Як працює сонячна батарея – безкоштовне електрику для вашого будинку

Коли гроші, вкладені в батареї, окупляться, електрику в будинку буде дійсно безкоштовним

Зацікавлені в безкоштовній електроенергії на дачній ділянці або в заміському будинку? Я розповім про принцип дії і про пристрій сонячної батареї, а ви зможете вирішити, чи підходить такий пристрій для того, щоб зробити будинок або дачу незалежними.

Що таке сонячні батареї і як вони працюють

Сонячна батарея (СБ) – це пристрій, що дозволяє перетворити світлову енергію сонячних променів в електричний струм. В основі приладів застосовуються фотоелементи – напівпровідникові фотоелектричні перетворювачі.

Приклад того, як невелике селище можна зробити енергонезалежною

Сучасні модифікації сонячних батарей різняться такими параметрами, як вироблена потужність і габарити. Тому ці пристрої з однаковим успіхом застосовуються в самих різних конструкціях, починаючи з портативних калькуляторів і закінчуючи сонячними електростанціями.

На схемі показано, з чого складається найбільш поширена батарея сонячного світла

При складанні фотоелемента на пластину монокристалічного кремнію з шириною забороненої зони 5 еВ наноситься шар фосфору і бору. В шарі кремнію з добавками фосфору (катод) виникають вільні електрони. В шарі кремнію з бором (анод) утворюються відсутні електрони, так звані «дірки».

На схемі показаний принцип роботи кремнієвого фотоелемента, починаючи з впливу світла на поверхню і закінчуючи відведенням струму

Коли на поверхню фотоелемента потрапляє квант світла, відбувається рух частинок з одного шару в інший. За рахунок руху частинок, вивільняється певна кількість енергії, тобто створюється різниця потенціалів, яку визначає інтенсивність світла.

Мідні доріжки декількох пластин паралельно згуртовуються між собою

Для того щоб вивільнену енергію вивести з кожної окремо взятої пластини, на поверхню фотоелектричних перетворювачів нанесені металізовані доріжки.

Потужність зібраної батареї визначається її площею. Тобто, чим більше окремих пластин буде закріплено на панелі, тим більше електрики буде вироблено.

Різновиди перетворюють панелей і їх пристрій

З розвитком технологій, ціна таких виробничих процесів, як вирощування кремнію і нанесення легирующего покриття знижується. Більш того, кремній – це найпоширеніший елемент у складі земної кори.

Саме тому майбутнє сонячної енергетики в найближчі 50 років будуть визначати кремнієві СБ України.

Недолік кремнієвих СБ – це низький коефіцієнт світлопоглинання через те, що кремній НЕ прямозонних напівпровідник. В результаті фотоелементи виробляються зі збільшеною товщиною, що негативно позначається на вазі пристрою.

Застосування прямозоні напівпровідників як фотоелементів, дозволяє виробляти оптимальну кількість енергії при товщині СБ в пару мікрон. Панелі з такими фотоелементами трохи важать і можуть встановлюватися своїми руками на дахи житлових будинків, на даху автомобілів і т.п.

Суттєва перевага тонкоплівкових СБ – здатність ефективно працювати навіть в хмарний день.

У конструкції цих фотоелементів застосовані напівпровідники декількох типів, розташовані шарами в певному порядку. Наприклад, поширений варіант: Ge – напівпровідник підкладка, GaAs – середній шар і GaInP – верхній шар.

За рахунок особливої ​​прихильності напівпровідників забезпечується ефективне засвоєння сонячної енергії, як в ясну, так і в хмарну погоду. Збірка СБ на основі концентраторних модулів технічно складна, а тому ціна пристроїв висока.

На фото – модель дерева з листям з органічних батарей.

Готові монокристали мають форму стрижня, якому надається форма куба. Куб нарізається на пластини з товщиною 180 Мк.

Нарізані пластини очищаються і армуються захисним покриттям. Поверхня піддається металізації, після чого на неї наноситься антірефлексіонное покриття.

Через низьку температуру розплаву процес формування стрижнів протікає повільно. Проте, інструкція їх виробництва простіше формування монокристалів.

Переваги технології – мала собівартість і можливість виготовляти панелі великої площі.

Недолік фотоелементів з аморфного кремнію – малий експлуатаційний ресурс через прискореної деградації.

ефективне розташування

Щоб експлуатація батарей була найбільш ефективною, пристрій повинен виробляти електрику найбільшу кількість часу протягом світлового дня. Домогтися максимальної ефективності використання можна за рахунок правильного розташування площині щодо траєкторії проходження сонця.

Завдяки такому рішенню площину, в залежності від положення сонця, буде змінювати кут нахилу. Втім, таке рішення застосовується нечасто, так як через монтаж і експлуатації електроприводу збільшується ціна системи в цілому.

Інтеграція сонячних батарей в електричну мережу

Сонячна батарея (СБ) виробляє електричний струм, але для того щоб постійна напруга застосувати в побуті, його потрібно трансформувати в змінний струм і пустити в мережу або акумулювати для подальшого застосування.

На фото показаний автомобільний інвертор, що перетворює постійний струм (12 В) в змінний струм з параметрами побутової електромережі (50 Гц, 220 В)

Для трансформування постійної напруги в змінну, застосовується спеціальне обладнання – інвертор. На вхід пристрою подається постійна напруга, а на виході виходить змінний струм з необхідною частотної характеристикою і необхідною потужністю.

Акумулятори для побутової сонячної електростанції – для зручності монтажу з боків передбачені кронштейни для стійки

Для накопичення електроенергії застосовуються свинцево-кислотні акумулятори. Зверніть увагу на те, що сонячні панелі комплектуються спеціальними акумуляторами, які по робочих параметрах і по конструкції відрізняються від звичайних автомобільних акумуляторів.

Підведемо підсумки

Тепер ви знаєте, як працюють сонячні батареї і як вони влаштовані. Цікавлять подробиці можна знайти, подивившись відео в цій статті. Якщо залишилися питання, їх можна задати в коментарях.