный свет солнца, а с учетом того, что цена полупроводников, из которых они сделаны, с каждым годом снижается на яхте или катере панели окупаются в течении нескольких месяцев — года. Их экономически выгодно устанавливать на лодку как можно больше. Однако результат разочарует, если не правильно подобрать мощность батарей или смонтировать их не в тех местах.На катерах и яхтах используется три типа солнечных панелей:

В монокристаллических панелях каждая ячейка вырезана из одного кристалла кремния. Хотя некоторые полугибкие модели также используют монокристаллические ячейки, как правило панели этого типа жесткие и не переносят изгибов. Коэффициент преобразования света в электрическую энергию у них достигает 22%, но чаще всего составляет 16 — 18%.

У большинства монокристаллических панелей сплошная жесткая задняя стенка. Недавно появились двухсторонние модели, позволяющие собирать свет обоими сторонами. Это удобно, когда под панелью расположена отражающая поверхность, например, белая верхняя часть кабины.

Эффективность ячеек, %	22,2-22,4
Мощность в рабочей точке (Pmpp), Wp	310
Напряжение холостого хода (Uoc), B	23,1
Напряжение в рабочей точке (Umpp), B	18,8
Ток в рабочей точке (Impp), А	16,46
Ток короткого замыкания, (Isc), A	17.54
Тип	Монокристаллические. Гибкие. Материал поверхности ETFE или PET
Количество ячеек, вес, габаритные размеры	Панели изготавливаются под заказ исходя из требований заказчика и размеров предполагаемого места установки

Сделанные под ваши требования на заказ высокоэффективные морские солнечные модули зарядят аккумуляторные батареи,и вам не придется заводить для этого двигатель. Гладкие, легкие и гибкие морские солнечные панели предназначены для бесшумной генерации энергии даже в условиях низкой освещенности. Они устойчивы к соленой воде, неблагоприятным погодным условиям и даже к пожару

Получить расчет солнечных панелей для катера или яхты

В поликристаллических солнечных батареях каждая ячейка состоит из нескольких небольших кристаллов. Такие панели менее эффективны, чем монокристаллические, особенно при низких уровнях освещенности, но зато легче и дешевле.

Во время производства аморфных пластин, испаренный кремний осаждается на подложке. Аморфные панели самые дешевые и очень гибкие, однако их эффективность наименьшая.

Каждая кремниевая ячейка, независимо от размера, при попадании на нее прямого солнечного света создает напряжение около 0,6 вольт. Напряжение всей батареи можно приблизительно определить умножив 0,6 на количество ячеек. Например, напряжение солнечной панели, состоящей из 30 ячеек —  18,0 вольт.

Выходной ток ячейки зависит от ее типа, качества и площади занимаемой поверхности. Поэтому чтобы получить одинаковую выходную мощность с помощью аморфных и монокристаллических панелей, аморфными придется занять в два раза большую площадь. Кроме того, мощность аморфных батарей примерно на 10% меньше номинальной в течение одного – двух лет после производства. В дальнейшем она стабилизируется.

Характеристики солнечных батарей

В спецификации на солнечную батарею производитель указывает следующие характеристики:

• Voc — напряжение разомкнутой цепи. Это напряжение отсоединенной от аккумулятора солнечной батареи
• Isc — ток короткого замыкания. Максимальный ток, который выдает панель, если замкнуть между собой ее клеммы. Выходное напряжение батареи в этом случае равно нулю
• Imp — максимальный ток нагрузки
• Vmp — напряжение при максимальной мощности
• Pmax — максимальная мощность солнечной батареи. Это произведение двух предыдущих параметров. Иногда приводят только максимальную мощность и соответствующее напряжение на нагрузке. В этом случае ток нагрузки можно найти, разделив мощность на напряжение.

Ни одна из приведенных характеристик не описывает реальную производительность солнечной батареи – выходной ток при напряжении зарядки аккумулятора

Напряжение панели при максимальной мощности зависит от количества ячеек и их температуры. Оно всегда выше, чем рекомендуемое напряжение зарядки, но при подключении к аккумулятору снижается. Из-за этого даже при стандартных условиях тестирования выходная мощность при напряжении зарядки аккумулятора всегда меньше номинальной на 20-25%.

Солнечные батареи испытывают в стандартных условиях.

С точки зрения владельца катера или яхты наиболее важные из них — это предположение о том, что лучи солнца падают на батарею под углом 90 градусов, а ее температура составляет 25 ° C. Результаты испытаний изображают в виде вольтамперной характеристики. Иногда производители приводят данные для нескольких разных температур.

Максимальная мощность солнечной батареи соответствует изгибу вольтамперной характеристики при 25 ° C.

Два способа подключения солнечных панелей к электрической системе катера или яхты. Слева — распределительная коробка обеспечивает безопасное и надежное электрическое соединение и гарантированно выдерживает атмосферные воздействия. Устанавливается с тыльной стороны панели. Если предполагается поверхностный монтаж, распределительную коробку можно установлена на передней стороне панели.

Справа — два кабеля с силиконовой изоляцией и пластиковый кабельный ввод, расположены сзади панели. Электрическая полярность четко указана цветом изоляции. Альтернатива распределительной коробке.

Напряжение панели при максимальной мощности зависит от количества ячеек и их температуры. Оно всегда выше, чем рекомендуемое напряжение зарядки, но при подключении к аккумулятору снижается.

Из-за этого даже при стандартных условиях тестирования выходная мощность при напряжении зарядки аккумулятора всегда меньше номинальной на 20-25%.

Точно узнать насколько падает мощность, можно если измерить ток, отдаваемый солнечной батареей во время зарядки аккумулятора. Например, 50-ваттная панель с номинальным напряжением 17 вольт обеспечивает ток 2,94 ампера (Вт / вольт = ампер).

По вольтамперной характеристике при температуре 25-градусов находим, что при напряжении 13,0 вольт выходной ток солнечной батареи составляет 3,0 А (Напряжение 13 вольт подходит для зарядки разряженного аккумулятора и аккумулятора с подключенной нагрузкой).

Хотя выходной ток изменился незначительно по сравнению со значением при номинальном напряжении, выходная мощность снизилась до 13,0 вольт × 3,0 ампер = 39 Вт. Это на 22% меньше номинальной мощности.

Существуют и другие потери, которые необходимо учесть перед установкой солнечных батарей на яхту или катер. На суше панели монтируют на опорах, расположенных под углом к горизонту. В этом случае на поверхность попадает максимальное количество лучей солнца.

Но если таким образом установить панели на катере или яхте, после каждого поворота они будут терять солнце. Чтобы избежать этого панели на лодках почти всегда устанавливают в фиксированном месте горизонтально. Однако даже в тропиках солнечный полдень (время, когда солнце находится прямо над головой) продолжается всего несколько часов в день.

В остальное время лучи солнца падают на панель при меньших углах и количество передаваемой ими энергии заметно уменьшается.

Мощность солнечных панелей

Связь между температурой и мощностью для трех солнечных панелей. Кривые представляют максимальную выходную мощность при ярком солнечном свете, а не реалистичный выход в нормальных условиях эксплуатации. При температуре поверхности 50 ° C выход панели с 36 ячейками уменьшается на 15 вольт, а на 30-элементной панели на 11 вольт.

Это слишком мало для эффективной зарядки аккумулятора в жарком климате.

Реальная мощность панели снижается еще больше, если облако заслоняет солнце или на поверхность батареи падает тень от такелажа, парусов или мачты. Даже частичное затенение одной ячейки в цепи соединенных последовательно значительно уменьшает выходной ток.

Резкие тени влияют на выходную мощность сильнее, чем тени с нечеткими краями. Если на ячейках не установлены шунтирующие диоды, то резкая тень на одной ячейке уменьшит выходной ток всей панели пропорционально затененной площади (например, 50% затенения только одной ячейки снизят выход всей панели на 50%). Ячейка, оказавшаяся в тени, потребляет ток от соседних и перегревается.

Шунтирующие диоды уменьшают проблемы от затенения. Они изолируют попавшую в тень ячейку и останавливают развитие «горячих точек». Однако каждая изъятая из общей цепи ячейка уменьшает напряжение всей панели. Поскольку из-за нагрева выходное напряжение панели снижается, то может возникнуть ситуация, когда оно окажется ниже уровня пригодного для зарядки аккумулятора. В этом случае выгода от шунтирующих диодов исчезает.

Резких теней, падающих на поверхность солнечной батареи на яхте или катере необходимо избегать

Даже в солнечном климате, энергия, реально генерируемая панелью в течении дня, редко превышает уровень 4-5 часов работы при максимальной мощности. Часто это значение еще меньше. Расчеты лучше основывать на предположение, что дневная выработка электричества соответствует 3-4 часам работы батареи на номинальной мощности.

Источник: https://fisherninja.ru/knowlege-base/solnechnye-batarei-katera/