Плюсы и минусы солнечных батарей

Содержание

В этой статье я расскажу вам о солнечных батареях – их принципе работы, преимуществах и ограничениях, а также о роли солнечных батарей в системе возобновляемых источников энергии.

Солнечные батареи: принцип работы, преимущества и применение в различных областях обновлено: 15 ноября, 2023 автором: Научные Статьи.Ру

Помощь в написании работы

Добро пожаловать на лекцию по электротехнике! Сегодня мы поговорим о солнечных батареях и их роли в возобновляемых источниках энергии. Солнечные батареи – это устройства, которые преобразуют солнечную энергию в электрическую. Они становятся все более популярными в современном мире, так как предлагают экологически чистый и устойчивый источник энергии. В этой лекции мы рассмотрим принцип работы солнечных батарей, их преимущества и ограничения, а также их применение в различных областях. Давайте начнем!

Нужна помощь в написании работы?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Преимущества и недостатки солнечных батарей

Миллиарды киловатт лучистой энергии посылает на Землю Солнце – источник жизни на нашей планете. Использование этой энергии и преобразование в столь необходимое нам электричество решается применением в качестве преобразователей солнечных батарей. Солнечные батареи – один из самых перспективных источников электроэнергии как для промышленных предприятий, так и для бытового использования.

Солнечная батарея (модуль, панель) представляет собой фотоэлектрический генератор постоянного тока, принцип действия которого основан на физическом свойстве полупроводников: фотоны света выбивают электроны из внешней орбиты атомов полупроводника, создавая при этом достаточное количество свободных электронов для возникновения электрического тока. При замыкании цепи возникает электрический ток. Для получения требуемого количества мощности обычно одного или двух элементов недостаточно. Поэтому их объединяют в панели, где соединяют параллельно или последовательно для получения необходимых параметров по току и напряжению. Площадь таких панелей варьируется в диапазоне от нескольких квадратных сантиметров до нескольких квадратных метров. При увеличении числа панелей увеличивается и производимая мощность. Эффективность преобразования солнечной энергии в электричество зависит не только от площади батареи, но и от интенсивности солнечного света и угла падения лучей, а значит КПД батареи определяется ее местоположением (географической широтой), погодой, временем года и суток.

Основным достоинством солнечной батареи, как и солнечной энергетики вообще, является общедоступность и неисчерпаемость источника энергии (Солнца).

Солнечные батареи. Мифы и реальность.

Теоретически признанная экологическая безопасность солнечных батарей увеличивает число потенциальных потребителей солнечной энергии, особенно среди поклонников «зеленых» технологий. Здесь нельзя не отметить, что в производстве фотоэлементов и в используемых для их производства материалах, а также в дополнительном оборудовании для солнечных электростанций (аккумуляторах) зачастую используются токсичные вещества.

Солнечные батареи практически не изнашиваются, поскольку не содержат движущихся частей и крайне редко выходят из строя.

Длительный срок службы без ухудшения эксплуатационных характеристик – 25 лет и более, что подтверждено многолетней практикой использования.

Функционирование солнечных батарей не зависит от технических неполадок энергопоставщиков.

Солнечным батареям не нужно топливо, что дает возможность не зависеть ни от цен на него, ни от проблем с транспортировкой.

Кроме того, солнечные батареи бесшумны, чем выгодно отличаются от ветровых систем.

Энергия, генерируемая солнечными батареями фактически является бесплатной (одно «но» – все это только после того, как в солнечную энергосистему уже были вложен начальный капитал и она окупилась).

Одним из преимуществ фотоэлектрических систем является модульность. При увеличении энергопотребления и/или финансовых возможностей домовладелец, использующий солнечные батареи в качестве источника электроснабжения, может увеличивать мощность системы за счет добавления дополнительных фотоэлектрических модулей.

Однако, несмотря на весомое количество достоинств, солнечные батареи чаще используют в качестве вспомогательного источника электроснабжения.

Причин для этого несколько и наиболее значимыми из них является высокая стоимость солнечной батареи и недостаточный КПД. В среднем 1 кв. метр площади солнечной батареи прозводит не более 120 Вт полезной мощности. Этой энергии недостаточно даже для работы компьютера. В среднем КПД используемых для электроснабжения зданий солнечных батарей составляет 14%, что меньше КПД традиционных источников энергии.

Высокой стоимостью батарей обусловлен и длительный срок окупаемости, а, следовательно, и высокая цена производимой энергии в течение этого срока. С усовершенствованием существующих технологий и появлением новых разработок этот недостаток постепенно преодолевается. Вообще, солнечные батареи в современных российских условиях – пока еще дорогое удовольствие. На Западе ситуация лучше, благодаря государственным программам поддержки «зеленых» технологий и крупным инвестициям в солнечное производство.

Солнечные батареи малоэффективны в зимнее время, а также при пасмурной и туманной погоде. Зависимость от погодных условий вынуждает использовать солнечные батареи в совокупности с другими альтернативными источниками энергии в составе гибридных систем, а также применять аккумулирующие системы для сохранения энергии на случай непогоды.

Поток солнечной энергии на поверхность земли зависит от географической широты и климата местности. В разных местах земного шара количество солнечной энергии, падающей на землю, может очень сильно разниться.

Для приборов, потребляющих большую мощность, солнечные батареи неприменимы.

Использование энергосистем на основе солнечных батарей требует установки дополнительного оборудования (аккумуляторов, инверторов и т. д.) и наличия вспомогательных помещений для его размещения.

Солнечные электростанции не вырабатывают электроэнергию в ночное время и недостаточно эффективно работают при рассеянном солнечном излучении, по утрам и вечерам. Ориентировка солнечных батарей относительно Солнца, позволяет увеличить генерируемый ими ток, однако ежедневная ориентировка батарей довольно затруднительна. Существующие системы слежения за Солнцем (трекеры) в какой-то степени спасают положение и увеличивают эффективность системы, однако они дороги и требуют технического обслуживания. Поэтому их применение обычно ограничивается крупными энергосистемами. Учитывая, что пик электропотребления приходится на вечерние часы и возможны колебания мощности при изменении погоды необходимо либо использование эффективных электрических аккумуляторов (а это тоже пока является проблемой), либо строительство мощных гидроаккумулирующих станций, также занимающих немалые площади, либо использование концепции водородной энергетики, тоже пока далекой от совершенства. Необходимо отметить, что никель- кадмиевые аккумуляторы плохо работают при повышенных и пониженных температурах. Понижение температуры аккумулятора ниже 0° С приводит к значительному понижению их мощности.

Для размещения мощных электростанций промышленного назначения требуются огромные свободные территории. Например, для электростанции мощностью 1 ГВт требуется несколько десятков квадратных километров площади. Эта проблема сейчас успешно решается размещением солнечных батарей на крупных солнечных электростанциях на высоте 1,8 – 2,5 метра, что дает возможность использовать земли под электростанцией для различных сельскохозяйственных нужд, например, выпаса скота. К тому же в мире пока еще достаточно крупных, неосвоенных человеком, территорий (например, пустынь). Применение солнечных аэростатных электростанций также может являться решением проблемы нахождения больших площадей земли под солнечные электростанции.

Поверхность солнечных панелей нужно периодически очищать от пыли и других загрязнений, что в случае крупных электростанций, занимающих несколько квадратных километров, вызывает определенные сложности.

КПД фотоэлементов уменьшается при их нагреве и, поскольку работают они под разогревающим их солнечным излучением, то возникает насущная необходимость установки систем охлаждения,как правило, водяных.

После 30 лет эксплуатации производительность фотоэлектрических элементов начинает снижаться.

Существенным недостатком солнечных батарей является наличие ядовитых веществ в составе самих фотоэлементов (свинца, кадмия, галлия, мышьяка и т. д.) и применение токсичных веществ при их производстве, несмотря на экологическую чистоту получаемой при этом электроэнергии. Через 30-50 лет использования батарей неизбежно возникает проблема их утилизации, которая пока еще не разрешена с точки зрения экологии.

Типы солнечных кремниевых батарей.

Различают несколько типов солнечных кремниевых батарей, в зависимости от способа изготовления. Самый эффективный тип солнечных панелей изготавливают из монокристаллического кремния. Помимо незначительного потемнения технологического полимера, являющегося герметиком для пластин, солнечные батареи практически не изменяют своих технологических параметров в течение длительного срока эксплуатации.

Солнечные батареи из поликристаллического кремния имеют максимальный КПД до 15% и срок эксплуатации, приближенный к сроку эксплуатации монокристаллического кремния. Себестоимость поликристаллического кремния незначительно ниже монокристаллического.

При достаточном количестве солнечных элементов можно создать солнечную батарею с практически любыми напряжением и током и способную обеспечить зарядку любого типа аккумуляторов. Все дело только в стоимости такой солнечной батареи. Конечно, не следует забывать, что мощная солнечная батарея будет занимать большую площадь для своей установки. Нужно также отметить, что если полноценное солнечное освещение батареи бывает ограниченное время суток, то желательно использовать солнечную батарею, обеспечивающую ускоренный зарядный ток, величина которого находится в пределах 0,15-0,3 от емкости аккумуляторов.

Интересно почитать

Какие бывают мультиварки? Обзор Cuckoo CMC-HE1054
Типы и особенности солнечных батарей для индивидуальной энергетической установки
Часто задаваемые вопросы по солнечным батареям
Aereco. Наиболее часто задаваемые вопросы
Часто задаваемые вопросы по системам вентиляции

Минусы

У каждой медали есть обратная сторона. Это касается и альтернативных источников энергии. У солнечных панелей есть следующие минусы:

Цена. Стоимость установки качественной домашней станции приблизительно равна 8000-10000 долларов.
Непостоянство. Вам потребуется дополнительный источник энергии или аккумулятор для освещения дома в пасмурные дни и темное время суток.
Для больших объемов потребления придется заставлять панелями внушительную площадь, а это достаточно дорого.

Впрочем, минусов у альтернативных источников энергии меньше, чем плюсов. К тому же, решением известных проблем занимается множество ученых по всему миру. Солнечные панели постепенно совершенствуются, и в ближайшем будущем они станут еще лучше. Но уже сейчас можно воспользоваться ими для создания автономного источника чистого электричества.

Плюсы и минусы солнечных панелей для дома 800 525 Плюсы и минусы солнечных панелей для дома

Можно ли обойтись без централизованного электричества? Солнечные батареи для дома, плюсы и минусы.

Гелиоэнергетика — это достаточно новый для потребителя термин, обозначающий использование солнечного света для получения электричества.

Smileus , Shutterstock.com

Очень важно понимать, что сегодня продавцы солнечных панелей и готовых комплектов солнечных батарей зачастую сами плохо разбираются в предмете разговора, потому, покупая продукт «подешевле и получше», вы рискуете разочароваться в гелиоэнергетике в целом, ведь качество «ширпотребных» солнечных панелей, изготовленных в Китае, оставляет желать лучшего. Вспомним мудрую фразу: «Я не настолько богат, чтобы позволить себе покупать дешевые вещи». В случае с солнечными панелями это изречение приобретает дополнительный вес.

Сначала определимся — что хорошего есть в солнечных батареях:

Что же нужно для того, чтобы солнце питало наши розетки? Сами солнечные панели, контроллер для солнечных батарей, аккумуляторы, инвертор с 12 В (24В) (DC) на 220 В (AC).

Подробно про каждую из этих четырех вещей:

1. Солнечные панели бывают монокристаллические и поликристаллические. Отличить тип панели можно по клеткам модулей, из которых панели и составлены: у монокристалла цвет модуля черный и скошены углы, а у поликристалла — ровные синие прямоугольники. При небольшой разнице в производительности этих типов панелей сегодня в России поликристалл продают в два раза больше, чем монокристалл.

Поликристалл лучше работает в пасмурную погоду, но хуже работает при перегреве (монокристалл тоже снижает эффективность при перегреве, но меньше). В связи с этим монтаж панелей следует производить не только по сторонам света (обычно панель ориентируют на юг, 60 градусов от горизонтали), но и на выносных опорах, чтобы обеспечить вентиляцию и избежать нагрева от покрытия крыши. Интересная особенность: панели мощностью до 150Вт работают по схеме 12 В, рабочее напряжение на них около 17 В, а напряжение без нагрузки до 22 В, а свыше 150Вт — по схеме 24 В, напряжение соответственно. Это следует учитывать при покупке всех остальных составляющих солнечных батарей — контроллера, аккумуляторов и инвертора.

2. Основная функция контроллера — контролировать заряд аккумуляторов. Контроллеры отличаются по пропускаемой мощности и дополнительным возможностям. Для частного дома обычно используется контроллер на мощность от 10 до 30 Ампер. Дополнительными функциями чаще всего являются управление освещением и сигнализация о низком уровне заряда аккумулятора.

3. Аккумуляторы. Лучше всего использовать современные гелевые аккумуляторы или с технологией AGM. Но если хочется сэкономить, можно пользоваться и обычными автомобильными аккумуляторами, из них стоит предпочесть грузовые на 150−190А/ч — более долговечные, чем легковые — 45−100А/ч. Автомобильные, в отличие от более современных, требуют присмотра и периодической доливки дистиллированной воды.

4. Инвертор — очень важная часть солнечной станции. Существуют инверторы с модифицированным синусом и с чистым синусом. Разница между ними — в качестве выдаваемого электричества. Сегодня чистый синус уже почти заменил модифицированный, поэтому не стоит гнаться за дешевизной, а лучше брать современный, но уже проверенный продукт. Конечно, он дороже, но зато можно не беспокоиться за сохранность и работоспособность любой своей техники. Стоимость отечественного инвертора с чистым синусом на 1КВт составляет около 4 т.р., а 1,5КВт — 7 т.р.

Минусы солнечных батарей:

Подведем итог: при всех нюансах приобретения, установки, обслуживания и эксплуатации систем солнечных батарей от них можно получать качественное электричество в определенных объемах. Конечно, значительно меньших, чем «на проводах электропередач», но при разумном использовании, думаю, будущее — за альтернативной энергетикой! Можно уверенно сказать, что без централизованного электричества жить можно и это перспективно!

Солнечные батареи

Электричество все дорожает и дорожает, известны случаи, где цены на электричество завышены в несколько десятков! раз, даже притом, что станция находится буквально в километре от населенного пункта. Уже давно многие страны развивают альтернативные источники получения энергии, ветрогенераторы, тепловые станции, солнечные панели… В данной статье пойдет речь о солнечных батареях. За пределами земной атмосферы интенсивность солнечной радиации довольно значительна, поток энергии, падающей на поверхность перпендикулярную солнечным лучам, составляет 1340 Ватт на 1 мг. Эту энергию, а вернее, способность солнечной радиации создавать фотоэлектрические эффекты и используют в солнечных батареях.
Составная часть солнечной батареи, это фотоэлементы, внешне выглядят как полоски или квадратики. Солнечная батарея позволяет преобразовывать радиацию солнца в полезный для человека вид энергии – электричество. Кристаллический кремний используется в качестве рабочего тела в большинстве типов солнечных батарей. В используемых в настоящее время солнечных батареях один фотон солнечного света выбивает один электрон, а большая часть солнечной энергии теряется, превращаясь в тепло. Как известно, мощность маленьких фотоэлементов очень маленькая, и в панелях их соединяют параллельно, за счет чего увеличивается мощность. Напряжение в данном случае остается неизменным. Увеличить мощность, отдаваемую солнечными панелями можно соединив эти панели последовательно-параллельно. Корпуса у таких панелей могут быть самыми разными, могут быть изготовлены из металла, текстолита, или жесткой пластмассы. Солнечные батареи применяют в микрокалькуляторах, зарядниках сотовых телефонов, ноутбуков, применяют для питания бытовой техники, через преобразователи напряжения и т.п. Солнечные батареи очень широко используются в тропических (и в субтропических) регионах, с большим количеством солнечных дней. Новые дома, которые строят в некоторых странах, например в Испании, оборудуются солнечными установками для электрификации домов, к 2020 году Швеция планирует полностью отказаться от углеводородного топлива, в Германии и США действуют программы «солнечные крыши». СБ прекрасно зарекомендовали себя в космосе как надежный и стабильный источник энергии, способный работать очень длительное время. Плюсы солнечной батареи:
— прост в изготовлении, простота конструкции.
— небольшой вес.
— солнечные батареи достаточно надежны, и ремонтнопригодны.
— большой срок службы.
— не загрязняют окружающую среду.
— бесшумные в работе.
— отсутствие подвижных частей, нет износостойких деталей.
— и самое главное, бесплатная электроэнергия. Минусы солнечных батарей:
— самый главный недостаток, стоят они не дешево.
— занимают много места.
— чувствительны к загрязнениям.
— зависимость от времени суток и погоды.
— ночью солнечные батареи не работают.
— низкий КПД, от 9 до 24%.
— на солнце панели нагреваются, это очень вредно для них. Заводы в России производящие солнечные батареи: ООО «Хевел» (Новочебоксарск)
ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов»
ОАО «Сатурн» Краснодар
ЗАО «Термотрон-завод» (Брянск)
«Телеком-СТВ» (Зеленоград)
«Солнечный ветер» (Краснодар)
«Квант» (Москва) В России изготавливается примерно 5-6 МВт солнечных батарей, а продаётся на внутреннем рынке не более 150 кВт (данные на 2011г) В пасмурную и облачную погоду мощность, отдаваемая солнечными батареями, снижается до 10 и более раз. В средней полосе России яркие солнечные дни бывают только летом, следовательно, в это время года СБ выдают максимальную мощность. Как уже писал, солнечные батареи не любят перегрева от солнца, поэтому их нужно охлаждать, либо вентиляторами, либо установкой, которая обрызгивает водой. Если батареи перегреются, они могут выйти из строя. Так-же с ростом температуры у СБ падает производительность. Осенью и зимой отдаваемая мощность сильно снижается, примерно в 3-5 раз. Зимой погода почти всегда стоит пасмурная, так что в это время года они почти бесполезны. К тому же, зимой солнечные батареи покрываются снегом, чистить их просто напросто устанешь. Солнечные панели как правило размещают на крышах домов – это кстати наиболее удобный для большинства случаев вариант, строят конструкции, ставят устройства слежения за солнцем — гелиостаты, чтобы солнечная панель шла вслед за солнцем, чем точнее такие приборы тем лучше будет результат, если солнечные панели на градус другой повернуть в сторону чем нужно (убрать из под прямых солнечных лучей) то мощность хоть и немного, но упадет. При использовании солнечных батарей необходимо стремиться к тому, чтобы они были размещены на максимально освещенном месте. Для грамотного использования солнечных батарей нужно придерживать двух основных правил.
1) Солнечная батарея должна находиться под солнцем как можно дольше
2) Должны быть устройства, которые накапливают энергию, чтобы энергия солнечных батарей не растрачивалась попусту. Для этих целей применяют аккумуляторы. Например, для получения мощности 1 кВт потребуется батарея, состоящая из ~30 000 элементов с общим весом около 100 кг, такие батареи займут площадь более 15 м2. Для зарядки телефонов, прослушивания радиопередач, плееров и пр… вполне хватит солнечной панели на 10-20 ватт. Мои солнечные батареи в яркую солнечную погоду выдают по 7 вольт каждая, ток 150мА. Я их соединяю либо последовательно, либо параллельно, в зависимости от погоды на улице. В ближайшем будущем планирую еще закупить солнечные панели, летом их удобно цеплять например к вентиляторам, чтобы использовать для охлаждения и вентиляции помещений. Солнечные батареи незаменимы на природе, особенно если у них имеется встроенный стабилизатор, контроллер заряда и аккумулятор, накапливающий электроэнергию. Днем солнечные панели заряжают аккумулятор, а ночью, мы используем его заряд, можно сказать вечный источник питания. Схема простого солнечного зарядного устройства приведена здесь Похожие устройства уже давно продаются в магазинах, например есть девайсы для зарядки сотовых телефонов. Такие маленькие солнечные батареи в подобных устройствах практически бесполезны, обычно это маркетинговый ход, ставят их для красоты. В таких зарядниках основную роль играет аккумулятор, он то как раз и заряжает сотовый телефон, в этих приборах всегда ставят дополнительный разъем для зарядки внутреннего АКБ от сетевого источника питания. Солнечные панели бывают односторонние, и соответственно двухсторонние. Двусторонние обычно устанавливают на большем расстоянии от земли, 8 метров и выше, чтобы тень не была снизу панелей, а находилась далеко в стороне. Отраженный свет от поверхности земли падает и на нижнюю часть солнечных панелей, часто на землю расстилают светоотражающий материал. Удобно и даже полезно солнечные батареи совмещать с ветрогенератором, почему, думаю и так понятно.

Романов А.С. Опубликована: 2012 г. 0 0

Вознаградить Я собрал 0 0

Оценить статью

Техническая грамотность

Оценить Сбросить

Средний балл статьи: 0 Проголосовало: 0 чел.

Для добавления Вашей сборки необходима регистрация

Jhomart 16.11.2014 18:37 #
Можно ли зарядить солнечную панель игрушечным лазером когда нет солнца?

богдан 23.10.2016 22:50 #
способность солнечной радиации создавать фотоэлектрические эффекты и используют в солнечных батареях
Речь идет не о пучке света, а о солнечной радиации.

Влад 01.05.2018 00:56 #

Да, для телефона у меня имеется солнечная зарядка sititek. А вот решиться дом отапливать солнечными батареями я бы еще не рискнул.

Солнечная панель 10Вт 12В поликристаллическая

1999-2024 Сайт-ПАЯЛЬНИК ‘cxem.net’
При использовании материалов сайта, обязательна
ссылка на сайт ПАЯЛЬНИК и первоисточник

Связь с солнцем: как все это работает?

Каждую секунду от Солнца на Землю идет поток энергии, равный примерно четырем триллионам лампочек по 100 ватт. И с давних времен люди умели по-своему использовать эту бесплатный “источник”: окна домов обращали на юг, задействовали прозрачные материалы в строительстве, согревали воду и камни (особенно черный базальт), которые потом долго отдавали тепло.

А в середине 1950-х были созданы настоящие солнечные батареи, хотя только через два десятка лет они стали появляться на крышах обычных домов. И на сегодняшний день их выпускают для всего мира таких видов:

Монокристаллические кремниевые. Здесь каждый модуль работает на основе пластины из цельного кристалла кремния. У таких панелей — самое большое КПД (до 24%), и они же самые дорогие.
Поликристаллические кремниевые. Здесь у модуля включено сразу несколько кристаллов кремния, а потому сама технология изготовления более дешевая. КПД достигает 15%.
Аморфные кремниевые. Дешевле предыдущих на 20%, но и КПД уже не превышает 8%.
Пленочные. Появились сравнительно недавно. Такие и вовсе изготавливают на основе полимерных материалов, селенида меди и теллурида кадмия. Считаются перспективными и имеют КПД на 20% выше, чем аморфные.

По сути, все эти приборы представляют собой устройства, которые хитрым образом преобразовывают солнечные лучи в электричество. Так, фотоэлементы захватывают эту энергию, аккумулятор накапливает ее в себе, а инвертор переводит постоянный ток в переменный — такой же, как от обычной электросети.

Конечно, чем дороже панель, тем она эффективнее, но не все из них подходят для климата с преобладающей неясной погодой, о чем сейчас расскажем.

Практичность: не только зарядка гаджетов

Те люди, которые установили солнечные панели на свои дома, убедились, что полученной энергии вполне хватает на все бытовые нужды, зарядку приборов и телефонов. Хотя нередка ситуация, когда ради интереса на крышу дачи устанавливают всего одну панель — именно для зарядки гаджетов во время отдыха.

Но когда собираются обеспечить световой энергией весь дом, изначально хорошо продумывают архитектуру крыши. Если же говорить о расчетах, то понятие экономичности панелей определяет инсоляция, а именно то, насколько они выгодны в той или иной местности. Для этого делается подсчет выходного тока и напряжения, а это уже зависит от того, как хорошо фотоэлементы батареи улавливают солнечный свет. А сама инсоляция — это мера солнечной радиации, которая способна достичь земли в конкретном регионе и измеряется она в кВТ/м.кв./дни. Такие данные всегда находятся в открытом доступе.

Да и сами панели тоже бывают разных видов. Так, в СНГ наиболее распространены на основе аморфного кремния и пленочные. Они дешевле и проще в изготовлении, не нуждаются в прямых солнечных лучах и прекрасно себя показывают при рассеянном освещении. Именно такие идеально подходят для средней полосы с ее привычной облачностью.

А вот для южных солнечных регионов с преобладающей ясной погодой больше подходят поликристаллические и монокристаллические батареи.