Солнечные панели из чего делают: Как устроены и работают солнечные батареи

Как устроены и работают солнечные батареи

Солнечная энергетика становится все более популярной во всем мире. Вместе с коллегами из специализированного портала Elektrik мы разбирались, как устроена солнечная батарея, из чего она состоит и куда отправляется получаемая энергия.

В наше время практически каждый может собрать и получить в свое распоряжение свой независимый источник электроэнергии на солнечных батареях (в научной литературе они называются фотоэлектрическими панелями).

Дорогостоящее оборудование со временем компенсируется возможностью получать бесплатную электроэнергию. Важно, что солнечные батареи – это экологически чистый источник энергии. За последние годы цены на фотоэлектрические панели упали в десятки раз и они продолжают снижаться, что говорит о больших перспективах при их использовании.

В классическом виде такой источник электроэнергии будет состоять из следующих частей: непосредственно, солнечной батареи (генератора постоянного тока), аккумулятора с устройством контроля заряда и инвертора, который преобразует постоянный ток в переменный.

Солнечные батареи состоят из набора солнечных элементов (фотоэлектрических преобразователей), которые непосредственно преобразуют солнечную энергию в электрическую.

Большинство солнечных элементов производят из кремния, который имеет довольно высокую стоимость. Этот факт определят высокую стоимость электрической энергии, которая получается при использовании солнечных батарей.

Распространены два вида фотоэлектрических преобразователей: сделанные из монокристаллического и поликристаллического кремния. Они отличаются технологией производства. Первые имеют кпд до 17,5%, а вторые – 15%.

Наиболее важным техническим параметром солнечной батареи, которая оказывает основное влияние на экономичность всей установки, является ее полезная мощность. Она определяется напряжением и выходным током. Эти параметры зависят от интенсивности солнечного света, попадающего на батарею.

Электродвижущая сила отдельных солнечных элементов не зависит от их площади и снижается при нагревании батареи солнцем, примерно на 0,4% на 1 гр. С. Выходной ток зависит от интенсивности солнечного излучения и размера солнечных элементов. Чем ярче солнечный свет, тем больший ток генерируется солнечными элементами. Зарядный ток и отдаваемая мощность в пасмурную погоду резко снижается. Это происходит за счет уменьшения отдаваемой батареей тока.

Если освещенная солнцем батарея замкнута на какую либо нагрузку с сопротивлением Rн, то в цепи появляется электрический ток I, величина которого определяется качеством фотоэлектрического преобразователя, интенсивностью освещения и сопротивлением нагрузки. Мощность Pн, которая выделяется в нагрузке определяется произведением Pн = IнUн, где Uн напряжение на зажимах батареи.

Наибольшая мощность выделяется в нагрузке при некотором оптимальном ее сопротивлении Rопт, которое соответствует наибольшему коэффициенту полезного действия (кпд) преобразования световой энергии в электрическую. Для каждого преобразователя имеется свое значение Rопт, которая зависит от качества, размера рабочей поверхности и степени освещенности.

Солнечная батарея состоит из отдельных солнечных элементов, которые соединяются последовательно и параллельно для того, чтобы увеличить выходные параметры (ток, напряжение и мощность). При последовательном соединении элементов увеличивается выходное напряжение, при параллельном – выходной ток.

Для того, чтобы увеличить и ток и напряжение комбинируют два этих способа соединения. Кроме того, при таком способе соединения выход из строя одного из солнечных элементов не приводит в выходу из строя всей цепочки, т.е. повышает надежность работы всей батареи.

Таким образом, солнечная батарея состоит из параллельно-последовательно соединенных солнечных элементов. Величина максимально возможного тока отдаваемого батареей прямо пропорциональна числу параллельно включенных, а электродвижущая сила — последовательно включенных солнечных элементов. Так, комбинируя типы соединения, собирают батарею с требуемыми параметрами.

Солнечные элементы батареи шунтируются диодами. Обычно их 4 – по одному, на каждую ¼ часть батареи. Диоды предохраняют от выхода из строя части батареи, которые по какой-то причине оказались затемненными, т. е. если в какой-то момент времени свет на них не попадает.

Батарея при этом временно генерирует на 25% меньшую выходную мощность, чем при нормальном освещении солнцем всей поверхности батареи.

При отсутствии диодов эти солнечные элементы будут перегреваться и выходить из строя, так как они на время затемнения превращаются в потребителей тока (аккумуляторы разряжаются через солнечные элементы), а при использовании диодов они шунтируются и ток через них не идет.

Получаемая электрическая энергия накапливается в аккумуляторах, а затем отдается в нагрузку. Аккумуляторы – химические источники тока. Заряд аккумулятора происходит тогда, когда к нему приложен потенциал, который больше напряжения аккумулятора.

Число последовательно и параллельно соединенных солнечных элементов должно быть таким, чтобы рабочее напряжение подводимое к аккумуляторам с учетом падения напряжения в зарядной цепи немного превышало напряжение аккумуляторов, а нагрузочный ток батареи обеспечивал требуемую величину зарядного тока.

Например, для зарядки свинцовой аккумуляторной батареи 12 В необходимо иметь солнечную батарею состоящую из 36 элементов.

При слабом солнечном свете заряд аккумуляторной батареи уменьшается и батарея отдает электрическую энергию электроприемнику, т.е. аккумуляторные батареи постоянно работают в режиме разряда и подзаряда.

Это процесс контролируется специальным контроллером. При циклическом заряде требуется постоянное напряжение или постоянный ток заряда.

При хорошей освещенности аккумуляторная батарея быстро заряжается до 90% своей номинальной емкости, а затем с меньшей скоростью заряда до полной емкости. Переключение на меньшую скорость заряда производится контроллером зарядного устройства.

Наиболее эффективно использование специальных аккумуляторов – гелевых (в батарее в качестве электролита применяется серная кислота) и свинцовыех батарей, которые сделанны по AGM-технологии. Этим батареям не нужны специальные условия для установки и не требуется обслуживание. Паспортный срок службы таких батарей – 10 — 12 лет при глубине разряда не более 20%. Аккумуляторные батареи никогда не должны разряжаться ниже этого значения, иначе их срок службы резко сокращается!

Аккумулятор подсоединяется к солнечной батарее через контроллер, который контролирует ее заряд. При заряде батареи на полную мощность к солнечной батареи подключается резистор, который поглощает избыточную мощность.

Для того чтобы преобразовать постоянное напряжение от аккумуляторной батареи в переменное напряжение, которой можно использовать для питания большинства электроприемников совместно с солнечной батарей можно использовать специальные устройства – инверторы.

Без использования инвертора от солнечной батареи можно питать электроприемники, работающие на постоянном напряжении, в т.ч. различную портативную технику, энергосберегающие источники света, например, те же светодиодные лампы.

Автор текста: Андрей Повный. Текст впервые опубликован на сайте Electrik.info. Перепечатано с согласия редакции.

Системы солнечных батарей стали одним из самых быстрорастущих источников энергии в Соединенных Штатах. По данным Ассоциации солнечной энергетики, солнечный рынок удвоился в 2016 году.

Именно популярность солнечной энергии создала новую возобновляемую технологию, создавая что-то совершенно новое, под названием солнечная энергия способная обеспечивать вас электричеством. Эту же идею поддерживает компания Tesla, разрабатывая солнечные батареи Tesla Solar Roof в виде крыши, которая будет доступна в различных вариациях включая Smooth (глянец) и Textured (текстурная черепица).

Солнечные электростанции стали самым быстро развивающимся источником электроэнергии в США. Согласно данных ассоциации солнечной энергетики, солнечный рынок удвоился еще в 2016 году. Исследования GTM и Ассоциация по хранению энергии ожидают, что к 2020 году он станет рынком США в 2,5 миллиарда долларов. Ниже мы рассмотрим из чего делают солнечные батареи и из каких элементов конструкции они состоят.

Из чего состоит современная солнечная батарея: элементы конструкции

Солнечная батарея состоит из алюминиевой рамы, закаленного стекла, двух герметиков (EVA), солнечной панели, задней крышки, распределительной коробки.

Из чего состоит солнечная батарея: материалы для фотоэлементов

В современном производстве солнечных панелей используют кремний, как основной материал. Это распространенный материал в природе, но он имеет много лишних примесей, которые следует убрать для дальнейшего использования. Сам процесс очистки является трудоемким и финансово затратным, что в свою очередь влияет на стоимость солнечных батарей. Ведь чем чище кремний, тем выше КПД панелей.

Существует два самых распространенных вида кремния, из чего состоят солнечные батареи, это монокристаллический и поликристаллический. О технологии производства каждого, расскажем ниже.

Монокристаллический кремний. Сначала кремний расплавляют, затем из массы выращивают природный цельный кристалл. Когда монолит достигает необходимых размеров, его режут на очень тонкие пластинки и уже потом используют в производстве фотоэлементов. Это наиболее долгий и затратный процесс. Но благодаря таким монокристаллическим фотоэлементам, можно по максимуму выжать КПД из солнечных электростанций.

Поликристаллический кремний. Здесь используется технология попроще и допускается присутствие примесей, потому он на порядок дешевле. Сначала природный кремний расплавляют, затем полученные пары охлаждают и осаждают. Так получаются пластины для поликристаллических панелей.

Распределительная коробка солнечной панели

Распределительная коробка — это небольшое устройство защищенное от атмосферных воздействий корпус. Коробка являет собой заднюю часть из чего состоит солнечная батарея. Распределительная коробка важная составляющая, поскольку она является центральной точкой, где все ячейки устанавливают межсоединение и защищают от влаги и грязи.

Алюминиевая рама

Алюминиевая рама играет критически важную роль как для защиты батареи, так и для обеспечения надежной структуры для установки панели солнечных батарей. Рама должна быть легкой, но жесткой и способной выдерживать экстремальные нагрузки при сильном ветре и внешних силах.

На этом все. Мы рассказали про основные компоненты конструкции из чего состоит солнечная батарея и технологию производства моно и поликристаллических фотоэлементов. Надеемся вам было интересно.

Отслужившие солнечные панели – что с ними делать?

Солнечная батарея – это «чистый» способ выработки электроэнергии, поскольку во время ее работы процесса сжигания топлива не происходит. Однако, когда такая панель отрабатывает свое, она может стать мусором. По мере того как солнечная энергия используется все чаще, в том числе в домашних электростанциях, отходы от подобных устройств тоже растут.

К счастью — это решаемая проблема. По крайней мере, так считает Дастин Малвани, доцент, профессор экологических исследований в Государственном Университете Сан-Хосе. Он рассказал о возможности утилизации таких отходов в подробностях.

Что представляет из себя солнечная панель?

По словам Малвани, около 90 процентов солнечной батареи – это стекло. Остальные 10 процентов составляют кремний, серебро, свинец, медь и алюминий.

Срок жизни солнечной батареи

Как отметил Малвани, производители солнечных батарей гарантируют их 20-25-летний срок службы. Тем не менее, стихийные бедствия могут его сократить. Например, сильнейшие ураганы в Пуэрто-Рико, разрушившие много солнечных батарей, вызвали потребность в их утилизации.

Способы утилизации

Малвани считает, что «флоат-стекло» от фотоэлектрических модулей можно повторно использовать для разных целей, например, в производстве остекления для домов. Однако, наибольшую ценность для переработки здесь представляют серебро и алюминий. Почти половина потенциальной выгоды от утилизации панелей приходится на рециклинг этих металлов, поскольку их запасы ограничены.

Солнечные панели можно перепродать по более низкой цене, так как они могут генерировать еще некоторое количество электроэнергии после истечения срока их гарантии. Впрочем, они уже не будут так эффективны, как новые. Некоторые люди используют эти старые устройства в случаях, когда им не требуются большие энергозатраты.

Когда отходы от старых солнечных панелей станут проблемой?

По словам Малвани, уже сейчас существует потребность в их скорейшей утилизации. Однако, через 15 лет неутилизированные солнечные батареи могут стать достаточно серьезной проблемой.

Читайте также: Домашняя СЭС на 30 кВт: несколько советов опытного владельц

Источник: mprnews.org

А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Солнечные батареи для дома: виды, устройство, технические характеристики

При постоянно растущих ценах на электроэнергию поневоле начнешь задумываться об использовании природных источников для электроснабжения. Одна из таких возможностей — солнечные батареи для дома или дачи. При желании, они могут обеспечить  даже потребности большого дома.

Содержание статьи

Устройство системы электропитания от солнечных батарей и сколько это стоит

Преобразовывать энергию солнца в электричество – эта идея длительное время не давала спать ученым. С открытием свойств полупроводников это стало возможным. В солнечных батареях используются кремниевые кристаллы. При попадании на них солнечного света в них образуется направленное движение электронов, которое называется электрическим током. При соединении достаточного количества таких кристаллов получаем вполне приличные по величине токи: одна панель площадью чуть больше метра (1,3-1,4 м2) при достаточном уровне освещенности может выдать до 270 Вт (напряжение 24 В).

Электрические солнечные батареи для дома открывают много возможностей

Так как освещенность меняется в зависимости от погоды, времени суток, напрямую подключать устройства к солнечным батареям не получается. Нужна целая система. Кроме солнечных панелей требуется:

• Аккумулятор. На протяжении светового дня под воздействием солнечных лучей солнечные батареи вырабатывают электрический ток для дома, дачи. Он не всегда используется в полном объеме, его излишки накапливаются в аккумуляторе. Накопленная энергия расходуется ненастную погоду.
• Контролер. Не обязательная часть, но желательная (при достаточном количестве средств). Отслеживает уровень заряда аккумулятора, не допуская его чрезмерного разряда или превышения уровня максимального заряда. Оба этих состояния губительны для аккумулятора, так что наличие контролера продлевает срок эксплуатации аккумулятора. Также контролер обеспечивает оптимальный режим работы солнечных панелей.
• Преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор). Не все устройства рассчитаны на постоянный ток. Многие работают от переменного напряжения в 220 вольт. Преобразователь дает возможность получить напряжение 220-230 В.

Солнечные батареи для дома — только часть системы

Установив солнечные батареи для дома или дачи, можно стать совершенно независимым от официального поставщика. Но для этого надо затратить приличную сумму:

• Комплект, который вырабатывает 1,5 кВт  а сутки стоит около 1000$. Этого достаточно для обеспечения потребностей дачи или части электрооборудования в доме.
• Комплект солнечных батарей для производства 4 кВт в сутки стоит порядка 2200$.
• На 9 кВт в сутки — 6200$.

Так как солнечные батареи для дома — модульная система, можно купить установку, которая будет обеспечивать часть потребностей, постепенно увеличивая ее производительность.

Виды солнечных батарей

Сама солнечная батарея — некоторое количество фотоэлементов, которые расположены в общем корпусе, защищенные прозрачной лицевой панелью.  Для бытового использования фотоэлементы производят на основе кремния, так как он относительно недорог. Элементы на его основе имеют неплохой КПД (порядка 20-24%).

На основе кремниевых кристаллов изготавливают монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные (гибкие) фотоэлементы. Некоторое количество этих фотоэлементов электрически соединены между собой (последовательно и/или параллельно) и выведены на клеммы, расположенные на  корпусе. Это и называют солнечной батареей или панелью.

Солнечная панель для дома состоит из некоторого количества фтоэлементов

Фотоэлементы установлены в закрытом корпусе. Корпус солнечной батареи делают из анодированного алюминия. Он легкий, не подвержен коррозии. Лицевую панель делают из прочного стекла, которое должно выдерживать снего-ветровые нагрузки. К тому же оно должно обладать определенными оптическими свойствами — иметь максимальную прозрачность, чтобы пропускать как можно больше лучей. Из-за отражения теряется значительное количество энергии, так что требования к качеству стекла высокие и еще оно покрывается антибликовым составом.

Виды фотоэлементов для солнечных батарей

Солнечные батареи для дома делают на основе кремневых элементов трех типов;

Если у вас скатная крыша и фасад развернут на юг или восток, слишком сильно думать о занимаемой площади не имеет смысла. Вполне могут устроить поликристаллические модули. При равном количестве производимой энергии они стоят немного дешевле.

Как правильно выбрать систему солнечных батарей для дома

Есть распространенные заблуждения, которые заставляют вас тратить лишние деньги на приобретение чересчур дорогого оборудования. Ниже приведем рекомендации того, как правильно выстроить систему электропитания от солнечных батарей и не потратить лишних денег.

Солнечные электростанции для дома могут быть не такими дорогими, если подходить к вопросу взвешенно

Что надо купить

Далеко не все компоненты солнечной электростанции жизненно необходимы для работы. Некоторые служат для повышения надежности, но без них система работоспособна. Первое, что стоит запомнить — приобретайте солнечные батареи в конце зимы, начале весны. Во-первых, погода в это время отличная, много солнечных дней, снег отражает солнце, увеличивая общую освещенность. Во-вторых, в это время традиционно объявляют скидки. Далее советы такие:

Если воспользоваться только этими советами, и подключить только технику, которая работает от постоянного напряжения, система солнечных батарей для дома обойдется в гораздо более скромную сумму чем самый дешевый комплект. Но это еще не все. Можно еще часть оборудования оставить «на потом» или вообще обойтись без него.

Без чего можно обойтись

Стоимость комплекта солнечных батарей на 1 кВт в сутки — более тысячи долларов. Немалые вложения. Поневоле задумаешься, а стоит ли оно того и каков же будет срок окупаемости. При нынешних тарифах ждать пока отобьются свои деньги придется не один год. Но можно затраты уменьшить. Не за счет качества, но за счет незначительного снижения комфортности эксплуатации системы и за счет разумного подхода к подбору ее компонентов.

Итак, если бюджет ограничен, можно обойтись несколькими солнечными панелями и аккумуляторными батареями, емкость которых на 20-25% выше максимального заряда солнечных панелей. Для мониторинга состояния купите автомобильные часы, которые еще измеряют напряжение. Это избавит вас от необходимости несколько раз в день измерять заряд на АКБ. Вместо этого вам надо будет время от времени смотреть на показания часов. Для старта это все. В дальнейшем можно докупать солнечные батареи для дома, увеличивать количество АКБ. При желании, можно купить инвертор.

Определяемся с размерами и количеством фотоэлементов

В хороших солнечных батареях на 12 вольт должно быть 36 элементов, на 24 вольта — 72 фотоэлемента. Это количество оптимально. При меньшем числе фотоэлементов вы никогда не получите заявленный ток. И это — лучший из вариантов.

Не стоит покупать сдвоенные солнечные панели — по 72 и 144 элемента соответственно. Во-первых, они очень большие, что неудобно при перевозке. Во-вторых, при аномально низких температурах, которые у нас периодически случаются, они первыми выходят из строя. Дело в том, что ламинирующая пленка при морозах сильно уменьшается в размерах. На больших панелях из-за большого натяжения она отслаивается или даже рвется. Теряется прозрачность, катастрофически падает производительность. Панель идет в ремонт.

Солнечная панель на 4 В имеет 7 элемента

Второй фактор. На больших по размерам панелях должна быть больше толщина корпуса и стекла. Ведь увеличивается парусность и снеговые нагрузки. Но далеко не всегда это делают, так как значительно возрастает цена. Если вы видите сдвоенную панель, а цена на нее ниже, чем на две «обычных», лучше ищите что-то другое.

Еще раз: лучший выбор — солнечная панель для дома на 12 вольт, состоящая из 36 фотоэлементов. Это оптимальный вариант, проверенный практикой.

Технические характеристики: на что обратить внимание

В сертифицированных солнечных батареях всегда указывается рабочий ток и напряжение, а также напряжение холостого хода и ток КЗ. При этом стоит учесть, что все параметры обычно указываются для температуры +25°C. В солнечный день на крыше батарея разогревается до температур, значительно превышающих эту цифру. Это объясняет наличие большего рабочего напряжения.

Пример технических характеристик солнечных батарей для дома

Также обратите внимание на напряжение холостого хода. В нормальных батареях оно порядка 22 В. И все бы ничего, но если проводить работы на оборудовании не отключив солнечные батареи, напряжение холостого хода выведет из строя инвертор или другую подключенную технику, не рассчитанную на подобный вольтаж. Потому при любых работах — переключении проводов, подключении/отключении аккумуляторов и  т.д. и т.п — первое что вы должны сделать — отключить солнечные батареи (снять клеммы). Перебрав схему, их подключаете последними. Такой порядок действий сохранит вам много нервов (и денег).

Корпус и стекло

Солнечные батареи для дома имеют алюминиевый корпус. Этот металл не корродирует, при достаточной прочности имеет небольшую массу. Нормальный корпус должен быть собран из профиля, в котором присутствуют, как минимум, два ребра жесткости. К тому же стекло должно быть вставлено в специальный паз, а не закреплено сверху. Все это — признаки нормального качества.

Бликов на корпусе быть не должно

Еще при выборе солнечной батареи обратите внимание на стекло. В нормальных батареях оно не гладкое, а текстурированное. На ощупь — шершавое, если провести ногтями, слышен шорох. К тому же должно иметь качественное покрытие, которое сводит к минимуму блики. Это означает что в нем не должно ничего отражаться. Если хоть под каким-то углом видны отражения окружающих предметов, лучше найдите другую панель.

Выбор сечения кабеля и тонкости электрического подключения

Подключать солнечные батареи для дома необходимо медным одножильным кабелем. Сечение жилы кабеля зависит от расстояния между модулем и АКБ:

• расстояние менее 10 метров:
  • 1,5 мм2 на одну солнечную батарею мощностью 100 Вт;
  • на две батареи — 2,5 мм2;
  • три батареи — 4,0 мм2;
• расстояние больше 10 метров:
  • для подключения одной панели берем 2,5 мм2;
  • двух — 4,0 мм2;
  • трех — 6,0 мм2.

Можно брать сечение больше, но не меньше (будут большие потери, а оно нам не надо). При покупке проводов, обратите внимание на фактическое сечение, так как сегодня заявленные размеры очень часто не соответствуют действительным. Для проверки придется измерять диаметр и считать сечение (как это делать, прочесть можно тут).

Солнечные батареи для дома: электрическое подключение

При сборе системы можно плюсы солнечных батарей провести используя многожильный кабель подходящего сечения, а для минуса использовать один толстый. Перед подключением к аккумуляторам все «плюсы» пропускаем через диоды или диодные сборки с общим катодом. Это предотвращает возможность замыкания аккумулятора (может вызвать возгорание) при замыкании или обрыве проводов между батареями и аккумулятором.

Диоды используют типа SBL2040CT, PBYR040CT. Если такие на нашли, можно снять со старых блоков питания персональных компьютеров. Там обычно стоят SBL3040 или подобные. Пропускать через диоды желательно. Не забудьте что они сильно греются, так что монтировать их надо на радиаторе (можно на едином).

Еще в системе необходим блок предохранителей. По одному на каждого потребителя. Всю нагрузку подключаем через этот блок. Во-первых, система так безопаснее. Во-вторых, при возникновении проблем, проще определить ее источник (по сгоревшему предохранителю).

Гибкие солнечные панели

Сегодня бесплатная электроэнергия становится объектом интереса людей в любой стране на планете Земля. Нефть, газ и другие углеводороды остаются основными источниками энергии, строятся новые АЭС. Но о дешёвой электрической энергии пока остаётся только мечтать. Важным шагом в этом направлении стали альтернативные источники энергии. Если раньше они использовались только в высокотехнологичных сферах (космонавтика и т. п.) преимущественно государством. Теперь ситуация начинает меняться. В частных домах вовсю появляются «ветряки» и солнечные батареи. Специалисты в этой области делают ставку на использование энергии солнца и ветра. В последнее время солнечные батареи внедряются во всё новые области народного хозяйства. Их конструкция постепенно претерпевает некоторые изменения. В частности, появляются гибкие солнечные панели, о которых мы поговорим в этом материале.

Содержание статьи

Устройство гибких солнечных панелей

Преобразование энергии солнца в электрическую люди изучили достаточно давно, но коммерческие образцы солнечных панелей появились на рынке только в последние годы. Ещё несколько десятилетий назад они использовались только в космонавтике или военной сфере. Сейчас выпущено множество устройств, которые функционируют от солнечной энергии. В качестве примера можно привести калькуляторы, аккумулятор для телефона с солнечной панелью, солнечная батарея для зарядки автомобильной АКБ, всевозможные водонагреватели и системы обогрева частных домов.

В общем случае принцип действия солнечных батарей следующий. Лучи солнца нагревают кремниевый полупроводник. В результате электроны перемещаются в определённом направлении. К каждому такому элементу припаивают выводы, собирают их в батарею и получается мобильная электростанция, работающая от солнечной энергии.

Самые первые солнечные батареи были тяжёлыми и крупногабаритными. Кроме того, у них был небольшой КПД. Но постепенно конструкция совершенствовалась, размеры уменьшались, а эффективность росла. Сейчас им уже не требуется максимальный солнечный свет для выработки электричества. Затем появились гибкие солнечные батареи, что стало существенным прорывом в области альтернативных источников энергии.

Гибкая панель – это полупроводниковый слой, который напылён на тонкую подложку. Современные образцы имеют толщину около 1 микрометра. При этом по производительности они примерно соответствуют обычным кристаллическим моделям. Первоначально такие батареи производились на базе аморфного кремния. Затем стали использовать:

• диселениды медь-индий, медь-галлий;
• теллуриды и сульфиды кадмия;
• полимерные соединения.

Чтобы увеличить эффективность гибких панелей производители используют многослойную конструкцию. В таких полупроводниковых модулях происходит отражение света и его преобразование происходит несколько раз. Современные технологии позволяют выпускать достаточно износостойкие и прочные панели, которые имеют малую толщину и все. Такие солнечные батареи можно складывать, сгибать, сворачивать. Естественно, что это нужно делать «без фанатизма». На грубую силу они не рассчитаны, но поход или туристическую поездку переносят без проблем.

Какие характерные особенности имеют гибкие солнечные модули? Можно назвать следующие:

• Есть возможность использования на криволинейной поверхности;
• Вырабатывают электричество даже в облачную погоду. То есть, имеют высокую общую выработку энергии;
• Эффективны в южных широтах;
• Высокий уровень оптического поглощения лучей солнца. То есть, более полное усвоение и переработка солнечной энергии;
• Хорошо работают в составе мощных гелиоустановок. По этой причине первоначально гибкие панели использовали на крупных гелиостанциях.

Стоит отметить и ещё один важный плюс гибких модулей. Они дешевле, чем кристаллические панели. Это положительно сказывается на конечной цене изделий из них. Не обходится и без недостатков. Гибкие батареи при одинаковой площади с кристаллическими моделями имеют в два большую площадь поверхности. А значит, занимают больше места при размещении.
Вернуться к содержанию
 

Гибридная солнечная панель

Стоит отдельно сказать про такую разновидность солнечных панелей, как гибридные. Это название они получили за то, что умеют вырабатывать сразу два типа энергии, тепло и электричество.

Гибридные солнечные панели, ещё называемые PVT, являются соединением фотоэлектрической батареи и коллектора тепла. Этот симбиоз даёт возможность в 2 раза уменьшить площадь развёртывания системы из теплового коллектора и фотоэлектрических батарей на каком-нибудь здании.

Существенный плюс заключается в том, что гибридная панель имеет возможность отбирать избыточное тепло от фотоэлементов. Это обеспечивает теплоноситель в коллекторе. Именно нагрев фотоэлемента уменьшает эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую. В случае гибридной батареи эта проблема частично решается.

На практике гибридные панели пока не получили широкого распространения. В настоящий момент они успешно используются в роли тепловых насосов, нагрева воды в бассейне, аккумулирования тепла скважины и т. п.

Вернуться к содержанию
 

Сферы применения гибких солнечных батарей

Гибкие фотоэлементы используются в промышленности и бытовой сфере. Из-за некоторых характеристик есть определённые ограничения на их использование. Довольно часто солнечные батареи с гибкими фотоэлементами применяются при отделке зданий. Их могут установить на крыше, в окнах, полимерных коробах и стеклянных триплексах. Поскольку эти панели имеют небольшой вес, то они востребованы там, вес конструкции критичен. В частности, это электрические самолёты, лодки, автомобили, аэростаты. Для всех этих механизмов гибкие гелиопанели лучше кристаллических моделей.

При этом должно быть достаточно площади, чтобы можно было использовать гибкие панели. Больше всего гибкие такие панели используются на гелиостанциях. Они без проблем функционируют в различных климатических зонах, в том числе, с пасмурной погодой. Гибкие солнечные модули используют в сфере медицины, пожарной службе, кинематографе, полиции, армии, мореплавании и т. п.

Ещё одним популярным направлением является созданием аккумуляторов на основе гелиопанелей. Есть power bank с солнечными фотоэлементами, которые можно брать с собой в поход, и заряжать от них ноутбука, смартфон, планшет, фонарь, навигатор и т. д. Есть даже специальные модули, предназначенные для ношения на рюкзаке. Мощность некоторых портативных моделей достигает 2,5─3 кВт, что позволяет обеспечить функционирование научно-исследовательской лаборатории на выезде.

Естественно, гибкие панели совершенствуются и используются в космической сфере. В частности, в НПП «Квант» ведётся разработка фотопанелей, предназначенных для использования на космической станции. Эти модели создаются на основе аморфного кремния. Они имеют энергоёмкость в 4─5 раз большую, чем у кристаллических батарей. Кроме того, они стоят дешевле и более устойчивы к радиации. Также стоит отметить малый вес, что особенно важно при доставке на орбиту.

Вернуться к содержанию
 

Преимущества и недостатки гелиопанелей

Плюсы

• Небольшая масса. Очень важно для туристов, а также во всех случаях, когда масса панели критична. Гибкая панель мощность 6 ватт весит около 300 грамм. По этому показателю она выигрывает у кристаллической примерно сто грамм;
• Надёжное функционирование. Их конструкция предусматривает ряд мер по защите панели от влаги и механического воздействия. Часто они оснащаются защитными чехлами. Благодаря небольшому весу гибкие панели легко переносят падение с высоты;
• Эффективная работа. В пересчёте на единицу веса гибкие панели эффективнее кристаллических, но КПД у них меньше.

Минусы

• По площади гибкие солнечные батареи значительно больше кристаллических при одинаковой мощности. Для модуля мощностью 6 ватт эти площади равны 1500 и 900 квадратных миллиметров;
• Выше цена. Хотя цена в какой-то мере обусловлена тем, что это достаточно новый продукт. Каких-то объективных причин, по которым гибкие панели стоят дороже, нет. Высокая цена, скорее всего, обусловлена малым тиражом подобных моделей.

Вернуться к содержанию
 

Выбор и покупка

Гибких гелиопанелей на рынке достаточно и многие имеют свои характерные особенности. Чтобы не ошибиться при выборе, нужно обращать внимание на следующие моменты:

• Сила тока. Величина этого показателя зависит от того, что вы собираетесь подключать к панели. К примеру, чтобы зарядить аккумулятор смартфона хватит 0,5─1 ампер;
• Обращайте внимание на КПД. Самый лучший показатель на этот момент около 17 процентов. Если вам предлагают большее значение КПД, будьте уверены, что перед вами подделка. Если такие характеристики нанесены на заводской упаковке, то этот производитель не заслуживает доверия;
• Дополнительные возможности. Есть гелиопанели с присосками, которые позволяют крепить их практически на любую поверхность. Такие пригодятся, если вы хотите установить солнечный модуль на автомобиль. А также есть модели с готовым креплением на рюкзак.

Вернуться к содержанию
 

Опрос

Примите участие в опросе!

 Загрузка …

Если статья оказалась полезной для вас, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию

Климат и экология: Среда обитания: Lenta.ru

Австралийский стартап SunDrive совершил прорыв в солнечной энергетике, создав самую эффективную и дешевую солнечную панель в истории. Молодой ученый Винс Аллен изобрел технологию, работая у себя в гараже в одиночку, и она превзошла разработки многомиллиардных китайских компаний, пишет Bloomberg.

Винс Аллен решил заменить серебро, которое обычно используется для вывода электричества из солнечных батарей, на более дешевый материал — медь. 32-летний кандидат наук из Университета Нового Южного Уэльса построил оборудование для исследований и разработок у себя в гараже и пробовал применить медь при создании солнечных панелей различными способами, пока не нашел рабочий метод.

Чтобы внедрять новую технологию на рынок, Аллен в 2015 году основал компанию SunDrive Solar. На этой неделе фирма получила официальное сообщение о том, что ее разработка побила рекорд по эффективности преобразования света в электричество. Такой результат показал анализ, проведенный независимым немецким Институтом исследований солнечной энергии Хамелин (ISFH). Показатель эффективности батареи SunDrive Solar составил 25,54 процента. Предыдущий рекорд — 25,26 процента — был установлен китайским гигантом Longi Green Energy Technology. В прошлом году азиатская компания была продана за 8,4 миллиарда долларов.

Материалы по теме

00:03 — 1 сентября

Смертельный сквозняк.

Как замазывание щелей и замена гнилых труб спасет человечество от глобальной катастрофы?

00:04 — 9 сентября

Всем по коробке.

Россияне начали скупать в Москве экстремально маленькие квартиры. Зачем они это делают?

Если австралийский стартап сможет вывести свою разработку на мировой рынок, стоимость солнечных батарей значительно снизится, и отрасль станет гораздо меньше зависеть от серебра. «Медь очень распространена и обычно стоит примерно в 100 раз меньше серебра», — объяснил Аллен. На сегодняшний день SunDrive привлекла около 7,5 миллиона долларов от компании Blackbird Ventures и других крупных инвесторов. Кроме того, молодое предприятие получило грант на сумму более двух миллионов долларов от государственного Агентства по возобновляемым источникам энергии (ARENA), продвигающего экологичные технологии.

Около 95 процентов солнечных панелей изготавливаются из фотоэлементов — маленьких ячеек из кремниевых пластин, преобразующих энергию солнца в постоянный электрический ток. Чтобы вывести ток, нужно соединить ячейки металлическими контактами. Для этой цели производители долгое время использовали серебро, так как этот металл имеет высокую прочность и пластичность. Однако серебро может составлять до 15 процентов от стоимости солнечной батареи. Бывший глава Suntech Power Holdings Ши Чжэнжун, получивший прозвище Король солнца за его огромную роль в индустрии, стал инвестором SunDrive и заявил, что исследователи уже давно пытаются применить медь в создании солнечных панелей. «Переход на медь — это то, чего мы давно желали, но добиться этого было очень трудно», — сказал он. Ши также выразил надежду, что производители перейдут к использованию серебра и меди в пропорции 50 на 50.

Сектор солнечной энергетики разрастается, так как экологическая повестка приобретает все большую актуальность. За 2020 год мировые объемы производства солнечных панелей рекордно выросли — общая мощность установок увеличилась на 23 процента и достигла 760 гигаватт.

Принцип работы солнечной батареи: как устроена панель

Эффективное преобразование бесплатных лучей солнца в энергию, которую можно использовать для электроснабжения жилья и иных объектов, – заветная мечта многих апологетов зеленой энергетики.

Но принцип работы солнечной батареи, и ее КПД таковы, что о высокой эффективности таких систем пока говорить не приходится. Было бы неплохо обзавестись собственным дополнительным источником электроэнергии. Не так ли? Тем более что уже сегодня и в России с помощью гелиопанелей “дармовой” электроэнергией успешно снабжается немалое количество частных домохозяйств. Вы все еще не знаете с чего начать?

Ниже мы расскажем вам об устройстве и принципах работы солнечной панели, вы узнаете, от чего зависит эффективность гелиосистемы. А размещенные в статье видеоролики помогут собственноручно собрать солнечную панель из фотоэлементов.

Содержание статьи:

Солнечные батареи: терминология

В тематике «солнечной энергетики» достаточно много нюансов и путаницы. Часто новичкам разобраться во всех незнакомых терминах поначалу бывает трудно. Но без этого заниматься гелиоэнергетикой, приобретая себе оборудование для генерации “солнечного” тока, неразумно.

По незнанию можно не только выбрать неподходящую панель, но и попросту сжечь ее при подключении либо извлечь из нее слишком незначительный объем энергии.

Галерея изображений

Фото из

Установка из солнечных панелей позволяет рационально использовать бесплатную, к тому же неисчерпаемую энергию солнечных лучей

Миниатюрные электростанции, собранные из солнечных батарей, обеспечат энергией неэлектрифицированные объекты и дома, расположенные в регионах с перебоями в поставке электричества

Установки, перерабатывающие УФ излучение в электроэнергию, занимают минимум места. их располагают на крышах домов, хозпостроек, гаражей, беседок, веранд. Реже их располагают на открытых, не занятых постройками и насаждениями площадках

Солнечные батареи — незаменимое оборудование для любителей путешествий. Оно обеспечит энергией вдали от источников электропитания

Использование солнечной энергии предоставит возможность существенно сократить затраты на содержание дач и загородных домов. собрать и установить экономически полезную систему без затруднений можно собственными руками

Расположенные на корме яхты, палубе корабля или носу катера солнечные батареи обеспечат электроэнергией, благодаря которой можно поддерживать стабильную связь с берегом

Портативная солнечная панель с аккумулятором исключит возникновение экстремальных ситуаций вдали от населенных пунктов, гарантирует зарядку мобильных устройств для общения с близкими

Выпускаемые специально для походов легкие компактные зарядные устройства на основе солнечных батарей обеспечат энергией телефоны, рации, планшеты и медиа-технику

Рациональное использование природных ресурсов

Обеспечение энергией неэлектрифицированных объектов

Монтаж солнечных панелей на крыше

Мобильная солнечная батарея в кемпинге

Самостоятельный монтаж на дачном участке

Генератор энергии в морских прогулках

Портативная солнечная панель с аккумулятором

Занимающий минимум места прибор

Вначале следует разобраться в существующих разновидностях оборудования для гелиоэнергетики. Солнечные батареи и солнечные коллекторы – это два принципиально разных устройства. Оба они преобразуют энергию лучей солнца.

Однако в первом случае на выходе потребитель получает энергию электрическую, а во втором тепловую в виде нагретого теплоносителя, т.е. солнечные панели используют для .

Максимум отдачи от солнечной панели можно будет получить, только зная, как она работает, из каких компонентов и узлов состоит и как все это правильно подключается

Второй нюанс – это понятие самого термина «солнечная батарея». Обычно под словом «батарея» понимается некое аккумулирующее электроэнергию устройство. Либо на ум приходит банальный отопительный радиатор. Однако в случае с гелиобатареями ситуация кардинально иная. Они ничего в себе не накапливают.

Солнечной панелью генерируется постоянный электроток. Чтобы преобразовать его в переменный (используемый в быту), в схеме должен присутствовать инвертор

Солнечные батареи предназначены исключительно для генерации электрического тока. Он, в свою очередь, накапливается для снабжения дома электричеством ночью, когда солнце опускается за горизонт, уже в присутствующих дополнительно в схеме энергообеспечения объекта аккумуляторах.

Батарея здесь подразумевается в контексте некой совокупности однотипных компонентов, собранных в нечто единое целое. Фактически это просто панель из нескольких одинаковых фотоэлементов.

Внутреннее устройство гелиобатареи

Постепенно солнечные батареи становятся все дешевле и эффективней. Сейчас они применяются для подзарядки аккумуляторов в уличных фонарях, смартфонах, электроавтомобилях, частных домах и на спутниках в космосе. Из них стали даже строить полноценные солнечные электростанции (СЭС) с большими объемами генерации.

Гелиобатарея состоит из множества фотоэлементов (фотоэлектрических преобразователей ФЭП), преобразующих энергию фотонов с солнца в электроэнергию

Каждая солнечная батарея устроена как блок из энного количества модулей, которые объединяют в себе последовательно соединенные полупроводниковые фотоэлементы. Чтобы понять принципы функционирования такой батареи, необходимо разобраться в работе этого конечного звена в устройстве гелиопанели, созданного на базе полупроводников.

Виды кристаллов фотоэлементов

Вариантов ФЭП из разных химических элементов существует огромное количество. Однако большая их часть – это разработки на начальных стадиях. В промышленных масштабах сейчас выпускаются пока что только панели из фотоэлементов на основе кремния.

Кремниевые полупроводники используются при изготовлении солнечных батарей из-за своей дешевизны, особо высоким КПД они похвастаться не могут

Обычный фотоэлемент в гелиопанели – это тонкая пластина из двух слоев кремния, каждый из которых имеет свои физические свойства. Это классический полупроводниковый p-n-переход с электронно-дырочными парами.

При попадании на ФЭП фотонов между этими слоями полупроводника из-за неоднородности кристалла образуется вентильная фото-ЭДС, в результате чего возникает разность потенциалов и ток электронов.

Кремниевые пластины фотоэлементов различаются по технологии изготовления на:

1. Монокристаллические.
2. Поликристаллические.

Первые имеют более высокий КПД, но и себестоимость их производства выше, нежели у вторых. Внешне один вариант от другого на солнечной панели можно различить по форме.

Галерея изображений

Фото из

Гелио-электростанция на загородном участке

Солнечные монокристаллические батареи

Внешний вид солнечных батарей на монокристаллах

Монокристаллическая единица солнечной батареи

Поставка готовой к монтажу солнечной батареи

Поликристаллический фотоэлемент для солнечной батареи

Гелио-батарея из поликристаллических фотоэлементов

Изготовление солнечной батареи своими руками

У монокристаллических ФЭП однородная структура, они выполняются в виде квадратов со срезанными углами. В отличие от них поликристаллические элементы имеют строго квадратную форму.

Поликристаллы получаются в результате постепенного охлаждения расплавленного кремния. Метод этот предельно прост, поэтому такие фотоэлементы и стоит недорого.

Но производительность в плане выработки электроэнергии из солнечных лучей у них редко превышает 15%. Связано это с “нечистотой” получаемых кремниевых пластин и внутренней их структурой. Здесь чем чище p-слой кремния, тем более высокий выходит КПД у ФЭП из него.

Чистота монокристаллов в этом отношении гораздо выше, нежели у поликристаллических аналогов. Их делают не из расплавленного, а из искусственно выращенного цельного кристалла кремния. Коэффициент фотоэлектрического преобразования у таких ФЭП уже достигает 20-22%.

В общий модуль отдельные фотоэлементы собираются на алюминиевой раме, а для защиты их сверху закрывают прочным стеклом, которое нисколько не препятствует солнечным лучам

Обращенный к солнцу верхний слой пластинки-фотоэлемента делается из того же кремния, но уже с добавлением фосфора. Именно последний будет источником избыточных электронов в системе p-n-перехода.

Настоящим прорывов в области использования солнечной энергии стала разработка гибких панелей с аморфным фотоэлектрическим кремнием:

Галерея изображений

Фото из

Гибкий вариант солнечной батареи

Наклейка гибкого фотоэлемента на жалюзи

Зарядка для мобильников на гибкой батарее

Устойчивая к механическим воздействиям панель

Принцип работы солнечной панели

При падении солнечных лучей на фотоэлемент в нем генерируются неравновесные электронно-дырочные пары. Избыточные электроны и «дырки» частично переносятся через p-n-переход из одного слоя полупроводника в другой.

В итоге во внешней цепи появляется напряжение. При этом на контакте p-слоя формируется положительный полюс источника тока, а на n-слоя – отрицательный.

Разность потенциалов (напряжение) между контактами фотоэлемента появляется из-за изменения числа «дырок» и электронов с разных сторон p-n-перехода в результате облучения n-слоя солнечными лучами

Подключенные к внешней нагрузке в виде аккумулятора фотоэлементы образуют с ним замкнутый круг. В результате солнечная панель работает, как своеобразное колесо, по которому вместе белки “бегают” электроны. А аккумуляторная батарея при этом постепенно набирает заряд.

Стандартные кремниевые фотоэлектрические преобразователи являются однопереходными элементами. Переток в них электронов происходит только через один p-n-переход с ограниченной по энергетике фотонов зоной этого перехода.

То есть каждый такой фотоэлемент способен генерировать электроэнергию только от узкого спектра солнечного излучения. Вся остальная энергия пропадает впустую. Поэтому-то и эффективность у ФЭП так низка.

Чтобы повысить КПД солнечных батарей, кремниевые полупроводниковые элементы для них в последнее время стали делать многопереходными (каскадными). В новых ФЭП переходов уже несколько. Причем каждый из них в этом каскаде рассчитан на свой спектр солнечных лучей.

Суммарная эффективность преобразования фотонов в электроток у таких фотоэлементов в итоге возрастает. Но и цена их значительно выше. Здесь либо простота изготовления с невысокой себестоимостью и низким КПД, либо более высокая отдача вкупе с высокой стоимостью.

Солнечная батарея может работать как летом, так и зимой (ей нужен свет, а не тепло) – чем меньше облачность и ярче светит солнце, тем больше гелиопанель сгенерирует электрического тока

При работе фотоэлемент и вся батарея постепенно греется. Вся та энергия, что не пошла на генерацию электротока, трансформируется в тепло. Часто температура на поверхности гелиопанели поднимается до 50–55 °С. Но чем она выше, тем менее эффективно работает фотогальванический элемент.

В итоге одна и та же модель солнечной батареи в жару генерирует тока меньше, нежели в мороз. Максимум КПД фотоэлементы показывают в ясный зимний день. Тут сказываются два фактора – много солнца и естественное охлаждение.

При этом если на панель будет падать снег, то электроэнергию она генерировать все равно продолжит. Более того, снежинки даже не успеют на ней особо полежать, растаяв от тепла нагретых фотоэлементов.

Эффективность батарей гелиосистемы

Один фотоэлемент даже в полдень при ясной погоде выдает совсем немного электроэнергии, достаточной разве что для работы светодиодного фонарика.

Чтобы повысить выходную мощность, несколько ФЭП объединяют по параллельной схеме для увеличения постоянного напряжения и по последовательной для повышения силы тока.

Эффективность солнечных панелей зависит от:

• температуры воздуха и самой батареи;
• правильности подбора сопротивления нагрузки;
• угла падения солнечных лучей;
• наличия/отсутствия антибликового покрытия;
• мощности светового потока.

Чем ниже температура на улице, тем эффективней работают фотоэлементы и гелиобатарея в целом. Здесь все просто. А вот с расчетом нагрузки ситуация сложнее. Ее следует подбирать исходя из выдаваемого панелью тока. Но его величина меняется в зависимости от погодных факторов.

Гелиопанели выпускаются с расчетом на выходное напряжение, кратное 12 В – если на аккумулятор надо подать 24 В, то две панели к нему придется подсоединить параллельно

Постоянно отслеживать параметры солнечной батареи и вручную корректировать ее работу проблематично. Для этого лучше воспользоваться , который в автоматическом режиме сам подстраивает настройки гелиопанели, чтобы добиться от нее максимальной производительности и оптимальных режимов работы.

Идеальный угол падения лучей солнца на гелиобатарею – прямой. Однако при отклонении в пределах 30-ти градусов от перпендикуляра эффективность панели падает всего в районе 5%. Но при дальнейшем увеличении этого угла все большая доля солнечного излучения будет отражаться, уменьшая тем самым КПД ФЭП.

Если от батареи требуется, чтобы она максимум энергии выдавала летом, то ее следует сориентировать перпендикулярно к среднему положению Солнца, которое оно занимает в дни равноденствия по весне и осени.

Для московского региона – это приблизительно 40–45 градусов к горизонту. Если максимум нужен зимой, то панель надо ставить в более вертикальном положении.

И еще один момент – пыль и грязь сильно снижают производительность фотоэлементов. Фотоны сквозь такую “грязную” преграду просто не доходят до них, а значит и преобразовывать в электроэнергию нечего. Панели необходимо регулярно мыть либо ставить так, чтобы пыль смывалась дождем самостоятельно.

Некоторые солнечные батареи имеют встроенные линзы для концентрирования излучения на ФЭП. При ясной погоде это приводит к повышению КПД. Однако при сильной облачности эти линзы приносят только вред.

Если обычная панель в такой ситуации будет продолжать генерировать ток пусть и в меньших объемах, то линзовая модель работать прекратит практически полностью.

Солнце батарею из фотоэлементов в идеале должно освещать равномерно. Если один из ее участков оказывается затемненным, то неосвещенные ФЭП превращаются в паразитную нагрузку. Они не только в подобной ситуации не генерируют энергию, но еще и забирают ее у работающих элементов.

Панели устанавливать надо так, чтобы на пути солнечных лучей не оказалось деревьев, зданий и иных преград.

Схема электропитания дома от солнца

Система солнечного электроснабжения включает:

1. Гелиопанели.
2. Контроллер.
3. .
4. Инвертор (трансформатор).

Контроллер в этой схеме защищает как солнечные батареи, так и АКБ. С одной стороны он препятствует протеканию обратных токов по ночам и в пасмурную погоду, а с другой – защищает аккумуляторы от чрезмерного заряда/разряда.

Аккумуляторные батареи для гелиопанелей следует подбирать одинаковые по возрасту и емкости, иначе зарядка/разрядка будут происходить неравномерно, что приведет к резкому снижению срока их службы

Для трансформации постоянного тока на 12, 24 либо 48 Вольта в переменный 220-вольтовый нужен . Автомобильные аккумуляторы применять в такой схеме не рекомендуется из-за их неспособности выдерживать частые перезарядки. Лучше всего потратиться и приобрести специальные гелиевые AGM либо заливные OPzS АКБ.

Выводы и полезное видео по теме

Принципы работы и не слишком сложны для понимания. А с собранными нами ниже видеоматериалами разобраться во всех тонкостях функционирования и установки гелиопанелей будет еще проще.

Доступно и понятно, как работает фотоэлектрическая солнечная батарея, во всех подробностях:

Как устроены солнечные батареи смотрите в следующем видеоролике:

Сборка солнечной панели из фотоэлементов своими руками:

Каждый элемент в коттеджа должен быть подобран грамотно. Неизбежные потери мощности происходят на аккумуляторах, трансформаторах и контроллере. И их обязательно надо сократить до минимума, иначе и так достаточно низкая эффективность гелиопанелей окажется сведена вообще к нулю.

В ходе изучения материала появились вопросы? Или вы знаете ценную информацию по теме статьи и можете сообщить ее нашим читателям? Пожалуйста, оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке.

Из чего сделаны солнечные панели и как они сделаны?

Поскольку солнечная энергия становится все более популярной для использования в жилых помещениях, у вас, вероятно, были несколько соседей, устанавливающих солнечные панели, и вы, возможно, даже думаете о приобретении системы для вашего собственного дома. Но прежде чем внедрить эту технологию, вы можете спросить: из чего сделаны солнечные панели и как они сделаны?

Многие люди просто согласны с тем, что солнечные панели работают, и это все, что нам нужно о них знать, но для тех, кто интересуется с научной и технической точки зрения, каждая отдельная солнечная панель содержит целый мир интересных компонентов и материалов.Продолжайте читать, чтобы узнать больше о том, что на самом деле составляет солнечная панель.

Из чего сделаны солнечные панели?

Когда вы сталкиваетесь с солнечной панелью, она может выглядеть просто как единый комплексный блок, но правда в том, что солнечные панели состоят из множества химических компонентов и материалов, каждый из которых имеет решающее значение для эффективного и действенного преобразования солнечного света в полезную электроэнергию. .

Начнем с того, что практически все солнечные фотоэлектрические (PV) панели используют пластины кристаллического кремния в качестве основного материала компонентов.Кремний используется для создания полупроводников примерно для 95% всех солнечных панелей, представленных сегодня на рынке, а остальные 5% используют экспериментальные и разрабатываемые технологии, такие как органические фотоэлектрические элементы.

Полупроводники, созданные для солнечных панелей, создают электричество: при взаимодействии с солнечным светом электроны в этом материале высвобождаются, что является основой электричества. Этот процесс называется фотоэлектрическим эффектом, и именно так солнечные панели генерируют энергию.

Конечно, солнечные фотоэлементы не смогут обеспечить питание вашего дома без остальных компонентов, включая стекло, пластик, металл и проводку. Солнечные панели обычно покрыты слоем стекла и антибликовым покрытием, чтобы защитить чувствительные кремниевые солнечные элементы, при этом пропуская свет. Вся конструкция поддерживается пластиковым / полимерным каркасом для установки на крыше или в наземной солнечной системе.

Как и в случае с любой современной и прогрессивной технологией, особенно в области энергетики, солнечные панели бывают разных стилей, подкомпонентов и конструкций.Наиболее распространенными видами солнечных панелей являются монокристаллические солнечные панели, поликристаллические солнечные панели и тонкопленочные солнечные панели:

• Панели из монокристаллического кремния изготовлены из монокристалла. Это самые эффективные солнечные панели, но они также и самые дорогие.
• Солнечные элементы из поликристаллического кремния состоят из нескольких кристаллов кремния, сплавленных вместе. Они не так высокоэффективны, как монокристаллические панели, но они более экономичный вариант солнечной энергии на крыше.
• Тонкопленочные солнечные элементы изготовлены из аморфного кремния, что делает их наиболее гибкими, но при этом наименее эффективными.

Почему солнечные панели сделаны из силикона?

Поскольку силикон является преобладающим материалом для создания солнечных панелей, возникает естественный вопрос: почему? Силикон использовался в качестве полупроводникового материала для солнечных фотоэлектрических панелей на протяжении большей части истории солнечной индустрии.

Изучая все возможные материалы в периодической таблице, разработчики ранних и современных солнечных панелей обнаружили, что силикон действительно обладал рядом идеальных свойств, которые сделали его идеальным кандидатом в качестве этого полупроводникового материала:

• Силикон широко доступен и доступен как элементарный материал, что делает его подходящим для крупномасштабных систем.
• С точки зрения химии и электроники, силикон довольно легко оптимизировать для получения фотоэлектрического эффекта, который эффективно преобразует солнечный свет в электричество.
• В качестве составного материала силикон признан имеющим долгий срок службы, что делает вложения в солнечные панели еще более выгодными.

Как изготавливаются солнечные панели?

Из-за того, сколько солнечных панелей необходимо для удовлетворения растущего мирового спроса на новые солнечные установки, производственный процесс стал довольно оптимизированным и стандартизированным.

Производители солнечных батарей начинают с создания кремниевых элементов — процесса, который включает плавление силиконового материала и смешивание его с поддерживающими элементами. Затем они создают листы материала, которые можно разрезать и превращать в составные ячейки. Эта часть процесса обычно влечет за собой массовое производство и лазерную резку для ускорения производства. Готовые ячейки затем защищаются слоем материала, такого как стекло или пластик.

После того, как солнечные элементы созданы, их необходимо соединить вместе, придав им нужный размер, форму и конфигурацию.Для этого производители припаивают их к основанию солнечной панели, которое выполнено из токопроводящего металла. База содержит ячейки, а также передает электроэнергию, которую они вырабатывают, в одно место, независимо от того, отправляется ли она в здание, в местную электросеть или в другое место.

На этом этапе все, что осталось, — это подключить солнечный модуль к внешней полимерной раме, которая удерживает панель и изолирует электрические компоненты, покрывая все защитным слоем стекла.Наконец, производители упаковывают панели и отправляют их установщикам.

Являются ли солнечные панели экологически безопасными?

В то время как солнечная энергия часто рассматривается как маяк чистой энергии в мире, который быстро поддается изменению климата, недоброжелатели будут указывать на то, что производство солнечных панелей имеет свои собственные экологические соображения.

Поскольку за последние несколько десятилетий технология солнечных панелей улучшилась, производственный процесс продолжал становиться менее загрязняющим, как показано в академическом исследовании, которое обнаружило «сильные тенденции к снижению воздействия на окружающую среду» от производства солнечных панелей в период с 1975 по 2015 год.

Темпы улучшения не остановились в последние годы, и определение наиболее экологически чистых материалов и производственных процессов остается главным приоритетом для всех основных производителей солнечной энергии. Более того, соображения по окончании срока службы солнечных панелей активно включаются в жизненный цикл солнечных панелей, при этом производители разрабатывают способы вторичной переработки панелей и их компонентов, чтобы еще больше минимизировать их влияние.

С учетом сказанного, бесплатного обеда не бывает.Производство любого продукта требует энергии и ресурсов, а это означает, что процесс по своей сути добавляет в атмосферу углекислый газ — именно то, что эта возобновляемая энергия стремится минимизировать.

Хотя это правда, что солнечные панели имеют экологические издержки для их производства, строительство электростанций и ветряных турбин тоже; добыча и сжигание ископаемого топлива; и любой другой способ получения полезной энергии. Но с солнечными панелями, срок службы которых составляет 25 лет и более, это воздействие на окружающую среду распространяется на длительный период, в то время как фактическое производство электроэнергии требует нулевого расхода топлива.

В расчете на киловатт-час в течение срока службы солнечной панели чистое воздействие намного ниже, чем почти у любого другого источника энергии, и это влияние становится еще меньше с постоянным совершенствованием технологий, цепочек поставок и программ утилизации.

Подходит ли вам солнечная энергия?

Поскольку энергетические компании стремятся решить проблему изменения климата, а экологически сознательные потребители энергии осознают преимущества производства собственной электроэнергии, солнечная энергия становится гораздо более распространенным источником электроэнергии.

После того, как еще в 2010 году солнечная энергия в США была всего лишь отметкой на радаре, за последнее десятилетие мощность солнечной энергии в США выросла в 50 раз и достигла почти 76 гигаватт, генерируя достаточно энергии для питания 19 миллионов домашних хозяйств в среднем.

Большинство людей наблюдали эту тенденцию к экологически чистой энергии, наблюдая, как соседи покупают солнечные батареи, сталкиваются с солнечными установками на вершине местного бизнеса или даже проезжают мимо полноразмерной солнечной фермы. Но подходит ли солнечная энергия для вашего дома?

Для многих домовладельцев решение сводится к стоимости.Вы можете бесплатно и без каких-либо обязательств получить оценку от ведущей солнечной компании в вашем районе, заполнив 30-секундную форму ниже.

Часто задаваемые вопросы: из чего сделаны солнечные панели?

Из каких изделий сделаны солнечные батареи?

Солнечные панели состоят из множества солнечных элементов, набора проводки для подключения этих солнечных элементов к основе из проводящего материала, стеклянного или пластикового защитного кожуха как для отдельных элементов, так и для всей панели, а также рамы, используемой для размещения всех этих компонентов.Материальные компоненты обычно включают в себя силикон или другой полупроводниковый материал, металл, пластик или стекло, а также устройства для электромонтажа.

Опасно ли жить рядом с солнечной фермой?

Солнечные фермы не производят никаких выбросов, шума, загрязнения или других внешних опасностей. Они также не повлияют на уровень солнечного света, который испытывают те, кто живет рядом с ними. Опасные материалы, которые иногда обсуждаются в отношении солнечных панелей, безопасно содержатся внутри самих панелей и вызывают беспокойство только при определении того, как утилизировать или переработать эти панели, поэтому они не представляют опасности для тех, кто живет поблизости.

Какие токсичные материалы содержатся в солнечных батареях?

Некоторые металлические и химические материалы в солнечной панели могут быть токсичными и опасными при контакте с людьми, включая панели, которые могут иметь покрытия из теллурида кадмия, мышьяка, шестивалентного хрома, меди или селен. Однако при обычной эксплуатации эти материалы надежно защищены и не представляют прямого риска.

Из чего сделана задняя часть солнечной панели?

Задняя часть солнечной панели, известная как задний лист, изготовлена ​​из комбинации полимера или пластика.Он обеспечивает изоляцию от электрических компонентов панели.

Из чего сделаны солнечные панели? Объяснение материалов панелей

Время чтения: 6 минут

Солнечная энергия вошла в массовое производство как самый дешевый в мире источник энергии, что заставляет многих задуматься, как солнечные фотоэлектрические системы могут быть такими эффективными и недорогими, при этом обеспечивая «зеленую» энергию. Ответ на этот вопрос означает понимание того, как работает солнечная энергия, как производятся солнечные панели и каковы их части.Большинство панелей, доступных на рынке, изготовлены из монокристаллического, поликристаллического или тонкопленочного («аморфного») кремния. В этой статье мы расскажем о различных способах изготовления солнечных элементов и о том, какие детали необходимы для производства солнечных батарей.

Основные выводы о создании солнечных панелей

• Солнечные панели обычно изготавливаются из нескольких ключевых компонентов: кремния, металла и стекла
• Стандартные панели изготавливаются либо из монокристаллического, либо из поликристаллического кремния
• Начните сравнивать цены на солнечные батареи на EnergySage Marketplace, чтобы увидеть варианты оборудования бок о бок

Из чего сделаны солнечные панели?

Материалы, из которых изготовлены элементы для солнечных панелей, являются лишь частью самой солнечной панели.Процесс производства солнечных панелей объединяет шесть различных компонентов для создания функционирующей солнечной панели. Эти детали включают кремниевые солнечные элементы, металлический каркас, стеклянный лист, стандартный провод 12 В и провод шины . Если вы интересуетесь материалами для солнечных панелей и хотите сделать это своими руками, возможно, вам даже понадобится гипотетический список «ингредиентов» для самостоятельного производства. Вот объяснение общих частей солнечной панели:

Кремниевые солнечные элементы

Кремниевые солнечные элементы преобразуют солнечный свет в электричество с помощью фотоэлектрического эффекта.Спаянные вместе в матричной структуре между стеклянными панелями, кремниевые ячейки взаимодействуют с тонкой стеклянной пластиной и создают электрический заряд.

Металлический каркас (обычно алюминий)

Металлический каркас солнечной панели полезен по многим причинам; защищает от неблагоприятных погодных условий или других опасных сценариев, а также помогает установить солнечную панель под нужным углом.

Стеклянный лист

Стеклянный лист кожуха обычно имеет толщину 6-7 миллиметров, и хотя он тонкий, он играет большую роль в защите кремниевых солнечных элементов внутри.

В дополнение к самим солнечным элементам стандартная солнечная панель включает в себя стеклянный кожух на передней части панели для увеличения прочности и защиты кремниевых фотоэлектрических элементов. Под стеклянной внешней стороной панели есть кожух для изоляции и защитный задний лист, который помогает ограничить рассеивание тепла и влажность внутри панели. Изоляция особенно важна, потому что повышение температуры приведет к снижению эффективности, что приведет к снижению мощности солнечной панели. Таким образом, производители фотоэлектрических элементов должны прилагать все усилия, чтобы обеспечить улавливание света без перегрева технологии.

Стандартный провод 12 В

Провод 12 В помогает регулировать количество энергии, передаваемой в ваш инвертор, что способствует устойчивости и эффективности модуля.

Провод шины

Провода шины используются для параллельного подключения кремниевых солнечных элементов. Провода шины покрыты тонким слоем припоя для облегчения пайки и достаточно толстые, чтобы пропускать электрические токи.

Как производятся солнечные панели

Солнечные панели состоят из монокристаллических или поликристаллических кремниевых солнечных элементов, спаянных вместе и закрытых антибликовым стеклянным покрытием.Как только свет попадает на солнечные элементы, начинается фотоэлектрический эффект и создается электричество. Пять ключевых шагов при изготовлении солнечной панели:

1. Сделайте солнечные элементы

2. Спаяйте солнечные элементы вместе, чтобы создать панель

3. Установите задний лист, передний стеклянный слой и раму

4. Установите распределительная коробка

5. Проверка качества

Сделайте солнечные элементы

Основными компонентами солнечной панели являются солнечные элементы. Солнечные элементы P-типа или n-типа представляют собой смесь кристаллического кремния и галлия или бора для создания слитка кремния.Когда в смесь добавлен фосфор, клетки могут проводить электричество. Слиток кремния затем разрезается на тонкие листы и покрывается антибликовым слоем. Затем в ячейках прорезают тонкие щели, чтобы направить электрический ток.

Сравнение солнечных элементов N-типа и P-типа

Разница между кремниевыми элементами p-типа и n-типа заключается в их химическом составе. Элементы P-типа заряжены положительно из-за слоя бора, тогда как кремниевые элементы n-типа построены на основе фосфора, что дает им отрицательный заряд.Клетки N-типа обычно более эффективны, чем клетки p-типа, из-за того, как они взаимодействуют с падающим светом. В отличие от клеток p-типа, клетки n-типа разрушаются быстрее при воздействии большого количества света, например, в летние месяцы.

Спаяйте солнечные элементы вместе, чтобы создать панель.

После того, как фосфор даст кремниевым пластинам их электрический заряд, металлические соединители соединят каждый солнечный элемент в процессе, называемом пайкой. Количество одновременно спаянных элементов зависит от того, насколько большой будет солнечная панель.Для справки: 60 ячеек-панелей имеют стандартный размер, а 72-ячеечные панели обычно используются для коммерческих проектов.

Установите задний лист, передний стеклянный слой и раму.

Задний лист устанавливается на дно солнечных элементов для защиты и обычно изготавливается из сверхпрочного пластика. Затем поверх солнечных элементов устанавливается тонкий лист стекла, чтобы отфильтровать солнечный свет в солнечные элементы. Эти части скреплены клеем, называемым этиленвинилацетатом (EVA).Все эти компоненты заключены в металлический каркас, который фиксируется на монтажных зажимах на крыше.

Установите распределительную коробку.

Распределительная коробка защищает проводку солнечной панели от повреждений, чтобы поток электричества продолжал двигаться от панели к ее инвертору, предотвращая изменение направления электричества в обратном направлении. Эта функция важна в тех случаях, когда солнечная панель не производит электричество, потому что вместо этого она будет пытаться потреблять энергию. Распределительная коробка не допускает реверсирования электрического потока, поэтому ваши солнечные панели могут работать правильно.

Проверка качества

Каждая солнечная панель, поступающая на рынок, проверяется в соответствии со Стандартными условиями испытаний (STC), чтобы гарантировать, что панели соответствуют их прогнозируемым выходным характеристикам, эффективности и всем остальным, которые производитель обещает в своих технических спецификациях. Панели помещаются в тестер вспышки, где моделируются «стандартные» условия: освещенность 1000 Вт / м2, температура ячейки 25 ° C и масса воздуха 1,5 г. Если он пройдет, солнечная панель готова к отгрузке и установке.

Фотоэлектрические элементы, монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные панели

Солнечные фотоэлектрические элементы состоят из нескольких частей, наиболее важными из которых являются кремниевые элементы.Кремний, атомный номер 14 в периодической таблице, представляет собой неметалл с проводящими свойствами, которые дают ему способность преобразовывать солнечный свет в электричество. Когда свет взаимодействует с кремниевой ячейкой, он приводит в движение электроны, что инициирует поток электричества. Это известно как «фотоэлектрический эффект».

Однако кремниевые элементы сами по себе не могут обеспечить электричеством ваш дом. Они соединены с металлическим корпусом и проводкой, которые позволяют электронам солнечного элемента улетучиваться и обеспечивать полезную мощность.Кремний имеет несколько различных структур ячеек: одноклеточный (монокристаллический), поликристаллический или аморфный , чаще всего ассоциируются с тонкопленочными солнечными панелями.

Процесс производства солнечных панелей

Монокристаллические солнечные панели производятся из одного большого кремниевого блока и изготавливаются в форматах кремниевых пластин. Производственный процесс включает вырезание отдельных пластин из кремния, которые можно прикрепить к солнечной панели.Монокристаллические кремниевые элементы более эффективны, чем поликристаллические или аморфные солнечные элементы. Производство отдельных монокристаллических пластин является более трудоемким и, следовательно, более дорогим в производстве, чем поликристаллические ячейки. Монокристаллические элементы имеют отчетливый черный эстетический вид и часто ассоциируются с гладким внешним видом панелей премиум-класса SunPower.

Поликристаллические солнечные элементы также являются кремниевыми элементами, но вместо того, чтобы формироваться в виде большого блока и разрезаться на пластины, они производятся путем плавления нескольких кристаллов кремния вместе.Многие молекулы кремния плавятся, а затем повторно соединяются вместе в самой панели. Поликристаллические ячейки менее эффективны, чем монокристаллические, но они также менее дороги. Они имеют голубоватый оттенок, который часто ассоциируется с эстетикой солнечных панелей SolarWorld.

Наконец, аморфные кремниевые элементы создают гибкие материалы для солнечных панелей, которые часто используются в тонкопленочных солнечных панелях. Ячейки из аморфного кремния не являются кристаллическими и вместо этого прикреплены к подложке, такой как стекло, пластик или металл.По этой причине тонкопленочные солнечные панели верны своему названию: они тонкие и гибкие, в отличие от стандартных. Несмотря на то, что аморфные солнечные элементы являются идеальным вариантом использования для универсальности, они очень неэффективны по сравнению с моно- или поликристаллическими элементами. First Solar наиболее известна производством тонкопленочных панелей в США.

После создания уникального типа солнечных элементов производители солнечных панелей завершают процесс, подключая электрические системы, добавляя антибликовое покрытие к элементам и корпусу. вся система в металлическом и стеклянном корпусе.

Можете ли вы сделать солнечные панели самостоятельно?

Для тех, кто хочет установить солнечную батарею и рассматривает возможность самостоятельного использования, необходимо учитывать ряд факторов, таких как гарантии, долговечность продукции, эффективность и общая стоимость. Чтобы получить полное представление об этой поломке, ознакомьтесь с нашей статьей о плюсах и минусах солнечных батарей, сделанных своими руками. Если вы ищете индивидуальную оценку стоимости солнечной установки в зависимости от вашего конкретного местоположения и типа крыши, попробуйте наш солнечный калькулятор.Для домовладельцев, заинтересованных в получении предложений от местных предварительно отобранных установщиков, посетите EnergySage Solar Marketplace.

с низким содержанием cvr

Солнечная энергия не всегда так экологична, как вы думаете

Солнечные панели, мерцающие на солнце — символ всего зеленого. Но хотя производство электроэнергии с помощью фотоэлектрических элементов действительно лучше для окружающей среды, чем сжигание ископаемого топлива, несколько инцидентов связали изготовление этих ярких символов экологической добродетели с химическим загрязнением.И оказывается, что время, необходимое для компенсации затраченной энергии и выбросов парниковых газов при производстве фотоэлектрических панелей, существенно зависит от технологии и географии.

Это плохие новости. Хорошая новость заключается в том, что отрасль может легко устранить многие существующие разрушительные побочные эффекты. В самом деле, давление в пользу этого нарастает, отчасти потому, что с 2008 года производство фотоэлектрической энергии переместилось из Европы, Японии и США в Китай, Малайзию, Филиппины и Тайвань; сегодня почти половина фотоэлектрических элементов в мире производится в Китае.В результате, хотя общий послужной список отрасли хороший, страны, которые производят больше всего фотоэлектрических элементов сегодня, обычно делают худшую работу по защите окружающей среды и своих работников.

Чтобы точно понять, в чем заключаются проблемы и как их можно решить, полезно немного узнать о том, как изготавливаются фотоэлектрические панели. Хотя солнечная энергия может быть получена с помощью различных технологий, подавляющее большинство солнечных элементов сегодня начинаются с кварца, наиболее распространенной формы кремнезема (диоксида кремния), который перерабатывается в элементарный кремний.Есть первая проблема: кварц добывают в шахтах, что подвергает горняков одной из старейших профессиональных опасностей цивилизации — силикозу, заболеванию легких.

Первоначальное рафинирование превращает кварц в металлургический кремний, вещество, которое в основном используется для упрочнения стали и других металлов. Это происходит в гигантских печах, и поддержание их в горячем состоянии требует много энергии, к которой мы вернемся позже. К счастью, уровни образующихся выбросов — в основном двуокиси углерода и двуокиси серы — не могут причинить большого вреда людям, работающим на заводах по переработке кремния, или окружающей среде.

Однако следующий шаг — превращение металлургического кремния в более чистую форму, называемую поликремнием, — создает очень токсичное соединение тетрахлорид кремния. Процесс очистки включает объединение соляной кислоты с металлургическим кремнием, чтобы превратить его в так называемые трихлорсиланы. Затем трихлорсиланы реагируют с добавленным водородом, образуя поликремний вместе с жидким тетрахлоридом кремния — три или четыре тонны тетрахлорида кремния на каждую тонну поликремния.

Фото: Imaginechina / AP Photo
Кислотный сток: Сточные воды выходят с завода, которым управляет Jinko Solar Holding Co.В 2011 году фтористоводородная кислота, используемая компанией для производства солнечных батарей, загрязнила речную воду, убив сотни рыб и десятки свиней.

Большинство производителей перерабатывают эти отходы, чтобы произвести больше поликремния. Улавливание кремния из тетрахлорида кремния требует меньше энергии, чем получение его из сырого диоксида кремния, поэтому переработка этих отходов может сэкономить деньги производителям. Но оборудование для переработки может стоить десятки миллионов долларов. Таким образом, некоторые предприятия просто выбросили побочный продукт.При контакте с водой — а это трудно предотвратить, если она случайно выброшена, — тетрахлорид кремния выделяет соляную кислоту, подкисляя почву и выделяя вредные пары.

Когда индустрия фотоэлектрических элементов была меньше, производители солнечных элементов получали кремний от производителей микросхем, которые отказывались от пластин, не отвечающих требованиям компьютерной индустрии к чистоте. Но бум фотогальваники потребовал большего, чем остатки полупроводниковой промышленности, и в Китае было построено много новых заводов по переработке поликремния.В то время в немногих странах были строгие правила, касающиеся хранения и утилизации отходов тетрахлорида кремния, и Китай не был исключением, как выяснили некоторые репортеры Washington Post.

В исследовании газеты, опубликованном в марте 2008 года, описывался китайский завод по производству поликремния, принадлежащий Luoyang Zhonggui High-Technology Co., расположенный недалеко от Желтой реки в провинции Хэнань. Этот объект поставлял поликремний для Suntech Power Holdings, в то время крупнейшего в мире производителя солнечных элементов, а также для нескольких других известных компаний, работающих в области фотоэлектрических систем.

Журналисты обнаружили, что компания сбрасывала отходы тетрахлорида кремния на соседние поля вместо того, чтобы вкладывать средства в оборудование, которое могло бы их переработать, делая эти поля бесполезными для выращивания сельскохозяйственных культур и вызывая воспаление глаз и горла близлежащих жителей. В статье говорилось, что компания не единственная в этой практике.

После публикации статьи Washington Post цены на акции компаний, работающих в сфере солнечной энергетики, упали. Инвесторы опасались, что это разоблачение подорвет отрасль, которая так полагается на свои экологические достижения.В конце концов, это то, что привлекает большинство клиентов и привлекает общественную поддержку политики, способствующей внедрению солнечной энергии, такой как налоговый кредит на возобновляемые источники энергии для жилищного строительства в Соединенных Штатах. Те, кто покупает солнечные системы для жилых домов, могут вычесть 30 процентов стоимости из своих налоговых счетов до истечения срока действия льгот в 2016 году.

Чтобы защитить репутацию отрасли, производители фотоэлектрических панелей начали интересоваться экологической практикой своих поставщиков поликремния.Следовательно, сейчас ситуация улучшается. В 2011 году Китай установил стандарты, согласно которым компании должны перерабатывать не менее 98,5% отходов тетрахлорида кремния. Этим стандартам легко соответствовать, если на заводах установлено надлежащее оборудование. Тем не менее, еще предстоит увидеть, насколько хорошо соблюдаются правила.

Эта проблема может полностью исчезнуть в будущем. Исследователи из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии в Голдене, штат Колорадо, ищут способы производства поликремния с этанолом вместо химических веществ на основе хлора, тем самым полностью избегая образования тетрахлорида кремния.

Борьба за сохранение зеленого цвета фотоэлектрических элементов не заканчивается на производстве поликремния. Производители солнечных элементов очищают куски поликремния, чтобы сформировать слитки, похожие на кирпичи, а затем разрезают слитки на пластины. Затем они вводят примеси в кремниевые пластины, создавая основную архитектуру солнечных элементов, создающую фотоэлектрический эффект.

Все эти шаги связаны с опасными химическими веществами. Например, производители полагаются на фтористоводородную кислоту для очистки пластин, устранения повреждений, вызванных распиливанием, и текстурирования поверхности для лучшего улавливания света.Плавиковая кислота отлично справляется со всем этим, но когда она касается незащищенного человека, эта сильно коррозионная жидкость может разрушить ткани и декальцинировать кости. Таким образом, обращение с фтористоводородной кислотой требует особой осторожности, и ее необходимо утилизировать должным образом.

Но несчастные случаи все же случаются, и они более вероятны в местах с ограниченным опытом производства полупроводников или слабыми экологическими нормативами. В августе 2011 года завод в китайской провинции Чжэцзян, принадлежащий Jinko Solar Holding Co., одна из крупнейших в мире фотоэлектрических компаний, пролила фтористоводородную кислоту в близлежащую реку Муцзяцяо, в результате чего погибли сотни рыб. А фермеры, работающие на прилегающих землях, которые использовали зараженную воду для мытья своих животных, случайно убили десятки свиней.

При исследовании мертвых свиней китайские власти обнаружили уровни фтористоводородной кислоты в реке, в 10 раз превышающие допустимый предел, и предположительно провели эти измерения спустя много времени после того, как большая часть фтористоводородной кислоты вымылась ниже по течению.Сотни местных жителей, расстроенные инцидентом, штурмовали и временно оккупировали производственный объект. И снова инвесторы отреагировали: когда на следующий день основные средства массовой информации опубликовали эту новость, цена акций Jinko упала более чем на 40 процентов, что привело к потере стоимости почти на 100 миллионов долларов США.

Эта угроза окружающей среде не должна продолжаться. Исследователи из Rohm & Haas Electronic Materials, дочерней компании Dow Chemical, определили заменители фтористоводородной кислоты, используемой в производстве солнечных элементов.Один хороший кандидат — гидроксид натрия (NaOH). Хотя NaOH сам по себе является едким химическим веществом, его легче обрабатывать и утилизировать, чем плавиковую кислоту, и он менее опасен для рабочих. Также легче обрабатывать сточные воды, содержащие NaOH.

Хотя более 90 процентов фотоэлектрических панелей, производимых сегодня, начинаются с поликремния, существует более новый подход: технология тонкопленочных солнечных элементов. Тонкопленочные разновидности, вероятно, вырастут на рынке в течение следующего десятилетия, потому что они могут быть столь же эффективными, как солнечные элементы на основе кремния, и при этом дешевле в производстве, поскольку они потребляют меньше энергии и материалов.

Источник: Аргоннская национальная лаборатория / Fengqi You et al.
Углерод в созидании: Производителям солнечных панелей требуется электричество и тепловая энергия, а выбросы углерода от их производства могут сильно различаться в зависимости от местоположения. Панели, произведенные в Китае, который в значительной степени использует уголь для выработки электроэнергии, имеют больший углеродный след, чем панели, произведенные в Европе.

Изготовители тонкопленочных ячеек наносят слои полупроводникового материала непосредственно на подложку из стекла, металла или пластика вместо того, чтобы вырезать пластины из слитка кремния.Это дает меньше отходов и полностью исключает сложное плавление, вытягивание и нарезку, используемое для изготовления традиционных ячеек. По сути, кусок стекла вставляется в один конец фабрики, а полностью функциональный фотоэлектрический модуль выходит из другого.

Переход на тонкопленочные солнечные элементы устраняет многие риски для окружающей среды и безопасности при производстве, поскольку отпадает необходимость в некоторых проблемных химикатах — плавиковой или соляной кислоте. Но это не значит, что вы можете автоматически поставить отметку на тонкопленочном солнечном элементе как зеленый.

Сегодня преобладающими тонкопленочными технологиями являются теллурид кадмия и более поздний конкурент селенид галлия, индия, меди (CIGS). В первом случае один полупроводниковый слой состоит из теллурида кадмия; второй — сульфид кадмия. В последнем случае основным полупроводниковым материалом является CIGS, а вторым слоем обычно является сульфид кадмия. Таким образом, каждая из этих технологий использует соединения, содержащие кадмий тяжелого металла, который является одновременно канцерогеном и генотоксином, а это означает, что он может вызывать наследственные мутации.

Такие производители, как First Solar, базирующаяся в Темпе, штат Аризона, имеют большой опыт защиты рабочих от воздействия кадмия во время производства. Но имеется мало информации о воздействии кадмия на рабочих на ранних стадиях жизненного цикла металла на цинковых рудниках, где большая часть кадмия образуется в процессе плавки, в ходе которого кадмий очищается и превращается в полупроводниковые материалы. Воздействия после того, как солнечные панели были выброшены, также вызывают озабоченность. Большая часть теллурида кадмия, который производители утилизируют из-за повреждений или производственных дефектов, перерабатывается в безопасных контролируемых условиях.Что касается постпотребительской части уравнения, отрасль активно создала схему сбора и переработки солнечных панелей в Европе. Отдельные компании также внедрили программы утилизации, такие как система возврата First Solar с предварительным финансированием. Но нужно сделать больше; не каждый потребитель имеет доступ к программе бесплатного возврата, и действительно, многие потребители могут даже не осознавать необходимости ответственно утилизировать панели.

Лучший способ избежать воздействия токсичного кадмия на рабочих и окружающую среду — это свести к минимуму его количество или вообще не использовать кадмий.Два основных производителя фотоэлектрических систем CIGS — Avancis и Solar Frontier — уже используют сульфид цинка, относительно безвредный материал, вместо сульфида кадмия. И исследователи из Бристольского университета и Университета Бата в Англии; Калифорнийский университет в Беркли; и многие другие академические и правительственные лаборатории пытаются разработать тонкопленочные фотоэлектрические элементы, которые не требуют токсичных элементов, таких как кадмий, или редких элементов, таких как теллур. Тем временем First Solar неуклонно сокращает количество кадмия, используемого в своих солнечных элементах.

Токсичность — не единственная проблема. Для производства солнечных элементов требуется много энергии. К счастью, поскольку эти элементы вырабатывают электричество, они окупают первоначальные затраты энергии; большинство из них делают это всего через два года работы, а некоторые компании сообщают о сроках окупаемости всего за шесть месяцев. Это время «окупаемости энергии» не то же самое, что время, необходимое для окупаемости финансовых вложений потребителей в солнечные панели: оно измеряет инвестиции и время окупаемости в киловатт-часах, а не в деньгах.

Аналитики также судят о влиянии энергии, используемой для изготовления солнечной панели, по количеству углерода, образующемуся при производстве этой энергии — число, которое может варьироваться в широких пределах. Для этого мы даем энергии значение углеродоемкости, обычно представленное в килограммах CO ₂ , выделяемых на выработанный киловатт-час. В местах, которые в значительной степени зависят от угля, электроэнергия с наибольшим углеродным содержанием в мире: китайская электроэнергия является хорошим примером, ее углеродоемкость примерно в два раза выше, чем у U.С. электричество. Это согласуется с результатами исследователей из Иллинойса в Аргоннской национальной лаборатории и Северо-Западного университета. В отчете, опубликованном в июне этого года, они обнаружили, что углеродный след фотоэлектрических панелей, произведенных в Китае, действительно примерно вдвое больше, чем у панелей, произведенных в Европе.

Если фотогальванические панели, произведенные в Китае, были установлены в Китае, высокая углеродоемкость используемой энергии и экономия энергии компенсировали бы друг друга, и время, необходимое для уравновешивания выбросов парниковых газов во время производства, было бы таким же, как и срок окупаемости энергии.Но это не то, что происходило в последнее время. Производство в основном находится в Китае, а панели часто устанавливаются в Европе или США. При удвоении углеродоемкости на компенсацию выбросов парниковых газов уходит в два раза больше времени, чем на окупаемость инвестиций в энергетику.

Источник: Коалиция токсичных веществ Кремниевой долины.
The Solar Scorecard: Коалиция по токсичным веществам Кремниевой долины оценивает производителей солнечных панелей по ряду критериев экологической безопасности и безопасности рабочих.Здесь показаны 10 компаний с наивысшим рейтингом из 40, оцененных в оценочной таблице коалиции за 2013 год. Первое место в списке занимает китайская компания Trina Solar, набравшая 77 баллов из 100 возможных.
(Обновление: Trina повысила свой балл до 92 в Solar Scorecard 2014 года, а калифорнийская компания Sunpower заняла второе место с 88 баллами).

Конечно, если вы производите фотоэлектрические панели с низкоуглеродным электричеством (например, на заводе, работающем на солнечной энергии) и устанавливаете их в стране с высоким уровнем выбросов углерода, время окупаемости выбросов парниковых газов будет меньше, чем время окупаемости энергии. время окупаемости.Так что, возможно, когда-нибудь использование энергии ветра, солнца и геотермальной энергии для производства фотоэлектрических панелей положит конец опасениям по поводу углеродного следа фотоэлектрических элементов.

Еще одна проблема — вода. Производители фотоэлектрических элементов используют его в большом количестве для различных целей, включая охлаждение, химическую обработку и контроль загрязнения воздуха. Однако самый большой расход воды — это очистка во время установки и использования. Для коммунальных проектов мощностью от 230 до 550 мегаватт может потребоваться до 1,5 миллиарда литров воды для борьбы с пылью во время строительства и еще 26 миллионов литров в год для мытья панелей во время работы.Однако количество воды, используемой для производства, установки и эксплуатации фотоэлектрических панелей, значительно ниже, чем количество воды, необходимое для охлаждения термоэлектрических электростанций, работающих на ископаемом и делящемся топливе.

Выбор, который делают инвесторы и потребители. , в принципе, может оказать большое влияние на практику производителей фотоэлектрических систем. Но часто сложно сказать, чем эти компании различаются в отношении заботы о защите окружающей среды. Солнечная промышленность не имеет формальной экологической маркировки, такой как маркировка Energy Star на бытовой технике и бытовой электронике, которая помогает U.S. покупатели идентифицируют энергоэффективные продукты. И большинство людей сами не покупают солнечные батареи. Они нанимают сторонних установщиков. Таким образом, даже если бы существовала схема экомаркировки, это зависело бы от желания установщиков выбирать экологически чистые продукты.

На данный момент потребители могут помочь производителям улучшить свои показатели по охране окружающей среды и безопасности, спросив установщиков о компаниях, производящих продукты, которые они используют. Это, в свою очередь, побудит установщиков запросить дополнительную информацию у производителей.

Исследователи из Национального центра исследований окружающей среды фотоэлектрической энергии в Брукхейвенской национальной лаборатории в Аптоне, штат Нью-Йорк, уже давно публикуют исследования о возможных экологических опасностях фотоэлектрической энергии. В последнее время начали появляться официальные рейтинги экологических показателей солнечной энергетики.

Такие организации, как Центр международной информационной сети по наукам о Земле, пытаются найти способы определения показателей экологической безопасности, здоровья и безопасности производителей в развивающихся странах.Эта группа, в которую входят исследователи из Йельского университета и Колумбии, предлагает Индекс экологической эффективности Китая, который будет действовать на провинциальном уровне, чтобы помочь Китаю отслеживать прогресс в достижении целей экологической политики.

Между тем Ассоциация предприятий солнечной энергетики, национальная торговая организация США, предложила новые отраслевые руководящие принципы в документе под названием «Обязательства по охране окружающей среды и социальной ответственности солнечной энергетики», направленным на предотвращение профессиональных травм и заболеваний, предотвращение загрязнения и сокращение природных ресурсов. используется в производстве.В документе содержится призыв к компаниям просить поставщиков сообщать о производственных технологиях и любых выбросах химических веществ и парниковых газов.

Кроме того, Коалиция по токсичным веществам Кремниевой долины, которая оценивает экологические показатели компаний-производителей электроники, провела опрос и рейтинг компаний-производителей фотоэлектрических систем, базирующихся или действующих в Китае, Германии, Малайзии, Филиппинах и США. Участие является добровольным и пока включает таких крупных производителей, как First Solar, SolarWorld, SunPower, Suntech, Trina и Yingli; Китайские производители Trina и Yingli неизменно входят в тройку самых экологически ответственных компаний мира.Sharp, SolarWorld и SunPower в течение нескольких лет тщательно отслеживают выбросы парниковых газов и химические вещества, используемые при производстве их солнечных панелей.

Такие инициативы появляются не скоро. Многие люди сегодня рассматривают фотовольтаику как панацею от наших энергетических проблем, учитывая, насколько грязными являются большинство альтернатив. Но это не значит, что мы должны закрывать глаза на темную сторону этой технологии. Действительно, нам нужно очень внимательно это рассмотреть. И, возможно, благодаря постоянным усилиям потребителей, производителей и исследователей, фотоэлектрическая промышленность однажды станет действительно зеленой, а не только символически.

Эта статья первоначально появилась в печати как «Зеленая дилемма Solar».

Эта статья была обновлена ​​12 ноября 2014 г.

Об авторе

Дастин Малвани — доцент кафедры экологических исследований в Государственном университете Сан-Хосе в Калифорнии, где он специализируется на солнечной энергии, биотопливе и газовой промышленности. Хотя он называет себя сторонником и потребителем солнечной энергии — у него во дворе есть фотоэлектрическая батарея, — его исследования заставили его задуматься о значительных рисках для здоровья и экологических издержках производства фотоэлектрических панелей.

Как работают солнечные панели?

Солнечная энергия имеет решающее значение для нашего выживания как вида, и, к счастью, отрасль процветает. С тех пор, как Конгресс принял налоговую льготу в 2006 году, Ассоциация индустрии солнечной энергии (SEIA) заявляет, что за последнее десятилетие солнечная промышленность в среднем показывала темпы роста 50 процентов. В большинстве областей это будут макро-новости. Но у солнечной энергии есть миссия, выходящая за рамки зарабатывания денег — она ​​должна спасти планету.

Нет никакого плана по предотвращению антропогенного глобального потепления от постоянного искажения климата Земли без солнечных панелей и энергии, которую они могут преобразовать.«Роль возобновляемых источников энергии в смягчении последствий изменения климата доказана», — заявляет Программа развития Организации Объединенных Наций. Некоторые представители отрасли считают, что к 2050 году отрасль солнечной энергетики вырастет на 6500 процентов, чтобы удовлетворить эту потребность.

Этот контент импортирован из {embed-name}. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Но, несмотря на всю свою важность, солнечные батареи по-прежнему кажутся загадочными.Жесткие и слегка угрожающие черные прямоугольники, они не выглядят и не похожи на спасителей. Величественные водопады и плотины выглядят героически, а вот солнечные батареи — нет. Итак, каковы их внутренние механизмы и как на самом деле работают солнечные батареи?

Как работают солнечные панели?

Чтобы понять, как кремниевые солнечные панели производят электричество, вы должны подумать на атомном уровне. Кремний имеет атомный номер 14, что означает, что в его центре 14 протонов и 14 электронов вращаются вокруг этого центра.Используя классические образы атомных кругов, вокруг центра движутся три круга. Самый внутренний круг заполнен двумя электронами, а средний круг — восемью.

Pramote Полиамат Getty Images

Однако крайний круг, содержащий четыре электрона, наполовину заполнен. Это означает, что он всегда будет стремиться заполниться с помощью ближайших атомов. Когда они соединяются, они образуют так называемую кристаллическую структуру.

Поскольку все эти электроны протягиваются и соединяются друг с другом, у электрического тока не так много места для движения. Вот почему кремний, содержащийся в солнечных батареях, нечистый, смешанный с другим элементом, например фосфором. Внешний круг из фосфора состоит из пяти электронов.

Этот пятый электрон становится так называемым «свободным носителем», способным переносить электрический ток без особых усилий. Ученые увеличивают количество свободных носителей, добавляя примеси в процессе, называемом легированием.В результате получился так называемый кремний N-типа.

Кремний N-типа — это то, что находится на поверхности солнечной панели. Ниже находится его зеркальная противоположность — кремний P-типа. В то время как кремний N-типа имеет один дополнительный электрон, P-тип использует примеси из таких элементов, как галлий или бор, которые имеют на один электрон меньше. Это создает еще один дисбаланс, и когда солнечный свет попадает на P-тип, электроны начинают двигаться, заполняя пустоты друг в друге. Уравновешивающее действие, которое повторяется снова и снова, генерируя электричество.

Из чего состоит солнечная панель?

Солнечные элементы сделаны из кремниевых пластин. Они сделаны из кремния, твердого и хрупкого кристаллического твердого вещества, которое является вторым по распространенности элементом в земной коре после кислорода и естественным образом преобразует солнечный свет в электричество.

Кремний, как и другие кристаллы, можно выращивать. Ученые, подобные тем, что работают в Bell Labs, выращивают кремний в трубке в виде единого однородного кристалла, разворачивая трубку и разрезая полученный лист на так называемые пластины.

«Визуализируйте круглую палку», — говорит Викрам Аггарвал, основатель и генеральный директор EnergySage, торговой площадки для сравнительных покупок солнечных батарей, Popular Mechanics . Эта палочка нарезается как «пепперони, тонко нарезанный рулет салями для бутербродов — они очень тонко бреют их», — говорит он. Вот где исторически было очень сложно — либо слишком толстые, либо отходы, либо слишком тонкие, что делало их неточными и склонными к растрескиванию ».

Резервная копия Авангарда 1, первого в истории спутника, использующего солнечную энергию.Резервная копия покоится в Смитсоновском музее авиации и космонавтики.

Смитсоновский музей авиации и космонавтики.

Они стараются сделать эти вафли как можно более тонкими, чтобы получить как можно больше пользы от своего кристалла. Этот тип солнечных элементов сделан из монокристаллического кремния.

Хотя первые солнечные элементы внешне напоминают сегодняшние, есть ряд отличий. В Bell Labs изначально надеялись, что солнечные элементы будут полезны для грядущей космической гонки, — рассказывает Роберт Марголис, старший энергетический аналитик Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), федеральной лаборатории в Голдене, штат Колорадо, посвященной возобновляемым источникам энергии. Популярная механика .Таким образом, было важно снизить вес. Фотоэлементы, как их стали называть, были помещены в легкий корпус.

И это сработало. Всего через четыре года после разработки первого работающего солнечного элемента, 17 марта 1958 года, Лаборатория военно-морских исследований построила и запустила первый в мире спутник на солнечной энергии.

Краткая история солнечных панелей

Цифровая библиотека Gallica

Работа в области солнечной энергии началась в 1839 году, когда молодой французский физик Эдмон Беккерель открыл то, что сейчас известно как фотоэлектрический эффект.Беккерель работал в семейном бизнесе — его отец, Антуан, был известным французским ученым, который все больше интересовался электричеством, — когда он сделал свое открытие.

Эдмонда интересовало, как работает свет, и когда ему было всего 19 лет, их интересы совпали — он обнаружил, что электричество можно производить с помощью солнечного света. (Кстати, это также привело его к созданию первой в мире цветной фотографии).

Шли годы, и технология делала небольшие, устойчивые шаги.В 1940-х годах такие ученые, как Мария Телкес, экспериментировали с использованием сульфатов натрия для хранения энергии солнца, чтобы создать Dover Sun House. При исследовании полупроводников инженер Рассел Шумейкер Охс исследовал образец кремния с трещиной и заметил, что он проводит электричество, несмотря на трещину.

Но самый большой скачок произошел 25 апреля 1954 года, когда химик Кэлвин Фуллер, физик Джеральд Пирсон и инженер Дэрил Чапин показали, что они построили первый практический кремниевый солнечный элемент.

Как и Охс, это трио работало в Bell Labs и раньше взяло на себя задачу создания такого баланса. Чапин пытался создать источники питания для удаленных телефонов в пустынях, где разрядятся обычные батарейки. Пирсон и Фуллер работали над контролем свойств полупроводников, которые позже будут использоваться для питания компьютеров. Зная о работе друг друга, все трое решили сотрудничать.

Через год после создания первого работающего солнечного элемента Bell Labs нашла практическое применение этой технологии.Здесь мастер по ремонту кабелей в Джорджии устанавливает панели для первого телефонного разговора на солнечной энергии 4 октября 1955 года.

Bell Labs

Эти самые ранние солнечные элементы были «в основном собранными вручную устройствами», — говорит Марголис.

Панели солнечных батарей сегодня

В настоящее время фотоэлектрические элементы производятся серийно и разрезаются лазерами с большей точностью, чем мог представить любой ученый из Bell Labs. Хотя они используются в космосе, они нашли гораздо больше цели и ценности на Земле.Поэтому вместо того, чтобы делать упор на вес, производители солнечных батарей теперь делают упор на прочность и долговечность. Прощай, легкий инкапсулятор, привет, стекло, выдерживающее непогоду.

Один из основных приоритетов любого производителя солнечной энергии — это эффективность: сколько солнечного света, попадающего на каждый квадратный метр солнечной панели, можно преобразовать в электричество. Это «основная математическая задача», которая лежит в основе всего производства солнечной энергии, — объясняет Аггарвал. Здесь эффективность означает, сколько солнечного света можно правильно преобразовать через кремний P- и N-типа.

Рабочие в Калифорнии устанавливают солнечные батареи на крыше. Эффективность имеет решающее значение для получения от них максимальной мощности.

Джо Сом / Видения Америки / Universal Images Group Getty Images

«Допустим, у вас есть 100 квадратных футов свободной крыши», — гипотетически говорит Аггарвал. «В этом ограниченном пространстве, если эффективность панелей составляет 10 процентов, это меньше 20 процентов. Эффективность означает, сколько электронов они могут произвести на квадратный дюйм кремниевых пластин.Чем они эффективнее, тем больше экономичности они могут принести ».

Около десяти лет назад, по словам Марголиса, эффективность использования солнечной энергии колебалась на уровне 13 процентов. В 2019 году эффективность использования солнечной энергии выросла до 20 процентов. Наблюдается явная тенденция к росту, но один, в котором говорится, что у Марголиса есть предел с кремнием. Из-за природы кремния как элемента верхний предел солнечных панелей составляет 29 процентов.

Лучшие солнечные панели

Лучший выбор

Монокристаллическая солнечная панель мощностью 160 Вт

Если вы не совсем уверены, с чего начать, эта солнечная панель — надежный вариант.Он относительно недорогой (солнечные панели можно быстро достать и ), и он работает. Он изготовлен из ПЭТ, ЭВА и монокристаллического кремния, обладает антибликовым покрытием и высокой прозрачностью. Он также прост в использовании и имеет компактный размер, что позволяет легко хранить, когда в нем нет необходимости.

Лучшее при слабом освещении

Монокристаллическая складная солнечная панель DOKIO

Если вы живете в местах с плохим освещением, вы можете беспокоиться, что солнечные батареи не для вас, но они действительно отлично работают в условиях низкой освещенности.Фотоэлектрическая панель с высокой эффективностью преобразования 100 Вт может заряжать батареи 12/24 В, и она поставляется с портативным складным чемоданом. Его легко взять с собой, если вы в походе, и легко хранить, если вы используете его дома, на случай отключения электроэнергии.

Лучшая трата

Монокристаллическая солнечная панель Renogy мощностью 300 Вт

Если вы действительно хотите сделать все возможное, вы не ошибетесь с 10-элементными 300-ваттными солнечными панелями Renology.Они способны выдерживать сильный ветер и снеговые нагрузки, обладают антибликовым покрытием и чрезвычайно универсальны. Они идеально подходят для жилых или коммерческих крыш, но они также совместимы с наземным креплением.

Лучшее для начинающих

Renogy, стартовый комплект для монокристаллической солнечной батареи мощностью 100 Вт, 12 вольт

Любой, кто плохо знаком с солнечными батареями, должен начать с хорошего комплекта, такого как этот от Renology. Вы получите все необходимое в одном устройстве, в том числе солнечную панель мощностью 100 Вт, контроллер отрицательного заземления с ШИМ 30 А, разъемы MC4, кабель для лотка 8 футов 10 AWG и монтажные Z-образные кронштейны для дома на колесах или лодки.Он может полностью зарядить батарею на 50 Ач с 50% за 3 часа.

Несмотря на эти достижения, есть некоторые внешние силы, которые временно сдерживают рост производства солнечных панелей. До начала пандемии COVID-19 в начале этого года солнечные панели на крышах составляли около 40 процентов от общего мирового рынка. Но из-за личного финансового бремени, которое ложится на потребителей, многие из которых не имеют работы и не могут получить своевременный доступ к пособиям по безработице, аналитики прогнозируют, что в течение 2020 года в солнечной отрасли будет наблюдаться стабильный рост, согласно исследованию Вуд Маккензи (Wood Mackenzie). фирма.

Итак, что же дальше?

Солнечное будущее

Некоторые ученые работают над использованием новых материалов. Есть минерал, известный как перовскит, который Аггарвал описывает как «очень захватывающий». Впервые обнаруженный на Урале на западе России, перовскит вызвал удивление при испытаниях — с 10 процентов эффективности в 2012 году до 20 процентов в 2014 году. Его можно создать искусственно из обычных промышленных металлов, что упрощает поиск, и для этого используются более простые методы. процесс, чем балансирующий танец кремния типа P и N для проведения электричества.

Но и Аггарвал, и Марголис предупреждают, что технология все еще находится на начальной стадии. «Эффективность лаборатории быстро выросла, но есть разница между лабораторией и реальным миром», — говорит Марголис. В то время как перовскит показал большой прогресс в чистой окружающей среде, он быстро снижается при попадании в такие элементы, как вода, с которыми он может столкнуться при повседневном использовании.

Профессор Чарльз Чи Сурья из Политехнического университета Гонконга позирует с тандемным солнечным элементом из перовскита и кремния, который имеет одни из самых высоких в мире показателей эффективности.

К. Я. Ченг / South China Morning Post через Getty Images, Getty Images

Марголис и его команда работают не над новыми материалами, а над концепцией, которую он называет «солнечный плюс». По мере увеличения использования солнечной энергии есть потенциал для улучшения того, как «солнечная энергия взаимодействует с другими зданиями в целом», — объясняет он.

Представьте, что в городе очень жаркое лето. Вы идете в офис по работе, а вечером возвращаетесь домой. Здесь жарко и влажно, поэтому вы включаете кондиционер, как и все жители города.Электрическая сеть становится напряженной.

Но Марголис считает, что можно хранить и использовать солнечную энергию, чтобы уменьшить напряжение. «За два часа до того, как вы вернетесь домой, когда солнце еще светит, кондиционер может заранее запустить и охладить ваш дом». То же самое происходит в холодную зиму, когда трубы могут замерзнуть. «Вы можете сильно нагреть воду в жаркий день и по-прежнему использовать эту горячую воду для мытья посуды или принятия душа на следующее утро … мы только начинаем думать о том, как интегрировать солнечную энергию в нашу систему.«

Несмотря на борьбу за доминирование солнечной энергии, например, конкуренцию со стороны природного газа и политический климат, благоприятствующий ископаемым видам топлива, Марголис оптимистичен.« Мы находимся на том этапе, когда коммунальные предприятия и инженеры понимают, что солнечная энергия становится достаточно большой, и мы должны справиться с этим, — говорит он. — Это забавные задачи.

🎥 Теперь посмотрите это:

Дэвид Гроссман
Дэвид Гроссман — штатный автор PopularMechanics.com.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Из чего сделаны солнечные батареи?

Это зависит от того, на какую солнечную панель вы смотрите. Существует два основных типа солнечных панелей или модулей, используемых в установках на крыше и на земле: кристаллический кремний и тонкопленочный.

Солнечные панели из кристаллического кремния (c-Si) являются наиболее распространенными. Это те, которые выглядят как синие или черные прямоугольные сетки из меньших квадратов. Эти меньшие квадраты представляют собой кремниевые солнечные элементы, и они соединяются последовательно, образуя цепь. Чем больше соединенных между собой ячеек в серии, тем больше электроэнергии вырабатывает система.

Кристаллические панели чаще группируются в панели с 60 и 72 ячейками. Панели меньшего размера также используются на автономном рынке. Эти серии ячеек обычно соединяются шинами.Ленты сборных шин (обычно из алюминия или меди с серебром) соединяют солнечные элементы вместе для создания более высоких напряжений. Чем больше шин через солнечный элемент, тем больше электронов может пройти через него, а мощность и эффективность солнечной панели возрастут.

Есть два основных типа конструкций кристаллического кремния: поликристаллический и монокристаллический . Монокристаллический кремний солнечный получают путем выращивания монокристалла. Поскольку эти кристаллы обычно имеют овальную форму, на монокристаллических панелях вырезаны характерные узоры, которые придают им узнаваемый внешний вид: нарезанные кремниевые ячейки открывают недостающие углы в решетчатой ​​структуре.Кристаллический каркас в монокристалле ровный, дает устойчивый синий цвет без следов зерна, что обеспечивает наилучшую чистоту и высочайший уровень эффективности.

Поликристаллический солнечный свет производится путем заливки расплавленного кремния в отливку. Однако из-за этого метода строительства кристаллическая структура будет формироваться несовершенно, создавая границы, на которых образование кристаллов нарушается. Это придает поликристаллическому кремнию характерный зернистый вид, так как рисунок типа драгоценного камня подчеркивает границы в кристалле.Эти примеси в кристалле делают поликристаллические модули менее эффективными, а также более дешевыми, чем монокристаллические.

Тонкопленочные солнечные панели

Тонкопленочные панели более традиционно используются в крупных промышленных установках. Тонкий полупроводник наносится на подложки из стекла, пластика или металлической фольги. Тонкая пленка, судя по названию, может быть очень тонкой, а иногда и гибкой. Его легкий вес и гибкость позволили использовать его на изогнутых крышах, автомобилях и других уникальных установках.

Существует три общих тонкопленочных подразделения: аморфный кремний , (a-Si), теллурид кадмия , (CdTe) и селенид меди, индия, галлия (CIGS). Тонкопленочные солнечные элементы часто создаются путем совместного испарения химических веществ на стеклянном листе. Они имеют более низкую эффективность преобразования, чем кремний, но уменьшают количество материала, необходимого для создания ячейки.

Модуль в сборе

Как правило, все солнечные панели состоят из солнечных элементов со стеклянным слоем спереди и защитным листом сзади.Обычно изготавливаемые из полимера, нижние листы прикрепляются к задней стороне модулей для обеспечения электрической изоляции. Белые задние листы являются наиболее распространенными, хотя все больше черных задних листов используется в высокоэффективных модулях, ищущих определенную эстетику.

Алюминиевые рамы обычно завершают модуль. Они добавляют панели прочности и защищают край стекла. Рама помогает прикрепить стеллажи и системы крепления к панели, чтобы закрепить ее на крыше или земле.

Но все меняется.Благодаря новому двустороннему дизайну (когда солнечные элементы выставлены как на передней, так и на задней стороне панели) задние листы больше не нужны. Некоторые панели также становятся бескаркасными: солнечные элементы размещаются между двумя кусками стекла, либо используются более прочные листы, не требующие наличия рамы.

Как делают солнечные панели? Из чего они сделаны?

Если задуматься, способность получать электроэнергию из солнечного света — удивительный процесс.

Сравните предложения до 7 установщиков в вашем регионе.

Так как же на самом деле работают современные солнечные панели?

Солнечные панели состоят из 60 или 72 кремниевых элементов.Когда солнечный свет попадает на эти клетки, электроны внутри кремния на атомном уровне высвобождаются и перемещаются. Электрический ток — это просто движение или поток электронов в одном направлении. Например, молния — это внезапная волна электронов через накопление заряда в облаках или между облаками и землей.

Если посмотреть более подробно, кремний (Si), используемый в солнечных панелях, адаптируется в процессе производства для увеличения количества доступных электронов.Часто фосфор (P) и бор (B) связаны с противоположными слоями кремния. Фосфор добавляет дополнительные доступные электроны и обеспечивает отрицательный заряд, в то время как бор уменьшает количество доступных электронов, обеспечивая положительный заряд. Возникающее электрическое поле активируется, когда солнечный свет попадает на панель, чтобы доставить поток электронов к стыку между ячейками.

Если вы соедините группу этих фотоэлементов в цепь внутри панели и установите несколько панелей рядом, вы можете создать большой поток электронов и электричества постоянного тока.Однако в домах используется электричество 240 вольт переменного тока. Поэтому ящик, называемый солнечным инвертором — обычно не больше, чем ваша средняя корзина для покупок, — используется для преобразования электричества постоянного тока в переменный, чтобы его могли немедленно использовать жители и электросеть.

Как производятся солнечные панели? Шаг за шагом

Как и многие другие продукты, производство большинства солнечных панелей перенесено в Азию и преимущественно в Китай. Создание огромных производственных мощностей и современных технологий, таких как робототехника, привело к быстрому снижению стоимости солнечных технологий и, в целом, к повышению качества.

Этап 1: переработка сырья

Кремний — второй по распространенности элемент на Земле после кислорода. Соединения кремния содержатся в камнях, песке, глине, воде, растениях и даже в некоторых животных. Для очистки кремния его нагревают до температуры кипения (1410 ° C). Монокристаллы создаются путем извлечения цилиндрических кристаллов из расплавленного кремния. Панели солнечных батарей можно назвать монокристаллическими или поликристаллическими. Монокристаллические элементы солнечных панелей получают из одного кристалла кремния (в отличие от кофе одного происхождения), в то время как поликристаллические солнечные панели используют смесь, которая приводит к немного более низкой эффективности.

Шаг 2: Производство солнечного элемента

Хотя кремний является активным материалом в солнечном элементе, существует ряд компонентов, которые используются при производстве современного солнечного элемента. Обычно силикон разрезают на тонкие листы шириной примерно с лист бумаги. На листы кремния наносится покрытие, которое улучшает поглощение солнечного света и сводит к минимуму любое отражение. Затем добавляются металлические проводники, чтобы облегчить поток электронов, которые представляют собой небольшие видимые линии сетки.Каждая ячейка содержит положительно (бор) и отрицательно (фосфор) заряженные кремниевые пластины, которые встречаются в проводящем переходе, чтобы вызвать поток электричества.

Шаг 3. Изготовление солнечной панели

Интересно отметить, что процессы некоторых производителей солнечных панелей начнутся только с этого этапа, и они закупают предварительно изготовленные солнечные элементы у других производителей. Типичные солнечные панели в Австралии используют 60 элементов или 72 элемента, объединенных в одну панель.Каждая панель будет иметь верхний лист из оргстекла для защиты ячеек, герметичный материал, такой как EVA, между каждым слоем и задний лист для защиты силикона от влаги и загрязнения. Солнечные панели обычно скрепляются алюминиевой рамой и имеют выходную / входную распределительную коробку, когда установщики солнечных батарей могут легко соединить солнечные панели в массив.

Шаг 4: Тестирование и аккредитация

Европа, США, Австралия и другие страны предъявляют разные требования к солнечной панели для аккредитации и доступности для использования.У каждого из них разные требования к испытаниям, которые позволяют производителю солнечных батарей представлять свои различные технические характеристики в листе технических данных. В Австралии Совет по чистой энергии — это орган, которому поручено тестировать и аккредитовать новые солнечные панели. Существует также один крупный независимый тестер солнечных панелей под названием DNV GL. Они проходят тщательную процедуру тестирования и ежегодно публикуют список лучших производителей, чтобы помочь потребителям определить производителей высокого качества.

Сравните предложения до 7 установщиков в вашем регионе.

Список компонентов солнечных панелей

Процесс производства включает в себя приведенный ниже список частей солнечной панели:

• Алюминиевая рама
• Закаленное стекло
• Герметизирующий материал, например Пленка EVA
• Кремниевые элементы
• Задний лист
• Распределительная коробка с проводами 12В

Каждая часть солнечной панели подвергалась доработке и совершенствованию на протяжении многих лет, чтобы повысить эффективность, долговечность и снизить стоимость производства.На приведенном ниже графике представлен обзор того, как стоимость солнечных панелей снизилась за последние 8 лет, что напрямую связано с улучшениями в производственных процессах.

Другие формы солнечных панелей и солнечной энергии

В солнечной энергетике появляются новые технологии, которые открывают возможности для ступенчатого изменения эффективности панелей. К ним относятся графеновое покрытие солнечных элементов, легкие панели, в которых не используется стекло и которые являются гибкими. Чтобы увидеть более подробный обзор различных типов солнечных панелей и различных брендов, см. Эту статью.

Кроме того, существуют альтернативные формы солнечной энергии, такие как концентрирующая солнечная энергия (CSP), где вместо солнечных панелей используются зеркальные панели для фокусировки солнечного света на центральной башне, где вода нагревается до высоких температур и преобразуется обратно в энергию через пар. турбины. Солнечные тепловые панели также работают немного иначе, когда вода проходит через панели в медных трубках, которые нагревают воду, пока она проходит через панель и возвращается в резервуар для горячей воды.

Сравните предложения до 7 предварительно проверенных установщиков в вашем регионе.
С 2008 года наши знания и сложное программное обеспечение позволили более 160 000 австралийских домашних хозяйств и предприятий сделать осознанный выбор в отношении установщика солнечных батарей и батарей.

Как вообще производятся солнечные панели?

09 октября 2019 г. | 10:15 утра

Как вообще производятся солнечные панели?

Отрицатели и скептики продолжают спорить и преуменьшать достоинства солнечной энергии и других возобновляемых источников энергии.Здесь мы разберем, как производятся солнечные панели и насколько экологичен производственный процесс.

Несмотря на огромный источник энергии, сияющий в небе, отрицатели продолжают спорить и преуменьшать достоинства солнечной энергии и других возобновляемых источников энергии, снова и снова задавая одни и те же вопросы: насколько эффективна солнечная энергия? Разве не дороже? Что происходит, когда солнце садится или пасмурно?

Мы уже опровергали эти мифы, но всегда задаемся вопросом: ОК, но из чего сделаны солнечные панели и наносим ли мы вред климату, создавая их?

Не нужно стесняться.Это немного сложно!

Во-первых, сама панель.

Большие черные солнечные панели, которые вы видите в домах и на предприятиях, состоят из группы солнечных элементов (или фотоэлектрических элементов), сделанных из кремниевых полупроводников, которые поглощают солнечный свет и создают электрический ток. Эти отдельные элементы соединены вместе, чтобы образовать одну солнечную панель.

Если вы хотите получить более подробную техническую информацию, вы можете взглянуть на структуру этих отдельных солнечных элементов.Они состоят из двух типов полупроводников: положительного (p-тип) и отрицательного (n-тип) слоев кремния.

В то время как слой кремния n-типа имеет дополнительные электроны, которые могут относительно свободно перемещаться, слой p-типа имеет электронные вакансии, называемые дырками. Когда вы соединяете слои вместе, электроны начинают переходить от n-типа к p-типу, который образует специальный переход и создает электрический потенциал в материале. Когда солнечный свет попадает на этот переход, фотон может выбить электрон и оставить дыру.По мере того, как больше электронов заполняет вновь созданные дырки, свободные электроны начинают собираться на полюсе. Собранные электроны затем проходят через проводник, и возникает электрический ток.

Почему кремний?

В 1940-х годах исследователь из Bell Labs по имени Рассел Ол обнаружил функциональность PN-перехода и обнаружил, что кремний — элемент, обнаруженный в песке и второй по распространенности элемент в земной коре после кислорода, — проявлял свойства, способствующие образованию этого перекрестка.

Ученые продолжали работать над открытием Оля, и в 1954 году Bell Labs представила первый современный солнечный элемент.

Демонстрация вдохновила статью 1954 года New York Times на предсказание, что солнечные элементы в конечном итоге приведут к «реализации одной из самых заветных мечтаний человечества — использованию почти безграничной энергии солнца».

В настоящее время фотоэлектрические (ФЭ) элементы в основном производятся серийно и режутся лазерами — это далеко от их скромного происхождения.

Далее инвертор. Солнечные элементы собирают солнечную энергию и превращают ее в электричество постоянного тока. Однако в большинстве домов и предприятий используется переменный ток (AC). Инверторы преобразуют электричество постоянного тока от солнечных панелей в полезное электричество переменного тока.

Наконец, есть система крепления , которая позволяет удерживать все это на крыше или надежно закрепить на земле. Как правило, в северном полушарии солнечные панели должны быть обращены на юг и устанавливаться под углом 30 или 45 градусов, в зависимости от расстояния от экватора.Фиксированные крепления удерживают панели на месте, но также доступны гусеничные крепления, которые «следуют» за солнцем в течение дня, хотя обычно более дорогие.

Хорошо, а насколько все это зеленое?

Да, это правда, что при производстве солнечных панелей образуется углекислый газ, как и при производстве большинства вещей. Есть также некоторые законные опасения по поводу утилизации солнечных панелей.

Но по мере того, как производство солнечных панелей становится более эффективным, их углеродный след значительно сокращается.Исследование, проведенное в 2016 году, сообщает, что общий объем выбросов снижался на 17–24% каждый раз, когда установленная мощность удваивалась за последние 40 лет.

И общие выбросы парниковых газов, связанные с солнечной энергией, все еще (что неудивительно) намного ниже, чем у угля или природного газа. Сами солнечные панели могут прослужить десятилетия без особого ухода — и поскольку их части не изнашиваются легко, хорошо известно, что фотоэлектрические панели продолжают производить чистую электроэнергию намного дольше, чем их часто длится гарантия, хотя иногда с несколько меньшей эффективностью, чем в течение многих лет. переходят от одного к другому.

В конце срока службы панели некоторые производители предлагают своим клиентам глобальные программы утилизации.

Исследование Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), проведенное в июне 2012 года, в котором изучалась скорость деградации фотоэлектрических систем около 2000 солнечных установок за период 40 лет, показало, что в среднем солнечная система теряет всего 0,5 процента своей выработки электроэнергии в год. Таким образом, к концу типичной 25-летней гарантии солнечные панели на вашей крыше все еще могут работать примерно на 87 процентов от своей первоначальной мощности.

Кроме того, с ростом популярности солнечной энергии ожидается, что программы и компании по утилизации будут расти и станут более устойчивыми в будущем.

Узнайте еще больше о преимуществах солнечной энергии, загрузив нашу бесплатную электронную книгу Вещи выглядят ярко: факты о солнечной энергии или ознакомьтесь с Знание — сила , наше сотрудничество с HGTV Property Brothers соведущий и защитник солнечной энергии Джонатан Скотт.