Weswen

Чистые технологии в каждый дом

Принцип действия

солнечные модулиПринцип работы любых солнечных батарей такой: в качестве основного материала фотоэлектрического элемента служит кремний с примесями некоторых элементов, которые образуют кристалл с p-n-переходом. Таким образом, создается два слоя с различной проводимостью. На границе данных слоев образуется потенциальный барьер, который препятствует перемещению носителей электрического тока по всему полупроводнику. При попадании солнечного излучения на фотоэлемент, за счет поглощения фотонов создаются пары отрицательного и положительного заряда, понижающие потенциальный барьер, что приводит к свободному перемещению носителей по полупроводнику, в котором за счет этого наводится электродвижущая сила, являющаяся источником электрического тока. При увеличении светового потока увеличивается и фото ЭДС, следовательно, увеличивается и электрический ток.
Эффективность фотоэлементов из кремния по сравнению с другими материалами относительно высокая. КПД кремниевых пластин колеблется от 10 до 20%. От эффективности фотоэлементов зависит площадь солнечных батарей, рассчитанные на определенную нагрузку. Чем выше коэффициент полезного действия, тем меньше площадь, необходимая для генерирования электрического тока определенной мощности. Развитие полупроводниковой промышленности позволяет выпускать фотоэлектрические элементы на основе кремния с эффективностью до 40%.
В солнечной системе электроснабжения кроме солнечных батарей можно выделить такие основные устройства: аккумулятор, регулятор зарядки-разрядки и инвертор. Благодаря аккумулятору при отсутствии солнечного излучения потребитель может пользоваться электричеством. Регулятор зарядки-разрядки предохраняет аккумулятор от излишней зарядки и разрядки. То есть при достижении напряжения на аккумуляторе уровня напряжения отключения регулятор автоматически отключает нагрузку, а при максимальном уровне напряжения регулятор ограничивает ток зарядки. Инвертор служит для преобразования постоянного тока в переменный, который необходим для питания основной бытовой техники и освещения.

Для определения количества солнечных панелей, входящих в солнечную батарею, которых будет достаточно для обеспечения электричеством требуемой мощности, нужно провести расчет солнечной системы электроснабжения. Данный расчет начинается с определения суммарной мощности всех подключенных устройств, после чего определяется мощность инвертора и значение зарядной емкости аккумуляторов. Мощность и количество фотоэлементов определяется на основании, действующей в определенном регионе, значения солнечной радиации. Определив количество пиковых часов в сутки, когда уровень солнечной радиации не ниже 1000 Вт/м2, определяют вырабатываемую мощность одним фотоэлементом за данный период. Таким образом, зная необходимую суммарную мощность солнечной станции и мощность одного фотоэлемента, определяют количество солнечных панелей, входящих в батарею. Выше описан упрощенный принцип расчета солнечных батарей, в действительности необходимо учесть множество нюансов и влияющих факторов при расчете солнечной системы электроснабжения.

Солнечные батареи давно успешно применяются в развитых странах мира:
Одним из лидеров практического использования энергии Солнца стала Швейцария. Программа, получившая наименование «Солар-91» и осуществляемая под лозунгом «За энергонезависимую Швейцарию!», вносит заметный вклад в решение экологических проблем и энергетическую независимость страны импортирующей сегодня более 70 процентов энергии. Здесь построено примерно 2600 гелиоустановок на кремниевых фотопреобразователях мощностью от 1 до 1000 кВт и солнечных коллекторных устройств для получения тепловой энергии.
В планах Швеции на 2020 год — полностью отказаться от УГВ топлива.
В Германии на протяжении нескольких лет функционирует государственная программа «100000 солнечных крыш».
В США запущен аналогичный проект — «Миллион солнечных крыш».