Что такое солнечная батарея и как она работает?

Собираетесь ли Вы установить солнечную энергетическую систему? Если да, то, возможно, вам захочется узнать больше о солнечной панели, или устройстве, приводящем в действие фотоэлектрические системы, как еще называют солнечные установки. В связи с этим мы подготовили данное исчерпывающее руководство по работе солнечных батарей и их различным типам. Итак, давайте погрузимся в тему, начав со значения понятия "солнечная батарея".

Что такое солнечная батарея?

Солнечная панель представляет собой поверхностное фотоэлектрическое устройство, которое может генерировать электрическое напряжение и ток с использованием солнечных лучей. Их часто можно увидеть на крышах домов, предприятий или на солнечных электростанциях, расположенных близко к земле.

Когда солнечные панели соединены в фотоэлектрическую систему, их принято называть солнечной батареей. последовательный или параллельный. Чаще всего массив используется для энергоснабжения дома или предприятия. Одиночные панели, напротив, обычно используются для питания одиночных и маломощных устройств.

Из чего состоят солнечные батареи?

Основными частями солнечной панели являются: верхняя часть из закаленного стекла, герметизирующий слой, слой солнечных элементов, каркас, задний лист, каркас и распределительная коробка. Вот более подробная информация о них.

• Стеклянная столешница: Эта деталь изготовлена из прочного стекла и антибликового слоя. Он обеспечивает защиту и одновременно уменьшает количество отражений.
• Инкапсуляция: защитный слой, обычно пластиковый, который экранирует элементы, вырабатывающие энергию.
• Солнечные элементы: здесь происходит выработка электроэнергии.
• Задний лист: защитный лист солнечной батареи обеспечивает как защиту, так и электрическая изоляция.
• Рама: Рама солнечной батареи, изготовленная из алюминия, чтобы придать ей легкость, должна обеспечивать прочность конструкции, необходимую для того, чтобы она держалась вместе.
• Распределительная коробка: содержит разъемы и кабели, с помощью которых панель соединяется с другими панелями и цепями.

Типы солнечных панелей

Производители солнечных панелей используют различные технологии для изготовления устройств. Это приводит к появлению различных типов панелей с разными характеристиками. Сегодня можно приобрести следующие типы солнечных панелей: монокристаллические, поликристаллические, тонкопленочные и PERC.

Монокристаллическая панель

Монокристаллическая солнечная батарея названа так за то, что в ней используется один кристалл, чистый кремний кристаллы в ячейках, вырабатывающих энергию. Поэтому солнечные панели этого типа характеризуются черным или темным цветом и восьмиугольными ячейками.

Монокристаллическая панель является самой простой из всех типов солнечных батарей. Она также достаточно эффективна и преобразует больше солнечного света в энергию, чем поликристаллическая, о которой речь пойдет ниже. Однако ее изготовление более сложно, а стоимость выше.

Поликристаллическая панель

Поликристаллические солнечные панели, как следует из их названия, имеют множество кремниевых кристаллов в одном элементе. Несмотря на то, что это упрощает их производство, такие фотоэлектрические панели менее эффективны, то есть преобразуют меньше солнечного света в электроэнергию, чем монокристаллические.

Кроме того, поликристаллические солнечные панели менее дороги, так как их проще производить. С точки зрения применения, они подходят для менее сложных ситуаций, когда доступная цена более привлекательна, чем высокая эффективность производства энергии. Опознать поликристаллические панели можно по характерному голубому цвету.

Тонкопленочная панель

Тонкопленочная солнечная панель изготавливается путем нанесения слоя (или нескольких слоев) фотоэлектрического материала на поверхность. Поверхность может быть стеклянной, пластиковой или металлической. С другой стороны, в качестве фоточувствительного слоя могут использоваться различные материалы, что приводит к появлению различных типов панелей, в том числе:

• Солнечная панель из аморфного кремния
• Солнечные панели на основе теллурида кадмия
• Селенид меди индия галлия

По сравнению с моно- и поликристаллическими, тонкопленочные панели являются менее эффективным вариантом. Как можно догадаться, она также является наиболее доступной по цене. Кроме того, они имеют небольшой вес и выпускаются в виде гибких панелей, которые можно использовать в уникальных приложениях.

Панель PERC

PERC означает Passivated Emitter and Rear Cell. Эти типы солнечных панелей имеют слой, расположенный под ними, или на обратной стороне, из-за чего они и получили название "задние элементы". Этот слой служит для отражения обратно того количества света, которое в противном случае прошло бы через обычную панель.

Благодаря добавлению заднего слоя солнечная панель PERC более эффективна. Обычно отражающий слой добавляется к монокристаллической панели, что повышает ее эффективность выработки энергии до еще более высокого уровня. Панели этого типа в основном используются в коммерческих системах генерации электроэнергии.

Как работают солнечные батареи?

Работа солнечных батарей, как правило, основана на принципе фотовозбуждение. При этом пакеты световой энергии (так называемые фотоны) возбуждают и выбивают электроны из атомов материала. В солнечной батарее это приводит к возникновению электрического тока. В большинстве современных панелей используется кремний, поэтому именно он хорошо иллюстрирует принцип работы солнечных батарей.

• Типичная солнечная батарея состоит из отдельных энергогенерирующих блоков (так называемых ячеек), соединенных между собой. Каждый элемент состоит из двух тонких кремниевых слоев.
• Один из слоев (который и образует верхнюю часть) представляет собой Тип P полупроводник, полученный путем легирования фосфором.
• Другая сторона легирована бором для создания дефицита электронов и называется Тип N полупроводник.
• Слой P имеет избыток электронов, что делает его отрицательно заряженным.
• Слой N содержит пустые места для электронов. Они называются дырками.
• При соединении эти два слоя образуют так называемый PN-переход.
• Этот переход создает электрическое поле, которое может пропускать электроны только в одном направлении.

Работа шаг за шагом

Давайте рассмотрим, как работает солнечная батарея, шаг за шагом. Это даст вам представление о том, что происходит с момента, когда солнце освещает панель, до момента включения электрической нагрузки.

• Когда солнечный свет попадает на поверхность солнечной батареи, он сбивает электроны с атомов кремния.
• Теперь выбитые электроны могут свободно перемещаться.
• Однако из-за электрического поля, существующего в PN-переходе, эти электроны не могут пройти через слои кремния.
• Когда к панели (нагрузке) подключается внешняя цепь, свободные электроны могут найти путь для своего потока.
• Затем электроны будут проходить через нагрузку по нескольким проводникам, расположенным у каждого элемента.
• При этом возникает так называемый электрический ток

Работающая солнечная батарея вырабатывает так называемый постоянный ток DC. Он может использоваться только некоторыми устройствами. Чтобы сделать его более пригодным для использования, ток изменяется на переменный или переменно-постоянный. Для этого необходимо использовать устройство, называемое солнечным инвертором.

Как работают солнечные батареи в ночное время?

Могут ли солнечные батареи работать ночью? Давайте посмотрим. Ночью солнце не светит. Поскольку работа панелей зависит от световой энергии, это означает, что три электрона не высвобождаются и электричество во внешней цепи не течет. В это время панель не может питать вашу нагрузку или заряжать накопительную систему.

Обратите внимание, что количество электроэнергии, вырабатываемой солнечными батареями, прямо пропорционально количеству света, падающего на их элементы. В сумерках это количество значительно снижается до раннего утра, когда выработка постепенно возрастает.

Применение солнечных батарей

Солнечные панели, способные вырабатывать ток из солнечного света, могут использоваться для питания практически любых устройств, потребляющих электроэнергию, при условии, что количество вырабатываемой панелью энергии соответствует мощности, потребляемой данным устройством. Обычно солнечные панели используются для следующих целей.

• В домах солнечные батареи используются для питания любых устройств - от светильников и кухонных приборов до систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и практически любых электроприборов.
• Предприятия также могут устанавливать солнечные батареи для питания различных нагрузок.
• Крупные солнечные электростанции используют большие панели для выработки электроэнергии и ее распределения потребителям.
• Солнечные батареи сегодня используются для обеспечения электропитания станций зарядки электромобилей
• Некоторые электронные устройства оснащены миниатюрными солнечными батареями для питания. К ним относятся калькуляторы, радиоприемники и т.д.
• Панели солнечных батарей обычно устанавливаются на космических аппаратах для выработки электроэнергии во время нахождения в космосе.

Заключение

Солнечная батарея, которую также называют фотоэлектрическим модулем, является распространенным устройством в современном мире. Она позволяет получать экологически чистую энергию, а также обеспечивает менее затратный способ производства электроэнергии. В связи с переходом на экологически чистые источники электроэнергии солнечные панели становятся все более популярными, причем их использование находит применение как в жилых домах, так и на предприятиях.