Aurinkoparistot lyhyt kuvaus. Aurinkopaneelit (akut) kotiin. Tekniset tiedot: mitä etsiä

Vaihtoehtoiset energialähteet ovat päivä päivältä yhä tärkeämpiä. Syynä tähän on ympäristöystävällisyys, uusiutuvuus ja alhaiset kustannukset. Aurinkoenergia on yksi kannattavimmista energianlähteistä. Muutaman seuraavan miljardin vuoden ajan se jatkaa planeettamme valaisemista antaen suuri määrä energiaa, toisin kuin kaasu ja öljy. Tänään olemme oppineet käyttämään tätä lähdettä aurinkopaneelijärjestelmän avulla, mutta harvat ymmärtävät aurinkopariston toimintaperiaate. Selvitetään se.

Ensin sinun on ymmärrettävä se kodin aurinkosähköjärjestelmä Nämä eivät ole vain niitä mustia tai sinertäviä paneeleja, jotka asennetaan talojen katoille. Nämä valovastaanottimet ovat vain yksi neljästä komponentista yhteinen järjestelmä, Johon sisältyy:

Aurinkoakun toimintaperiaate

Aurinkoparisto tai aurinkomoduuli- On avainelementti vaihtoehtoisessa aurinkoenergian syöttöjärjestelmässä. Se muuttaa auringonvalon käyttökelpoiseksi sähköksi. Akku perustuu yksikiteiseen tekopiiin, jonka molemmille puolille on levitetty kerros booria ja fosforia.

Sähkövirta muodostuu siellä, missä on potentiaaliero tai "+" ja "-". Lisäpinnoite palvelee tätä tarkoitusta. Niitä kutsutaan yleensä:

n-tyyppinen tai pinnoite ylimääräisillä elektroneilla (fosfori);
p-tyyppi tai pinnoite, jossa ei ole elektroneja, niin sanottuja "reikiä" (boori);

Kun auringonvalon fotonit osuivat pinnoitteeseen n-tyyppinen, vapaat elektronit alkavat liikkua vyöhykkeelle p-tyyppi sähköntuotantoa tai ns. pn-risteys. Sillä puolella, jolle auringonsäteet putoavat, on perustavanlaatuinen merkitys.

Aurinkoakun rakenne

auringonvalo;
ylempi johdin;
n-tyypin kerros (fosfori);
vyöhyke p-n risteys;
p-tyypin kerros (boori);
alempi johdin;

Aurinkoakun molemmat puolet on peitetty suojakerroksilla estämään mekaanisia vaurioita. Ylempi (aurinkoinen) puoli on lisäksi päällystetty heijastamattomalla valoa absorboivalla pinnoitteella, joka lisää valon absorptiotasoa.

Erilliset valoa vastaanottavat lohkot tai moduulit on yhdistetty paneeleiksi, mikä lisää kokonaisteho järjestelmät.

Nykyään paneelien hinta on yksi kalleimmista negatiiviset tekijät paneelien oston määrittämiseksi. Takaisinmaksuaika alueilla, joilla on pitkät päivänvalot, on 5-10 vuotta, mutta usein paljon pidempi. Kiinalaiset ovat onnistuneet merkittävästi alentamaan aurinkokennojen kustannuksia korvaamalla yksikiteisen piin monikiteillä, mutta tämä vaikutti akkujen jo ennestään alhaiseen hyötysuhteeseen. Keskimääräinen tehokkuus aurinkopaneelien toimintaa vaihtelee 13-17 %. Korkein saavutettu hyötysuhde oli 24 %.

Lopuksi elokuva aurinkopariston toimintaperiaatteesta asiantuntijoiden kommenteilla:

Nykyään kaikki tietävät vaihtoehtoisen energian käsitteen. Ei ole enää salaisuus, että öljyn, kaasun ja muun tyyppisten polttoaineiden varannot maapallolla eivät ole rajattomat, joten tutkijat ja insinöörit etsivät edelleen mahdollisuuksia tehokas sovellus uusiutuvia luonnonvaroja tuottamaan kipeästi kaivattua sähköä. Viime vuosina aurinkokennot ovat lakanneet olemasta eksoottisia, niitä on käytetty vain vuonna avaruusalus, niitä käytetään laajalti rakennusten, autojen, autonominen virtalähde pieni kodinkoneet ja elektroniikkaa. Koska aurinko on valtava energianlähde, joka on kaikkien saatavilla, on hyödyllistä tietää kuinka valo muunnetaan sähköksi tai miten se toimii aurinko akku.

Aurinkoakun toimintaperiaate

Tämä laite, jota kutsutaan myös aurinkopaneeliksi, koostuu sarjasta tietyllä tavalla kytkettyjä valosähköisiä muuntimia, jotka sisältävät kaksi kerrosta puolijohteita eri tyyppejä johtavuus – p ja n. Piitä, jossa on tiettyjä epäpuhtauksia, käytetään useimmiten aineena, jolla on tällaisia ominaisuuksia. Kun siihen lisätään fosforia, tuloksena olevaan rakenteeseen ilmaantuu ylimäärä elektroneja (negatiivisia varauksia) ja muodostuu n-tyyppinen puolijohde ja booria lisättäessä muodostuu p-tyyppinen puolijohde, jolle on ominaista elektronien puute tai reikien läsnäolo. Jos asetat nämä kerrokset kahden elektrodin väliin kuvan osoittamalla tavalla ja annat valon pääsyn ylimpään, saat valosähköisen muuntimen.

Kun elementti on valaistu, se absorboi osan tulevasta energiasta, mikä johtaa reikien ja elektronien lisäsyntymiseen. P-n-liitoksessa oleva sähkökenttä siirtää edellisen p-alueelle ja jälkimmäisen n-alueelle. Tässä tapauksessa positiiviset varaukset kerääntyvät alemmalle elektrodille, negatiiviset varaukset kertyvät yläelektrodille, eli syntyy potentiaaliero - vakiojännite U. Näin ollen valosähköinen muunnin toimii lähteenä sähkömotorinen voima(EMF) – pieni akku. Jos siihen kytketään kuorma, piiriin tulee virta I, jonka arvo riippuu valokennon tyypistä, koosta, auringon säteilyn voimakkuudesta ja kytkettyjen kuluttajien resistanssista. akku emf laskee lämpötilan noustessa noin 0,4 %/°C. Siksi paneelia on jäähdytettävä puhaltimilla tai vesijärjestelmillä tehokkaan ja pitkäaikaisen toiminnan varmistamiseksi.

Aurinkoenergialähteen tärkein parametri on teho P=UI. Luonnollisesti yhden valokennon toiminnan seurauksena saatu virta ja jännite ovat pieniä, joten akussa ne yhdistetään tietyllä tavalla näiden indikaattoreiden lisäämiseksi. Jos kytket muuntimet sarjaan, niin kokonaissumma ulostulojännite on verrannollinen niiden lukumäärään. Rinnakkaisliitäntä yksittäiset elementit johtavat virran kasvuun. Yhdistämällä molempia liitäntöjä tietyllä tavalla, kuten kuvassa näkyy, saadaan akun vaaditut lähtöparametrit ja siten sen teho.

Akkua sytytettäessä kaikki auringon säteilyenergia ei muutu sähköksi - osa siitä heijastuu ja kuluu myös elementtien lämmittämiseen. Useimpien kaupallisesti tuotettujen aurinkosähköpaneelien hyötysuhde on 9-24 %. On myös tärkeää tietää, miten aurinkopaneeli toimii olosuhteissa, joissa osa kennoista on pimentynyt. SISÄÄN tässä tapauksessa muuntimet, jotka eivät ole alttiina auringonvalolle, tulevat energiankuluttajiksi ja kuumenevat. Siksi valokennoryhmät on ohitettu pieniresistanssisilla diodeilla, mikä estää virran kulkemisen akun tummuneiden osien läpi. Paneeli toimii pienemmällä teholla.

Aurinkopaneelien avulla saadun energian muuntaminen

Aurinkosähkökennot tuottavat vakiojännitettä, mutta monen tyyppiset laitteet saavat virtansa vaihtojännitteestä, mikä edellyttää asianmukaisten muuntimien läsnäoloa. Lisäksi aurinkopaneelit tuottavat sähköä päivän aikana ja sen kulutus tapahtuu ympäri vuorokauden, joten se on välttämätöntä lisäkomponentteja, joka varastoi ja jakaa energiaa. Tarkastellaan esimerkkiä rakennuksen sähkönsyöttöjärjestelmän käytöstä auringon lähteet– pieni aurinkovoimala, jonka rakenne näkyy kuvassa.

Tämä järjestelmä voi toimia rakennuksissa, joissa on sähköverkko, ja aurinkoakkua käytetään energiankulutuksen säästämiseen, sekä varalähteenä, kun päävirta on kytketty pois päältä. Yleinen käytäntö Järjestelmän toiminta on seuraava: valosähköisten muuntimien tuottama tasajännite syötetään invertteriin, joka muuntaa sen vaihtojännitteeksi, ja akkuihin, jotka erikoisohjaimen ohjauksessa ladattaessa keräävät energiaa.

Tässä tapauksessa talon laitteet jaetaan tarpeettomiin - sellaisiin, joiden sähkökatkos voi johtaa ei-toivottuihin seurauksiin (jääkaappi, videovalvontajärjestelmät, hälytysjärjestelmät), ja tarpeettomiin - kaikkiin muihin. Kun verkko on katkaistu, invertteri syöttää redundanttisia laitteita aurinkoakusta, ja jos sen energia ei riitä, niin akuista. Kun verkko on kytketty, paneelien tuottama sähkö menee ensin niiden lataamiseen. Ja kun tämä ei ole enää tarpeen, invertteri muuntaa tasajännitteen vaihtojännitteeksi, josta kuorma saa virran. Tämä säästää kulutusta päälähteestä.

Aurinkoakkuja voidaan käyttää ilman lisälaitteita, joita pidetään kannettavien virtalähteenä tai lataajana elektroninen tekniikka, virtalähteenä DC jännite, esimerkiksi laskimet, soittimet, taskulamput, mobiililaitteet.

Sähkön lisäksi lämpöä voidaan saada suoraan valoenergiasta. Tähän käytetään aurinkokeräimiä. Ottaen huomioon, että valosähköisten muuntimien kustannusten alentamisessa ja niiden tehokkuuden lisäämisessä on nykyään suuntauksia, aurinkoenergia on yleisesti ottaen lupaava suunta, joka mahdollistaa hiljaisen ja ympäristöystävällisen puhtaalla tavalla vastaanottaa ilmainen sähkö, sekä lämpöä lämmitykseen ja käyttöveden syöttöön.

Joka sekunti valtava määrä aurinkoenergia tulee planeettamme pinnalle ja antaa elämän kaikelle elävälle. Tiedustelevan mielen arvoinen haaste on ratkaisu, joka saisi sen palvelemaan ihmisten tarpeita. Ja ne, jotka ovat keksineet aurinkoakun suunnittelun, joka pystyy muuttamaan auringonvalon sähköenergiaksi, yrittävät jo herättää tämän eloon.

Aurinkopariston toimintatapa on helpompi ymmärtää monokiteiseen piiin perustuvan mallin esimerkin avulla.

Kaksi piikerrosta, joilla on erilaiset fysikaaliset ominaisuudet, muodostavat ohuen kiekon. Sisäkerros on yksikiteistä puhdasta piitä p-tyypin johtavuudella, joka on päällystetty ulkopuolelta "kontaminoitua" piikerroksella. Tämä voi olla esimerkiksi fosforin seos. Sillä on n-tyypin johtavuus. Takapuoli Levyt on peitetty jatkuvalla metallikerroksella.

Valokennot on kiinnitetty runkoon siten, että ne voidaan vaihtaa, jos ne epäonnistuvat. Koko rakenne on peitetty karkaistu lasi tai muovia, joka suojaa sitä negatiivinen vaikutus ulkoiset tekijät.

Aurinkoakun toimintaperiaate

Varausten virtauksen seurauksena p- ja n-kerroksen rajalle muodostuu n-kerrokseen kompensoimattoman positiivisen varauksen vyöhyke ja p-kerrokseen negatiivisen varauksen vyöhyke, ts. p-n-risteys, joka tunnetaan kaikille koulun fysiikan kurssilta. Risteyksessä ilmaantuva potentiaaliero, kontaktipotentiaaliero (potentiaalieste), estää elektronien kulkua p-kerroksesta, mutta päästää vähemmistökantajat vapaasti kulkemaan vastakkaiseen suuntaan, mikä mahdollistaa valokuormituksen saamisen. emf, kun auringonvalo osuu aurinkokennoon.

Auringonvalon säteilyttäessä absorboituneet fotonit alkavat tuottaa epätasapainoisia elektroni-reikä-pareja. Lähellä siirtymää syntyvät elektronit siirtyvät p-kerroksesta n-alueelle.

Samalla tavalla ylimääräiset reiät n-kerroksesta tulevat p-kerrokseen (kuva a). Osoittautuu, että positiivinen varaus kerääntyy p-kerrokseen ja negatiivinen n-kerrokseen, mikä aiheuttaa jännitteen ulkoiseen piiriin (kuva b). Virtalähteellä on kaksi napaa: positiivinen - p-kerros ja negatiivinen - n-kerros.

Tämä on aurinkokennojen perustoimintaperiaate. Elektronit näyttävät siis kiertävän ympyröitä, ts. poistu p-kerroksesta ja palaa n-kerrokseen ohittamalla kuorma (akku).

Valosähköisen ulosvirtauksen yksiliitoselementissä tarjoavat vain ne elektronit, joiden energia on korkeampi kuin tietyn kaistavälin leveys. Ne, joilla on vähemmän energiaa, eivät osallistu tähän prosessiin. Tämä rajoitus voidaan poistaa monikerroksisilla rakenteilla, jotka koostuvat useammasta kuin yhdestä aurinkokennosta eri kaistavälillä. Niitä kutsutaan kaskadiksi, moniliitoksiksi tai tandemiksi. Niiden aurinkosähkömuunnos on korkeampi, koska tällaiset aurinkokennot toimivat laajemmalla aurinkospektrillä. Niissä valokennot sijaitsevat kaistavälin pienentyessä. auringonsäteet putoavat ensin valokennolle, jolla on levein vyöhyke, ja suurimman energian omaavat fotonit absorboituvat.

Sitten yläkerroksen lähettämät fotonit saavuttavat seuraavan elementin ja niin edelleen. Kaskadielementtien alalla tutkimuksen pääsuunta on galliumarsenidin käyttö yhtenä tai useana komponenttina. Tällaisten elementtien muunnostehokkuus on 35 %. Elementit on kytketty akkuun, koska on tarpeen tehdä erillinen elementti iso koko(ja siten teho) eivät ole teknisten ominaisuuksien sallimia.

Aurinkokennot voivat toimia pitkä aika. Ne ovat osoittautuneet vakaaksi ja luotettavaksi energialähteeksi, koska niitä on testattu avaruudessa, missä suurin vaara heille on meteoripölyä ja säteilyä, jotka johtavat piielementtien eroosioon. Mutta koska maapallolla näillä tekijöillä ei ole niin negatiivista vaikutusta niihin, voidaan olettaa, että elementtien käyttöikä on vielä pidempi.

Aurinkopaneelit ovat jo ihmisten palveluksessa ja toimivat sähkönlähteenä erilaisia laitteita, alkaen matkapuhelimet ja päättyen sähköajoneuvoihin.

Ja tämä on jo toinen ihmisen yritys valjastaa rajaton aurinkoenergia ja pakottaa se toimimaan omaksi hyödykseen. Ensimmäinen yritys oli luoda aurinkokeräimet, joissa sähköä tuotettiin lämmittämällä vesi kiehumispisteeseen keskittyneillä auringonsäteillä.

Aurinkopaneelien etuna on, että ne tuottavat suoraan sähköä, menettäen energiaa paljon vähemmän kuin aurinkokeräimet, joissa sen hankintaprosessi liittyy auringonsäteiden keskittymiseen, veden lämmittämiseen, höyryturbiinia pyörittävän höyryn vapauttamiseen. ja vasta sen jälkeen sähköntuotanto generaattorilla. Aurinkopaneelien pääparametrit ovat ennen kaikkea teho. Silloin on tärkeää, kuinka paljon heillä on energiaa.

Tämä parametri riippuu paristojen kapasiteetista ja niiden lukumäärästä. Kolmas parametri on huippuvirrankulutus, joka tarkoittaa samanaikaisesti mahdolliset liitännät laitteet. Yksi vielä tärkeitä parametreja on nimellisjännite, josta valinta riippuu lisälaitteet: invertteri, aurinkopaneeli, säädin, akku.

Aurinkopaneelien tyypit

Kaikki aurinkopaneelit näyttävät ensi silmäyksellä samanlaisilta - tummilla lasipäällysteisillä elementeillä, joissa on virtaa johtavat metallinauhat, jotka on sijoitettu alumiinirunkoon.

Mutta aurinkopaneelit luokitellaan niiden tuottaman sähkön tehon mukaan, joka riippuu paneelin suunnittelusta ja pinta-alasta (ne voivat olla miniatyyrilevyjä, joiden teho on jopa kymmenen wattia ja leveitä "levyjä", joiden teho on kaksisataa tai enemmän wattia).

Lisäksi ne eroavat toisistaan niiden muodostavien valokennojen tyypissä: valokemialliset, amorfiset, orgaaniset ja myös piipuolijohteiden pohjalta luodut, joiden valosähköinen muuntokerroin on useita kertoja suurempi. Tämän seurauksena teho on suurempi (varsinkin aurinkoisella säällä). Jälkimmäisen kilpailija voi olla galliumarsenidiin perustuva aurinkoakku. Toisin sanoen markkinoilla on viisi tyyppiä aurinkopaneeleja.

Ne eroavat niiden valmistukseen käytetyistä materiaaleista:

1. Monikiteisistä aurinkokennoista valmistetut paneelit, joiden väri on aurinkopaneelille tyypillinen sininen, kiderakenne ja tehokkuus 12-14 %.

Monikiteinen paneeli

2. Yksikiteisistä elementeistä valmistetut paneelit ovat kalliimpia, mutta myös tehokkaampia (tehokkuus - jopa 16 %).

3. Aurinkopaneelit alkaen amorfinen pii, joiden hyötysuhde on alhaisin - 6-8%, mutta ne tuottavat halvinta energiaa.

4. Kadmiumtelluridista valmistetut paneelit, jotka on luotu kalvotekniikoilla (tehokkuus - 11 %).

Kadmiumtelluridiin perustuva paneeli

5. Lopuksi aurinkopaneelit, jotka perustuvat CIGS-puolijohteisiin, jotka koostuvat seleenistä, indiumista, kuparista, galliumista. Niiden tuotantotekniikat ovat myös filmiä, mutta hyötysuhde on viisitoista prosenttia.

Lisäksi aurinkopaneelit voivat olla joustavia ja kannettavia.

Erittäin käteviä ovat joustavat paneelit, jotka voidaan rullata helposti rullalle, kuten tavallinen paperi. Vaikka niiden kustannukset ovat korkeammat kuin niiden solid-state-vastineet, ne ovat vallanneet markkinaraon. Ne ovat kysyttyjä pääasiassa turistien ja matkailijoiden keskuudessa, joiden on sähköistyksen puuttuessa laskutettava mobiililaitteet. Aurinkoenergialla toimivien joustavien akkujen päävalmistaja on Sun Charger, joka muuten päivitti hiljattain kokoonpano mallit 34 W ja 9 W.

Ensimmäinen malli sopii tablettien virransyöttöön, Kännykät, videokamerat, digikameroita, GPS, geeliakut 6 ja 12 volttia, ts. se voi vastata useiden ihmisten tarpeisiin vaelluksen aikana.

SunCharger SC-9/14 - taitettu akku

Hän on avoimessa muodossa

Akun ominaisuudet: kompakti kokoontaittuva rakenne, toimii lämpötila-alueella -50 - +70 astetta, painaa vain 420 grammaa, varustettu heijastamattomalla pinnoitteella, sisäänrakennettu LED, kiinnitysreiät. Lähtöliitin on pyöreä (5,5 mm / 2,1 mm).

Sähköiset ominaisuudet: käyttölähtöjännite 13,5 V (vakio 12 V), kuormittamaton - 19 V; käyttölähtövirta – 0,65 A; mitat taitettuna ja avattuna - 20,5x15x3 cm ja 50x41,5x0,4 cm; lähtöteho – 8,6 W.

Toinen malli SunCharger SC-34/18 on ylivoimaisesti tehokkain joustavien aurinkopaneelien sarjassa. Se on kehitetty erityisesti yleiskäyttöisille asemille (kannettaville tietokoneille), joiden lataustulo on yleensä 17-19 volttia. Suurin teho – 18V. Se liitetään suoraan asemiin varmistaen täydellisen yhteensopivuuden. On selvää, että se soveltuu myös vähemmän "ahmitteleviin" ajoihin, mukaan lukien autoissa käytettävät 12 voltin lyijyakut.

Aurinkopaneeli tuottaa 18 V maksimitehopisteessään ja on suoraan kytketty näihin tallennuslaitteisiin. Siten hän on "täydellisesti" sopusoinnussa heidän kanssaan.

Luonnollisesti tämä akku soveltuu myös vähemmän ahneiden kuluttajien lataamiseen. Kuten tiedät, voimaa ei ole koskaan tarpeeksi. Ja lataa myös hiljaa 12 V lyijyakkuja, mukaan lukien autot (muutaman tunnin latauksen jälkeen voit jo käynnistää auton). Sen paksuus on 4 cm (eli siitä on tullut hieman suurempi), mutta akku osoittautui jopa hieman kompaktimmaksi kuin perinteiset 12 V akut.

Tämä saavutettiin sen valmistuksessa käytetyn ohuemman kankaan ja suuremman alueen laminoidun valokennojen ansiosta.

Sama akku avautui

Sen ominaisuuksien lisäksi, jotka ovat ominaisia edellinen malli, täällä lähdössä on pyöreän liittimen lisäksi myös "äiti" ja "isä".

Sähköiset ominaisuudet: lähtöteho, kuten merkinnöistä selviää, 34 W; käyttölähtövirta – 1,9 A; mitat 40x18x4 cm (taitettuna) ja 40x18x4 cm (avattuna). Lähtöjännite – 18 V ja 26 V (ei kuormaa). Paino on tietysti paljon enemmän - 1,7 kg.

Kannettava aurinkoakku - erityisesti turisteille

Kaikilla on nykyään elektroniset vempaimet. Ei ole väliä, että joillakin on vähemmän ja toisilla enemmän. Ne kaikki on ladattava, ja tätä varten me tarvitsemme latauslaite. Mutta tämä ongelma on erityisen akuutti niille, jotka ovat paikoissa, joissa ei ole virtalähdettä. Ainoa ulospääsy on aurinkopaneelit. Mutta niiden hinnat pysyvät korkeina ja valikoima on pieni. Paras vaihtoehto, kuten yleisesti uskotaan, on Goal Zero -yrityksen tuote (vaikka on olemassa sekä venäläisiä että kiinalaisia tuotteita - kuten aina herättää epäilyksiä).

Mutta kävi ilmi, ettei kaikki Kiinassa tai Koreassa valmistettu ole huonoa. Aurinkoakkuyhtiö YOLK Chicagosta oli erityisen tyytyväinen aurinkoakkuun, joka aloitti Solar Paperin kompaktin aurinkoakun - ohuimman ja kevyimmän - tuotannon. Sen paino on vain 120 grammaa. Mutta on myös muita etuja - modulaarinen rakenne, jonka avulla voit lisätä tehoa. Aurinkoakku näyttää muovilaatikolta, kooltaan samanlainen kuin iPad, vain kaksi kertaa ohuemmalta. Sen etupuolella on aurinkopaneeli. Kotelossa on lähtö kannettavalle tietokoneelle ja USB-portit ja muiden aurinkopaneelien sekä taskulampun liittämiseen. Tämän ihmelaatikon sisällä on paristot ja ohjauskortti. Voit ladata laitteen pistorasiasta, ja se voi olla puhelin ja kaksi kannettavaa tietokonetta samanaikaisesti. Tietenkin laitetta ladataan myös auringosta. Heti kun valo osuu siihen, merkkivalo syttyy. SISÄÄN vaellusolosuhteet Aurinkopaneeli on yksinkertaisesti korvaamaton: se lataa onnistuneesti kaiken tarvittavat laitteet– puhelimet ovat nopeampia, kannettavat tietokoneet.

Kannettavat aurinkopaneelit ovat kooltaan kompakteja: Niitä on saatavana jopa avaimenperänä, jotka voidaan kiinnittää mihin tahansa. Ne on kehitetty niin, että voit ottaa ne mukaan kalastukseen, retkeilyyn jne. Niissä on ehdottomasti taskulamppu, jotta yöllä voit valaista tietä, telttaa jne., kiinnikkeet, jotka helpottavat niiden sijoittamista reppuihin, kajakkeihin, telttoihin. On erittäin tärkeää, että tällaisessa laitteessa on sisäänrakennettu akku, jonka avulla voit ladata laitteita yöllä.

Tiedemiehet pyrkivät nostamaan kerrointa hyödyllistä toimintaa, mutta toistaiseksi monokiteisistä elementeistä valmistetut aurinkopaneelit ovat johtavia tässä indikaattorissa. Useista kerroksista koostuvat yksikiteiset paneelit on suunniteltu siten, että yksi kerroksista imee vihreää energiaa, toinen - punaista ja kolmas - sinistä. Mutta tällaisten paneelien hinta on erittäin korkea.

Aurinkoakku, kuten tiedät, koostuu useista tarvittavista osista. Sen perusta, kuten auton moottori tai ihmisen sydän, on aurinkopaneeli - läpinäkyvä suorakaiteen muotoinen laatikko, jonka sisällä on tummia neliöitä ohueksi viipaloitua piitä. Tuotannossa käytetty pii tai pikemminkin sen oksidi (yhdiste hapen kanssa) on tärkein alkuaine aurinkokennojen tuotannossa.

Aurinkopaneelien tuotannon taustalla olevia teknologioita kehitetään jatkuvasti ja ne koostuvat useista vaiheista.

Ensimmäisessä vaiheessa valmistetaan raaka-aineet: kvartsihiekka puhdistetaan kalsinoimalla koksilla. Tämän seurauksena se vapautetaan hapesta ja muuttuu puhtaan piin paloiksi, jotka muistuttavat hieman hiiltä. Sitten siitä kasvatetaan kiteitä - aurinkopaneelien perusta, piin rakenteen tilaaminen. Tätä varten puhdas pii lasketaan upokkaaseen ja kuumennetaan korkea lämpötila, lisäämällä siemen sulaan laavaan. Voit verrata sitä tulevaisuuden kiteen näytteeseen, jonka ympärille kasvaa järjestetyn rakenteen piitä kerros kerrokselta. Useiden tuntien kasvun jälkeen saadaan monopiikide (tai monikiteinen pii, jonka valmistusprosessi on kalliimpi, mikä vaikuttaa siitä valmistettujen aurinkopaneelien hintaan), joka muistuttaa suurta jääpuikkoa. Sitten sylinterimäinen työkappale muunnetaan suuntaissärmiöksi. Tämän jälkeen työkappale leikataan levyiksi, joiden paksuus on 100-200 mikronia (kolmen hiuksen paksuus), ne testataan, lajitellaan ja lähetetään seuraavaan käsittelyvaiheeseen.
Toisessa vaiheessa levy juotetaan osiin, joista lasiin muodostetaan lohkoja mahdollisuuden poistamiseksi mekaaninen vaikutus valmiille aurinkokennoille. Osat koostuvat yleensä 9-10 aurinkokennosta, lohkot - 4-6 osasta.
Kolmas vaihe sisältää levyjen laminoinnin, jotka on juotettu lohkoiksi eteenivinyyliasetaattikalvolla ja sitten suojaava pinnoite, joka suoritetaan tietokoneella, joka valvoo painetta, tyhjiötä ja lämpötilaa.
Neljäs vaihe on viimeinen. Tämän prosessin aikana asennetaan liitäntälaatikko ja alumiinirunko. Testaus suoritetaan uudelleen, jonka aikana mitataan indikaattorit: avoimen piirin jännite, virta oikosulku, jännite ja virta maksimikapasiteetin piste.

Johtavia aurinkopaneeleja valmistavien yritysten joukossa ovat seuraavat maat: Kiina (Trina Solar, Yingli, Suntech-yritykset), Japani (Sharp Solar) ja USA (First Solar), joka ei ainoastaan tuota niitä, vaan osallistuu myös aurinkoasemien suunnitteluun ja rakentamiseen. Maailman tehokkain aurinkovoimala, Agua Caliente Arizonassa, on tämän yrityksen työ. Ukrainan suurimman aurinkovoimalan "Perovo" rakentamisen toteutti itävaltalainen yritys (Activ Solar).

Kuinka paljon aurinkoparisto maksaa?

Aurinkopaneelien myynti on kannattavaa ja lupaavaa liiketoimintaa. Myyntimäärät kasvavat vuosittain. Myynnin ensimmäinen sija - kiinalaiset valmistajat, jonka tuotteille on ominaista alhaiset kustannukset. Tämä tilanne johti suurten saksalaisten merkkien konkurssiin, sillä ne maksoivat kaksi kertaa niin paljon kuin kiinalaiset aurinkopaneelit.

Aurinkopaneelien hinta riippuu valmistajasta ja tehosta, ja sillä on valtava valikoima - alkaen 1800 UAH. jopa 9000 UAH (Ukrainalle), 5 tuhannesta ruplasta 30 tuhanteen (Venäjälle). Näiden SunCharger SC-9/14 ja SunCharger SC-34/18 akkujen hinta on myös korkea (sinun on maksettava erinomaiset ominaisuudet). Se määräytyy vastaavasti 6100 ja 20700 ruplaa. Mutta verrattuna joustava akku AcmePower 32 W, jonka hinta on 27 tuhatta ruplaa, tämä akku on paljon halvempi.

Ne, jotka haluavat säästää, voivat ostaa aurinkokristallisia taittoakkuja 2,5 kertaa halvemmalla.

johtopäätöksiä

Fantastiset ideat muuttuvat vähitellen todeksi. Muistetaanpa vaikkapa valokennopohjainen mikrolaskin, joka aikoinaan vaikutti uteliaisuudelta, jonka ansiosta paristoa ei voinut vaihtaa vuosiin. Keksintö Viime vuosina– matkapuhelin, jossa on sisäänrakennettu aurinkopaneeli, autot ja lentokoneet, jotka liikkuvat saman aurinkoenergian ansiosta. Tulevaisuudessa aurinkopaneeleista tulee varmasti tärkein energianlähde, joka lopulta "kovettaa" kaikki laitteet "pistorasian riippuvuudesta" ja antaa ihmiskunnalle halpaa energiaa.

SISÄÄN Viime aikoina Vaihtoehtoisen energian tuotantoteknologiat kehittyvät aktiivisesti. Nämä ovat aurinkopaneeleja (SB), tuuliasemat ja monet muut laitteet. SB- eli ns. aurinkosähköpaneeleja pidetään erityisen lupaavina, koska auringon lähes ikuinen elämä huomioon ottaen tällainen energia on ehtymätöntä. Vielä suhteellisen korkeista kustannuksistaan huolimatta ne tarjoavat ilmaista ja ympäristöystävällistä energiaa. SB-laitteiden hinnat kuitenkin laskevat vuosi vuodelta, mikä viittaa suuriin näkymiin niiden laajalle leviämiselle.

Aurinkopaneelien asennus

Aurinkoakku on valosähköisten muuntimien muodossa oleva puolijohdejärjestelmä, joka muuntaa auringon energian tasavirraksi valosähköilmiön periaatteella.

1 - Ohjain
2 - Akku
3 - Invertteri
4 - Moduuli
5 — Sähkölaitteet

Aurinkoparisto sisältää seuraavat elementit:

, joka koostuu kahdesta materiaalikerroksesta, joilla on erilaiset johtavuudet. Se voi olla esimerkiksi monikiteinen tai yksikiteinen pii, johon on sisällytetty muita kemiallisia yhdisteitä periaatteen luomiseksi. p-n valosähköinen efekti siirtyminen. Toisin sanoen toisessa materiaalissa on elektronien puute ja toisessa ylimäärä.
, elementin ohuin kerros, joka vastustaa elektronien siirtymistä.
. Kun se on yhdistetty vastakkaiseen kerrokseen, estevyöhyke voitetaan helposti elektronien avulla. Tuloksena on tartunnan saaneiden hiukkasten järjestetty liike, eli sähkövirta.
. Tarjoaa energian kertymistä ja säästämistä.
. Muuntaa aurinkoparistosta tulevan tasavirran vaihtovirraksi.
. Varmistaa, että aurinkoparistojärjestelmä luo vaaditun alueen jännitteen.

Toimintaperiaate

Auringonvalo fotonien muodossa osuu aurinkokennon pintaan.
Kun fotonit törmäävät puolijohteen pintaan, ne siirtävät energiaa puolijohteen elektroneihin.
Puolijohteesta törmäyksen seurauksena irtoaneet elektronit ylittävät suojakerroksen ja kuljettavat mukanaan lisäenergiaa.
Tämän seurauksena negatiiviset elektronit siirtyvät johtimeen n p-johtimesta ja positiiviset elektronit suorittavat päinvastaisen liikkeen. Tällaista siirtymistä helpottavat sähkökentät, jotka Tämä hetki saatavana johtimissa. Myöhemmin ne lisäävät varausten eroa ja vahvuutta.

Jos auringon valaisema akku suljetaan tietylle kuormitukselle resistanssilla R, ulkonäkö sähkövirta I. Sen arvon määräävät kuormitusvastus, valaistuksen voimakkuus ja valosähköisen muuntimen laatu. Kuormassa vapautuva teho P määritetään kaavalla P= I*U, jossa U osoittaa akun napojen jännitteen.

Erilaisia

Käytettyjen materiaalien mukaan aurinkopaneelit voivat olla:

Yksikiteisistä aurinkokennoista valmistetut paneelit. Ne ovat tehokkaita, mutta kalliimpia, tehokkuus on 14-16%. Yksikiteisillä elementeillä on monikulmion muoto, mikä vaikeuttaa koko alueen täyttämistä;
Amorfiset piilevyt. Tällaiset akut osoittavat alhaista hyötysuhdetta alueella 6-8%. Mutta piikonvertteritekniikoiden joukossa niillä on halvin teho;
Kadmiumtelluridipaneelit valmistetaan kalvotekniikan pohjalta. Puolijohdekerros levitetään useiden satojen mikrometrien kerrokseksi. Hyötysuhde on 11 %, mutta piiakkuihin verrattuna wattiteho on kymmeniä prosentteja halvempi;
CIGS-puolijohteisiin perustuvat paneelit, jotka koostuvat seleenistä, galliumista, indiumista ja kuparista. Tällaisten paneelien tehokkuus on 15%;
Polymeeri paneelit. Tämä on eräänlainen ohutkalvoparisto, jonka toimintaperiaate on samanlainen kuin kasvien fotosynteesin. Sisältää polymeerikerroksen, suojakerroksen, joustavan alustan ja alumiinielektrodit. Tehokkuus 5-6 %;
Yleisimmät ovat optimaalisen tehokkuuden ja hinnan suhteen ansiosta monikiteisistä aurinkokennoista valmistetut paneelit. Niiden tehokkuus on 12-14%.

SB voidaan jakaa myös seuraaviin tyyppeihin:

Ohut kalvo tai joustava (perustuu kadmiumtelluridiin, kiteinen ja amorfinen);
Kovaa(kiteisestä piistä, joskus amorfisesta);
Yksipuolinen(absorboi valoa toiselta puolelta);
Kaksipuolinen(absorboi valoa molemmilta puolilta).

Erikoisuudet

Akun varaus heikossa auringonvalossa laskee antaen sähköenergiaa sähkövastaanottimelle, eli se menee Kokopäivätyö lataus- ja purkutilassa. Ohjaus suoritetaan erityisellä ohjaimella.
SB ei vaadi erityisiä ennaltaehkäisevää työtä. Saattaa vaatia vain pölyämisen.
Paneeleita voidaan käyttää talvella, mutta tuottavuus laskee tänä aikana puolitoista tai kaksi kertaa. Lumen kerääntymisen estämiseksi paneeleille ne tulee asentaa 70 asteen kulmaan korotetulle pinnalle.
Aurinkopaneelit sopivat parhaiten autonomiset järjestelmät, jossa on monia kotitalouksien energiatehokkaita sähkölaitteita, jotka eivät ole jatkuvasti päällä.

Sovellus

Aurinkoakkuja voidaan käyttää lähes kaikkialla:

Sähköautot.
Kannettava elektroniikka.
Laskimet, taskulamput, soittimet ja niin edelleen, eli missä tahansa, missä tarvitaan erilaisten kotitalouselektroniikan akkujen lataamista.
Ilmailu. Näin syntyi Solar Impulse -lentokone, joka toimii vain aurinkoenergialla.
Energiahuolto koteihin, kouluihin, lentokentille ja muihin rakennuksiin. Aurinkopaneelit ovat laajalti käytössä subtrooppisilla ja trooppisilla alueilla, joilla niitä on paljon aurinkoiset päivät. Ne ovat erityisen suosittuja Välimeren maissa.
Käytä avaruudessa. SB:t on asennettu ISS:lle, asennettu satelliitteihin, avaruus- ja planeettojenvälisiin ajoneuvoihin ja paljon muuta.

Hyödyt ja haitat

Edut ovat:

Ympäristöystävällisyys;
Kestävyys, valokennot kestävät useita vuosikymmeniä;
Yksinkertainen toimintaperiaate. Tämän ansiosta aurinkoparistossa ei käytännössä ole vikoja;
Hiljaisuus;
Mahdollisuus vakituiseen työhön;
Polttoainetta ei tarvita;
Julkinen saatavuus;
Mahdollisuus muuttaa järjestelmän tehoa.

Haittojen joukossa ovat:

Alhainen tehokkuus. Pienenkin perheen tarpeisiin tarvitaan suuri akkualue;
Vaikeus järjestelmän kokoamisessa ja asentamisessa;
Aurinkopaneelien hinta on melko korkea, samoin kuin järjestelmän alhainen sijoitetun pääoman tuotto.

Näkymät

Ihmiskunnan halu ympäristöystävällisyyteen ja öljystä luopuminen johtaa yhä enemmän energiaa säästävien teknologioiden käyttöönotossa. Tämä tarkoittaa, että aurinkopaneeleja käytetään kaikkialla. Ja paneeleiden luominen enemmän korkea hyötysuhde sallii:

Varusta useimmat rakennukset energiapaneeleilla;
Asenna ne autoihin, teihin, robotteihin ja lukuisiin muihin laitteisiin;
Asenna ne vaatteisiin ja jopa istuta ne ihmiseen. Etelä-Korean tutkijat ovat jo luoneet ihonalaisen aurinkokennon, joka on 15 kertaa ohuempi kuin hiukset. Hän tarjoaa keskeytymätöntä toimintaa kehoon istutettavia laitteita, kuten sydämentahdistin.

Auringonvalo ei vain tee mahdollista elämää Maapallolla hänestä voi lopulta tulla myös toimittaja Suuri määrä sähköä, jota ilman se on mahdotonta ajatella moderni sivilisaatio. Auringonvalon käyttö ei välttämättä ole suoraa, vaan turbiinien energiansyötön muodossa.

Tässä tapauksessa peilisarja keskittää aurinkoenergian lämmönvaihtimeen, joka haihduttaa vettä tai mitä tahansa muuta nestettä ja tuottaa höyryä generaattoriin kytketyn tavanomaisen turbiinin käyttämiseksi. Auringonvaloa on kuitenkin mahdollista muuntaa myös suoraan sähköksi esimerkiksi piiaurinkokennoilla.

Tyypillinen aurinkokenno koostuu kuudesta kerroksesta. Kanta (kanta) toimii samanaikaisesti elementin negatiivisena napana; heijastava kerros pitää valon elementin työosan sisällä, mikä lisää sen sähkötehokkuutta; kaksi kerrosta rikastettua piitä (N-tyyppi ja P-tyyppi) muodostavat aurinkokennon ytimen. N-tyypin piillä on vapaita negatiivisia varauksia, kun taas P-tyypin piillä on vapaita positiivisia varauksia. Valaistuksen puuttuessa nämä varaukset kerääntyvät kerrosten kosketusalueelle; Kun auringonvalo osuu elementtiin, varaukset siirtyvät erilleen. Tämä maksujen liike luo DC., jos aurinkokenno on osa suljettua piiriä. Päällä pii on suojattu läpinäkyvällä kalvolla, jonka päälle positiivisen navan metallikosketin asetetaan.

Miten aurinkokenno toimii?

Aurinkokennolle osuva auringonvalo erottaa positiiviset ja negatiiviset varaukset, jotka kerääntyvät P-tyypin ja N-tyypin piikiekkojen kosketusalueelle. Tämä erotus luo jännitteen, jonka vaikutuksesta kun elementti kytketään suljettuun piiriin, siinä alkaa virrata sähkövirtaa

Poikkileikkaus aurinkopaneelit

Aurinkopaneelit (kuva tekstin yläpuolella) tuottavat tasavirtaa, joka voidaan muuntaa vaihtovirraksi voimalaitoksella. Ylimääräistä sähköä tuotettu aurinkokennot, voidaan säilyttää paristot myöhempää käyttöä varten.

Aurinkopaneelit avaruudessa

Useimmille avaruussatelliitit aurinkopaneelit ovat tärkein energianlähde. Nämä paristot (kuva oikealla) eroavat maapallolla käytetyistä (kuva vasemmalla). Jos maanpinnan lähelle asennetut akut tarvitsevat suojaa sateelta ja pölyltä, avaruudessa toimivat on suojattava kovalta kosmiselta säteilyltä.

Aurinkolämpövoimala

Auringonvalo voi toimittaa lämpöä höyryturbiiniyksikölle, joka käyttää generaattoria. Peilisarja keskittää auringonvalon rikastintorniin. Tuloksena oleva valonsäde on niin voimakas, että se voi muuttaa natriumin höyryksi. Natriumhöyryä käytetään muuttamaan vesi höyryksi, joka sitten käyttää turbiinia.