Устройство солнечной батареи. Теория
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
Солнечные элементы 52х26мм 0.25W | solbatcompany.ru
ВНИМАНИЕ!!!
Минимальное количество отправляемых солнечных элементов 10 штук одного размера
=======================================================
Солнечные элементы 52х26мм 0.25W для сборки солнечной батареи — солнечные фотоэлементы из поликристаллического кремния для сборки своими руками солнечной батареи, ток до 0.48 ампера, напряжение 1 элемента 0.5 вольт, размер элемента 52х26 миллиметров, эффективность 17.
4%.
=======================================================
Характеристики солнечного элемента 52х26мм 0.25W из поликристаллического кремния:
Размер одного солнечного элемента составляет 52 х 26 мм
Средняя мощность (Ватт): 0.25 Wp
Средний ток (А): 0.48 Imax
Среднее напряжение (В): 0.5 Vmax
Эффективность преобразования солнечного фотоэлемента, КПД: 17.4%
Один фотоэлемент имеет среднюю мощность 0.25W рабочее напряжение – 0.54В при нагрузке до 0.48А.
=======================================================
Описание солнечного элемента 52х26мм 0.25W из поликристаллического кремния
Солнечные элементы из поликристаллического кремния 52х26мм 0.25 W предназначены для сборки солнечных батарей своими руками в домашних условиях.
Солнечные батареи собранные из поликристаллического кремния сохраняют работоспособность даже в пасмурную погоду, правда, с некоторым уменьшением мощности.
Немного теории
Что такое солнечный элемент?
Солнечный фотоэлемент это одна единица, одна ячейка, одна клетка, который способен самостоятельно выдать хоть и маленькое – порядка 0.5 вольт, но всё таки напряжение не зависимо от своих размеров. А вот выходной ток или мощность одного солнечного элемента очень сильно зависит от его размеров.
Что такое солнечная батарея?
Солнечная батарея это некоторое количество солнечных элементов соединенных последовательно при помощи специальной шинки (плоская полоска медной фольги).
От количества этих солнечных элементов соединенных последовательно и зависит напряжение на выходе солнечной батареи.
Количество солнечных ячеек соединенных последовательно в одной солнечной батарее может быть абсолютно любым.
Для увеличения выходного тока или мощности одной солнечной батареи эти цепочки солнечных клеток, соединенных последовательно, соединяют параллельно.
И так — выходной ток или мощность одной солнечной батареи зависит и от размеров самих
А сами солнечные батареи, в свою очередь, можно собрать в солнечные модули.
Из солнечных элементов 52х26мм 0.25W поликристаллического кремния можно в домашних условиях собрать портативную солнечную батарею, практически, неограниченной мощности.
Изготовление солнечной батареи в домашних условиях по силам практически любому радиолюбителю, «кулибину», или человеку который любит мастерить всё своими руками.
И по финансовым затратам солнечная батарея собранная своими руками на порядок дешевле промышленной солнечной батареи.
К тому же при проектировании, расчёте и сборке солнечной батареи можно учесть все технические нюансы и личные потребности, в любом конкретном случае.
Для самостоятельной сборки солнечной батареи мы так же предлагаем аксессуары для изготовления солнечных батарей:
луженая медная шина для пайки 1.
8 мм
флюс-карандаш для пайки
=======================================================
Применение солнечного элемента 52х26мм 0.25W
Из 3 солнечных элементов 52х26мм 0.25W, при последовательном соединении, Вы сможете собрать мини солнечную батарею, напряжением 1.5 вольта при нагрузке до 0.48A (0.72W).
Это позволит Вам заряжать любые аккумуляторы напряжением 1.2В (типа AA и AAA) – средним током 0.48 ампера.
Из 12 фотоэлементов 52х26мм можно собрать солнечную батарею 2.4W (5V — 0.48A) – которая подходит для освещения, электропитания и зарядки различных устройств с рабочим напряжение 5В — любое портативное устройство, которое питается или заряжает свои аккумуляторы через USB-порт.
Питание и зарядка любого мобильного устройства, сотовые телефоны и КПК, фото и видео камеры, MP3 и MP4 плееры, GPS-навигаторы, игровые консоли типа SONY PSP, совместим с большинством сотовых телефонов, а также iPhone, Ipad и другими продуктами Apple, зарядка всех типов аккумуляторов AA, AAA, Li-Ion, Li-Pol с помощью зарядного устройства (приобретается отдельно).
Из 36 солнечных фотоэлементов можно собрать солнечную батарею 8.6 W (18V — 0.48A), что позволяет подключать любое устройство, которое питается или заряжает свои аккумуляторы от автомобильного прикуривателя 12 вольт. А так же позволит Вам заряжать любые аккумуляторы напряжением 12 вольт, средним током до 0.48 ампера.
============================================================
У нас вы всегда можете купить или заказать
- Фотоэлементы, солнечные элементы любых размеров и мощности
- Солнечные батареи, солнечные панели водонепроницаемые, ударопрочные
- Широкий ассортимент аксессуаров для самостоятельной сборки солнечных батарей
- Измерительные, диагностические цифровые приборы
- Мобильные зарядные устройства от батареек или аккумуляторов
- Мобильные источники питания на солнечных батареях
- Аккумуляторы Ni-MH, LI-PO и LI-ION
- Преобразователи напряжения – 12/24В- 220 вольт – инверторы
- Повышающие, понижающие, стабилизированные, преобразователи напряжения
- Светодиоды, светодиодное освещение, светодиодное оборудование
- Электронные гаджеты на солнечных батареях
- Светодиодное освещение для автомобиля
У нас выгодно покупать, потому что:
Индивидуальный подход к каждому клиенту
Предусмотрена гибкая система скидок
Техническая поддержка наших клиентов
Бесплатные консультации по телефону
Будем рады ответить на Ваши вопросы, в любой день, кроме субботы, с 9 до 21 часов
Как работает солнечная батарея
- Вы здесь:
- СКУД
- Образовательные ресурсы
- Средняя школа
- Химические вопросы
- Проблемы
- Архив 2013-2014 гг.
ChemMatters
- Меню
- Статьи
- Проблемы
- Ресурсы для учителей
- О
- Подписаться
- Цифровой доступ
источник. Чтобы воспользоваться преимуществами солнечной энергии, разнообразие технологий
используется для преобразования солнечной энергии в тепло и электричество.
использование солнечной энергии включает энергосбережение ‘потому что это
это способ использования источника энергии, который исходит от природы и
использует его более разумно и эффективно. Этот путь включает Солнечную
Ячейка, которая описывается следующим образом:
Когда 9солнечные элементы 0004 поглощают солнечный свет,
свободные электроны и дырки создаются при положительных/отрицательных
соединения. Если положительные и отрицательные соединения солнечных
ячейка подключена к электрооборудованию постоянного тока, ток
поставляются для эксплуатации электрооборудования.
Он подходит для любых приложений
что высокая эффективность не требуется и важна низкая стоимость.
Типичная эффективность фотоэлектрического модуля из аморфного кремния составляет
около 6%.
д. Обычно солнечный элемент
выполнен в виде кремниевого p-n перехода большой площади.
В зависимости от требований к току или напряжению,
Солнечные батареи подключаются различными способами:
Эти компоненты специально разработаны для интеграции в солнечные панели .
Фотоэлектрическая система , то есть возобновляемых источников энергии продуктов
или энергосберегающие продукты и один или несколько компонентов
могут быть включены в зависимости от типа приложения.
Компоненты солнечная фотоэлектрическая система ар
Это требуется для больших размеров и критических солнечных
Фотоэлектрические системы, включающие в себя эффективное заземление.
д. Он прост в установке и транспортировке.
Благодаря модульной характеристике он может быть построен любого размера.
как требуется. Кроме того, он требует минимального обслуживания и имеет
длительный срок службы (более 30 лет) и стабильная эффективность.
д.