Слънчева батерия - устройство за слънчева батерия, двигател на прогреса
Слънчева батерия - или как работи?
Слънчева клетка е почти магическа дума, използвана във всяка научна фантастика. Истинският слънчев панел обаче далеч не е обикновен панел. В науката изобщо няма концепция за „слънчеви батерии“, както и за „слънчева батерия“ - но има концепции за клетки, панели и много други, за които ще ви разкажем в тази статия.
В съвременния свят всички вече са разбрали, че цивилизацията няма да живее дълго с нефт и газ. Ето защо е необходимо да се премине към други източници, а именно слънцето, геотермалната енергия, вятъра и водата. Вече писахме за вятърни турбини, сега е време да напишем заслънчева батерия.
Фотоволтаичният ефект е наблюдаван за първи път през 1839 г. от френския физик Антоан Анри Бекерел, но първият прототип на слънчева батерия е направен през 1883 г. от американския изобретател Чарлз Фритс. Устройството на първата слънчева батерия беше полупроводник, покрит с ултратънък слой злато. Ефективността на батерията беше около 1%.
През 1888 г. Александър Столетов създава първата в света фотоволтаична клетка. А през 1905 г. Алберт Айнщайн в своята работа обяснява феномена на фотоелектричния ефект, за който през 1921 г. получава Нобелова награда по физика. През 1946 г.съвременна слънчева клетка е патентована отРъсел Ол.
Модерни високоефективни кристални силициеви слънчеви клетки са разработени вBell Laboratories отDaryl Chapin,Calvin Souther Fuller иGerald Pearson през 1954 г. Оттогава започна слънчевата батерияпобеден марш по света.
Устройство със слънчева батерия
Съвременнитеслънчеви батерии се произвеждат основно на основата на силиций. Има две технологии за производство - монокристална и поликристална. Последният е по-модерен и се използва за получаване на по-евтини слънчеви панели. Има и слънчеви клетки на базата на кадмиев телурид, медни индиеви и галиеви селениди, както и аморфен силиций.
Слънчеви клетки (наричани още фотоволтаични клетки) са електрически устройства в твърдо състояние, предназначени да преобразуват слънчевата енергия в електрическа чрез фотоволтаичния ефект. Всяка слънчева батерия се състои от слънчеви клетки.
Сглобките от слънчеви клетки се използват за създаване на модули за генериране на електричество от слънчева енергия. Такива модули се монтират заедно, за да се получи група от слънчеви модули, които от своя страна се монтират на специални въртящи се устройства или стелажи, които ориентират групата от слънчеви модули към слънцето, което включва и друг електронен комплект. Такива модули се наричат слънчеви панели.
Трябва да се отбележи, че на български език всички монтажни части заедно и поотделно се наричат слънчеви панели. Това не е вярно, тъй като думата "батерия" предполага натрупване и / или освобождаване на енергия. Всъщност в слънчевия панел има и батерии - това могат да бъдат батерии, които акумулират заряда, идващ от слънчеви модули. Но слънчевият блок е по-скоро генератор.
Трябва също да се каже, че на английски език се споменава както слънчев модул, така и слънчев панел. Разликата е, че соларният модул не може да се разглобява на слънчеви клетки, представлявасамостоятелно, запоено и водоустойчиво устройство. Докато слънчевият панел може да бъде разглобен на слънчеви модули.
В тази серия от статии ще използваме по-познатата фраза -слънчева батерия, отнасяща се до неразделим слънчев модул, сглобен от слънчеви клетки.
Като цяло има много видове фотоволтаични клетки. По желание се използват за създаване на слънчеви панели. Те могат да служат за откриване на светлина във всякакви други системи, откривайки например инфрачервено лъчение. Фотоволтаичните клетки се използват и за измерване на интензитета на светлинния поток.
Има няколко обозначения за фотоелектричния ефект.
Фотоволтаичен ефект (на гръцки φῶς (phōs), което означава светлина и на английски „voltaic“ след Volta) е генерирането на електродвижеща сила от електромагнитно поле.
Фотоволтаичен ефект - възникването на електрически ток при осветяване на полупроводник или диелектрик или възникването на електродвижеща сила върху осветен образец с отворена верига.
В същото време фотоелектричният ефект е излъчването на електрони или всяко електромагнитно излъчване във вещества, независимо дали са твърди или течни.
За улеснение ще използваме термина фотоволтаични клетки.
Приложения за слънчеви панели
Фотоволтаичните модули обикновено са затворени в един вид корпус. Отгоре те са покрити със стъкло, което позволява на слънчевата светлина да прониква до самите клетки, като същевременно ги предпазва от външни механични и химични въздействия. Отзад модулите са защитени с пластмасов капак със закопчалки. Слънчевите клетки обикновено се свързват в модули последователно, за да генерират достатъчно напрежение, в който случай те се свързват последователно.Паралелното свързване на клетки дава повече ток, но е проблематично поради условията на околната среда и електрическите ефекти, възникващи в панелите. Например, засенчването на отделни редове клетки (соларният модул има редова структура) може да доведе до обратни токове през засенчените клетки от осветените другари. Това може да доведе до сериозно намаляване на ефективността и дори клетъчна недостатъчност.
Редовете от клетки трябва да бъдат независими елементи, например четири реда от десет волта. За предотвратяване на сенчести ефекти се използват специални схеми за паралелизиране и защита на низове.
Соларните модули могат да се свързват последователно или паралелно в панел за постигане на необходимото съотношение на напрежение и ток. Експертите обаче препоръчват използването на специални независими системи за разпределение на натоварването - MPPT (тракери за максимална мощност). Разпределителните системи помагат за избягване на фиксирана верига чрез превключване на модулите в паралелни или последователни режими, за да компенсират сенчестите зони на слънчевия панел.
Енергията, събрана от соларния панел, се доставя на потребителите чрез инвертори на напрежение. В автономните системи енергията се съхранява в батерии и се използва при необходимост.
Как работят слънчевите панели
Слънчевата батерия работи по следния начин.
1. Фотоните удрят повърхността на слънчевата клетка и се абсорбират от нейния работен материал, като силиций. 2. Фотоните, сблъсквайки се с атоми на дадено вещество, избиват собствените му електрони от него. В резултат на това възниква потенциална разлика. Свободните електрони започват да се движат вътре в веществото, за да изгасят потенциалната разлика. Има електрически ток. Тъй като слънчевата клетка е полупроводник, електроните се движат само навътреЕдна Посока. 3. Соларната батерия преобразува получения ток в постоянен ток и го предава на консуматора или батерията.
Цената на слънчевите панели (слънчеви панели) непрекъснато намалява от година на година. Това се дължи на разработването на нови методи за производство на клетки, изследване на материалите и методите за тяхната обработка. От средата на 2010 г. цената на ват електроенергия, произведена от соларен панел, е спаднала до $1,2-1,5 за кристални модули.
Материали и технологии
„Интересно е да споменем тук, че силиконът на английски е силикон, а силиконът е силикон).“
Слънчевите клетки са направени от кристален силиций. Кристалният силиций в момента е най-популярният материал за слънчеви клетки. Нарича се още "силиций слънчев клас". Този тип силиций е разделен на различни видове, определени от производствените техники и размера на кристала.
Монокристален силиций
Най-често се произвежда по метода на Чохралски или тигелния метод. Показано е схематично на фигурата.
поликристален силиций
Поликристалният силиций е по-евтин и по-лесен за производство. За разлика от монокристалния силиций, който е единичен кристал с правилна решетка, полисилицият е комбинация от маса различни кристали, които образуват едно парче. От тук върху повърхността на слънчевите панели, направени от него, се появява специфичен отблясък, подобен на метални люспи.
Панделка силикон
Това е вид поликристален силиций. Изработен е чрез сливане на тънки слоеве силиций един върху друг. Образува поликристална структура. Не изисква последващо рязане, поради което е още по-евтино за производство. Той обаче е по-малко ефективен.