Физичари из Русије побољшали ефикасност соларних панела за 20%

Однос ефикасности и материјала и технологија

Како функционишу соларни панели? На основу особина полупроводника. Светлост која пада на њих производи електроне који се налазе у спољашњој орбити атома својим честицама. Велики број електрона ствара потенцијал електричне струје – у условима затвореног кола.

Да би се обезбедио нормалан индикатор напајања, један модул неће бити довољан. Што је више панела, ефикаснији је рад радијатора, који дају електричну енергију батеријама, где ће се акумулирати.Из тог разлога ефикасност соларних панела зависи и од броја инсталираних модула. Што их је више, то више сунчеве енергије апсорбују, а њихов индекс снаге постаје за ред величине већи.

Може ли се побољшати ефикасност батерије? Такве покушаје су чинили њихови креатори, и то више пута. Излаз у будућности може бити производња елемената који се састоје од неколико материјала и њихових слојева. Материјали се прате на начин да модули могу да апсорбују различите врсте енергије.

На пример, ако једна супстанца ради са УВ спектром, а друга са инфрацрвеним спектром, ефикасност соларних ћелија се значајно повећава. Ако размишљате на нивоу теорије, онда највећа ефикасност може бити индикатор од око 90%.

Такође, врста силицијума има велики утицај на ефикасност било ког соларног система. Његови атоми се могу добити на неколико начина, а сви панели, на основу тога, подељени су у три варијанте:

• монокристали;
• поликристали;
• аморфни силицијумски елементи.

Соларне ћелије се производе од монокристала, чија је ефикасност око 20%. Они су скупи јер су најефикаснији. Поликристали су много нижи по цени, јер у овом случају квалитет њиховог рада директно зависи од чистоће силицијума који се користи у њиховој производњи.

Елементи на бази аморфног силицијума постали су основа за производњу танкослојних флексибилних соларних панела. Технологија њихове производње је много једноставнија, трошак је нижи, али ефикасност је мања - не више од 6%. Брзо се троше. Стога, да би се побољшао њихов радни век, додају им се селен, галијум и индијум.

Употреба

Преносива електроника

За снабдевање електричном енергијом и/или пуњење батерија различите потрошачке електронике - калкулатора, плејера, батеријских лампи итд.

Енергетско снабдевање зграда

Соларна батерија на крову куће

Соларне ћелије великих димензија, попут соларних колектора, имају широку примену у тропским и суптропским регионима са великим бројем сунчаних дана. Посебно популарни у медитеранским земљама, где се постављају на кровове кућа.

Нове куће у Шпанији опремљене су соларним бојлерима од марта 2007. како би обезбедиле између 30% и 70% својих потреба за топлом водом, у зависности од локације куће и очекиване потрошње воде. Нестамбене зграде (тржни центри, болнице и сл.) морају имати фотонапонску опрему.

Тренутно, прелазак на соларне панеле изазива много критика међу људима. То је због повећања цена електричне енергије, нереда природног пејзажа. Противници транзиције соларни панели су критиковани због тога транзиције, као власници кућа и земљишта на којима постављени соларни панели и ветропаркови, добијају субвенције од државе, док обични станари не. С тим у вези, немачко савезно министарство економије израдило је предлог закона који ће у блиској будућности омогућити увођење повластица за станаре који живе у кућама које се напајају енергијом из фотонапонских инсталација или блок термоелектрана. Уз исплату субвенција власницима кућа који користе алтернативне изворе енергије, планирана је исплата субвенција станарима који живе у овим кућама.

Употреба у свемиру

Соларни панели су један од главних начина за генерисање електричне енергије на свемирским летелицама: они раде дуго без трошења материјала, а истовремено су еколошки прихватљиви, за разлику од нуклеарних и радиоизотопних извора енергије.

Међутим, када лете на великој удаљености од Сунца (изван орбите Марса), њихова употреба постаје проблематична, пошто је ток сунчеве енергије обрнуто пропорционалан квадрату удаљености од Сунца. Када летите до Венере и Меркура, напротив, снага соларних батерија се значајно повећава (у региону Венере за 2 пута, у региону Меркура за 6 пута).

Употреба у медицини

Јужнокорејски научници развили су поткожну соларну ћелију. Минијатурни извор енергије може се уградити под кожу особе како би се обезбедио несметан рад уређаја уграђених у тело, као што је пејсмејкер. Таква батерија је 15 пута тања од длаке и може се напунити чак и ако се крема за сунчање нанесе на кожу.

Шта је ефикасност

Дакле, ефикасност батерије је количина потенцијала коју заправо генерише, назначена као проценат. Да би се то израчунало, потребно је поделити снагу електричне енергије снагом сунчеве енергије која пада на површину соларних панела.

Сада је ова цифра у распону од 12 до 25%. Иако се у пракси, с обзиром на временске и климатске услове, не пење изнад 15. Разлог томе су материјали од којих се праве соларне батерије. Силицијум, који је главна "сировина" за њихову производњу, нема способност да апсорбује УВ спектар и може да ради само са инфрацрвеним зрачењем.Нажалост, због овог недостатка трошимо енергију УВ спектра и не користимо је добро.

Утицај на перформансе различитих фактора.

Повећање ефикасности соларних модула је главобоља за све истраживаче који раде у овом правцу. До данас је ефикасност таквих уређаја у распону од 15 до 25%. Проценат је веома низак. Соларне батерије су изузетно каприциозан уређај, чији стабилан рад зависи од много разлога.

Главни фактори који могу утицати на перформансе на два начина су:

• Основни материјал за соларне ћелије. Најслабији у овом погледу су поликристални соларни панели са ефикасношћу до 15%. Модули на бази индијум-галијум или кадмијум-телур, који имају до 20% продуктивности, могу се сматрати обећавајућим.
• Оријентација соларног пријемника. У идеалном случају, соларни панели са својом радном површином треба да буду окренути према сунцу под правим углом. У овој позицији би требало да буду што је могуће дуже. Да би се продужило трајање правилног позиционирања модула у подручју сунца, скупљи колеге имају у свом арсеналу уређај за праћење сунца који ротира батерије пратећи кретање звезде.
• Прегревање инсталација. Повишене температуре негативно утичу на производњу електричне енергије, па је приликом уградње потребно обезбедити довољну вентилацију и хлађење панела. Ово се постиже постављањем вентилационог размака између панела и површине за уградњу.
• Сенка коју баца било који објекат може значајно покварити ефикасност целог система.

Испуњавањем свих захтева и, ако је могуће, постављањем панела на прави положај, можете добити соларне панеле високе ефикасности. Висока је, а не максимална. Чињеница је да је израчуната, односно теоријска ефикасност, вредност изведена у лабораторијским условима, са просечним параметрима дневних сати и броја облачних дана.

У пракси ће, наравно, проценат ефикасности бити мањи.

Подизање соларне енергије батерије за ваш дом, боље је фокусирати се на доњу границу перформанси, а не на горњу. Одабиром соларних модула и свих компонената одговарајућих за посао на овај начин, можете бити сигурни да је капацитет инсталиране инсталације довољан. Одабиром ниже границе перформанси у прорачунима, можете уштедети на куповини додатних панела који се купују за реосигурање у случају недостатка струје.

Охрабрујући развојни изгледи.

До данас апсолутни рекорд ефикасности у соларној енергији припада америчким програмерима и износи 42,8%. Ова вредност је 2% већа од претходног рекорда из 2010. године. Рекордна количина енергије постигнута је унапређењем соларне ћелије од кристалног силицијума. Јединственост такве студије је чињеница да су сва мерења вршена искључиво у радним условима, односно не у лабораторијским и стакленичким просторијама, већ на стварним местима предложене инсталације.

На маргинама свих истих техничких лабораторија, рад на повећању последњег рекорда не престаје. Следећи циљ програмера је граница ефикасности соларних модула на 50%.Човечанство се сваким даном ближи тренутку када ће соларна енергија у потпуности заменити штетне и скупе тренутно коришћене изворе енергије и изједначити се са гигантима као што су хидроелектране.

Ефикасност различитих типова соларних панела

Све модерне соларне ћелије раде на основу физичких својстава полупроводника. Фотони сунчеве светлости, који падају на фотонапонске панеле, избацују електроне из спољашњих орбита атома. Као резултат, почиње њихово кретање, што доводи до појаве електричне струје.

Појединачни панели не могу да обезбеде нормалну снагу, па су повезани у одређеним количинама на заједничку соларну батерију. Што је више фотонапонских ћелија укључено у систем, то ће бити већа излазна снага електричне енергије.

Познавајући принцип панела, можете одредити њихову ефикасност. Теоретски, дефиниција ефикасности је количина произведене електричне енергије подељена са количином енергије сунчевих зрака која пада на дати панел. Теоретски, савремени системи могу да испоруче до 25%, али у стварности ова цифра није већа од 15%. Много зависи од материјала од којег су направљени панели. На пример, широко распрострањени силицијум је у стању да апсорбује само инфрацрвене зраке, а енергија ултраљубичастих зрака се њиме не перципира и троши.

Тренутно се ради на стварању вишеслојних панела, што омогућава производњу соларних панела високе ефикасности. Њихов дизајн укључује различите материјале који се налазе у неколико слојева. Они су одабрани на такав начин да су у стању да ухвате све главне енергетске кванте.То јест, сваки слој одређеног материјала је способан да апсорбује једну од врста енергије.

Теоретски, за такве уређаје, ефикасност се може повећати до 87%, али у пракси је технологија производње таквих панела прилично компликована. Поред тога, њихова цена је много већа у поређењу са стандардним соларним системима.

Ефикасност соларне батерије у великој мери зависи од врсте силицијума који се користи у соларним ћелијама. Сви панели засновани на овом материјалу подељени су у три типа:

• Монокристална, са ефикасношћу од 10-15%. Они се сматрају најефикаснијим, а њихова цена је много већа од других уређаја.
• Поликристални имају ниже стопе, али њихова цена по вату је много нижа. Када се користе висококвалитетни материјали, такви панели су понекад супериорнији у ефикасности од монокристала.
• Флексибилни танкослојни панели на бази аморфног силицијума. Лако се производе и имају ниску цену. Међутим, ефикасност ових уређаја је веома ниска, око 5-6%. Постепено, током рада, њихов учинак се смањује, продуктивност постаје нижа.

прос

1. Због чињенице да у панелима нема покретних делова и елемената, издржљивост је повећана. Произвођачи гарантују век трајања од 25 година.
2. Ако се придржавате свих правила рутинског одржавања и рада, рад таквих система се повећава на 50 година. Одржавање је прилично једноставно - благовремено очистите фотоћелије од прашине, снега и других природних загађивача.
3. Трајност система је одлучујући фактор за куповину и уградњу панела. Након што се сви трошкови исплате, произведена електрична енергија биће бесплатна.

Најважнија препрека широкој употреби оваквих система је њихова висока цена. Уз ниску ефикасност соларних панела за домаћинство, постоје озбиљне сумње у економску потребу за овим конкретним начином производње електричне енергије.

Али опет, потребно је разумно проценити могућности ових система и на основу тога израчунати очекивани принос. Неће бити могуће потпуно заменити традиционалну електричну енергију, али је сасвим могуће уштедети коришћењем соларних система.

Поред тога, тешко је не приметити такве предности као што су:

• Добијање струје у најудаљенијим крајевима од цивилизације;
• аутономија;
• Бешумност.

Недостаци соларне енергије

• Потреба за коришћењем великих површина;
• Соларна електрана не ради ноћу и не ради ефикасно у вечерњем сумраку, док се врхунац потрошње електричне енергије јавља управо у вечерњим сатима;
• Упркос еколошкој чистоћи примљене енергије, саме соларне ћелије садрже токсичне супстанце, као што су олово, кадмијум, галијум, арсен итд.

Соларне електране су критиковане због високих трошкова, као и ниске стабилности комплексних оловних халогенида и токсичности ових једињења. Тренутно је у току активан развој безоловних полупроводника за соларне ћелије, на пример, на бази бизмута и антимона.

Због ниске ефикасности, која у најбољем случају достиже 20 одсто, соларни панели се веома загревају. Преосталих 80 одсто сунчеве енергије Светлост загрева соларне панеле до просечна температура око 55°Ц. ИЗ повећање температуре фотонапонске ћелије за 1°, његова ефикасност пада за 0,5%.Ова зависност је нелинеарна и повећање температуре елемента за 10° доводи до смањења ефикасности скоро два пута. Активни елементи система за хлађење (вентилатори или пумпе) који пумпају расхладно средство троше значајну количину енергије, захтевају периодично одржавање и смањују поузданост целог система. Пасивни системи за хлађење имају веома ниске перформансе и не могу се носити са задатком хлађења соларних панела.

Прорачун учинка

Коришћење соларне енергије и економска рационалност оваквих концепата одређују ефикасност свих врсте система соларних панела. Пре свега, узимају се у обзир трошкови трансформације. соларну енергију у електричну енергију.

Колико су профитабилни и ефикасни такви системи одређују фактори као што су:

• Врста соларних панела и пратеће опреме;
• Ефикасност фотоћелија и њихова цена;
• Климатски услови. Различити региони имају различиту соларну активност. Такође утиче на период отплате.

Како одабрати праву изведбу

Пре куповине панела, морате знати колика може бити потребна ефикасност соларне батерије.

Ако је потрошња вашег домаћинства, на пример, 100 кВ/месечно (према струјомеру), онда је препоручљиво да соларне ћелије производе исту количину.

Одлучио за ово. Идемо даље.

Јасно је да соларна станица ради само током дана. Штавише, снага са натписне плочице биће постигнута у присуству ведрог неба. Поред тога, вршна снага се може постићи под условом да сунчеви зраци падају на површину. под правим углом.

Како се положај сунца мења, мења се и угао панела.Сходно томе, под великим угловима ће се приметити приметно смањење снаге. Ово је само по ведром дану. У облачном времену може се гарантовати пад снаге од 15-20 пута. Чак и мали облак или измаглица изазива пад снаге 2-3 пута

Ово се такође мора узети у обзир

Сада - како израчунати време рада панела?

Период рада у коме батерије могу ефикасно да раде са скоро пуним капацитетом је приближно 7 сати. Од 9:00 до 16:00 часова. Лети је дневно светло дуже, али производња електричне енергије ујутру и увече је веома мала - у границама од 20–30%. Остатак, ово је 70%, биће генерисан, опет, током дана, од 9 до 16 часова.

Дакле, испоставило се да ако плоче имају називну снагу од 1 кВ, онда је лети најсунчанији дневно ће производити 7 кВ / х електрична енергија. Под условом да ће радити од 9 до 16 сати дневно. Односно, то ће износити 210 кВх електричне енергије месечно!

Ово је комплет панела. А једна утичница снаге само 100 вати? За дан ће дати 700 вати / сат. 21 кВ месечно.

Како учинити да ваш соларни панел ради што ефикасније

Перформансе било ког соларног система зависе од:

• индикатори температуре;
• угао упада сунчевих зрака;
• стање површине (увек мора бити чиста);
• временски услови;
• присуство или одсуство сенке.

Оптимални угао упада сунчевих зрака на панел је 90 °, односно права линија. Већ постоје соларни системи опремљени јединственим уређајима. Они вам омогућавају да пратите положај звезде у свемиру. Када се промени положај Сунца у односу на Земљу, мења се и угао нагиба Сунчевог система.

Стално загревање елемената такође не утиче најбоље на њихове перформансе. Када се енергија претвара, долази до њених озбиљних губитака. Због тога се увек мора оставити мали простор између соларног система и површине на којој је монтиран. Ваздушне струје које пролазе у њему служиће као природан начин хлађења.

Чистоћа соларних панела је такође важан фактор који утиче на њихову ефикасност. Ако су јако загађене, скупљају мање светлости, што значи да је њихова ефикасност смањена.

Такође, правилна инсталација игра велику улогу. Приликом монтирања система немогуће је дозволити да сенка падне на њега. Најбоља страна на којој се препоручује постављање је јужна.

Окренувши се временским условима, можемо истовремено одговорити на популарно питање да ли соларни панели раде по облачном времену. Наравно, њихов рад се наставља, јер електромагнетно зрачење које излази са Сунца погађа Земљу у свако доба године. Наравно, перформансе панела (ЦОП) ће бити знатно ниже, посебно у регионима са обиљем кишних и облачних дана у години. Другим речима, они ће производити електричну енергију, али у много мањим количинама него у регионима са сунчаном и топлом климом.

Фактори који утичу на ефикасност соларних ћелија

Карактеристике структуре фотоћелија узрокују смањење перформанси панела са повећањем температуре.

Делимично затамњење панела изазива пад излазног напона услед губитака у неосветљеном елементу, који почиње да делује као паразитско оптерећење. Овај недостатак се може елиминисати уградњом бајпаса на сваку фотоћелију панела.У облачном времену, у одсуству директне сунчеве светлости, панели који користе сочива за концентрисање зрачења постају изузетно неефикасни, пошто ефекат сочива нестаје.

Из криве перформанси фотонапонског панела може се видети да је за постизање највеће ефикасности потребан правилан избор отпора оптерећења. Да бисте то урадили, фотонапонски панели нису повезани директно са оптерећењем, већ користе контролер за управљање фотонапонским системом који обезбеђује оптималан рад панела.

Како функционише соларна батерија?

Све модерне соларне ћелије раде захваљујући открићу физичара Александра Бекерела 1839. године – самом принципу рада полупроводника.

Ако се силицијумске фотоћелије на горњој плочи загреју, онда се атоми силицијумског полупроводника ослобађају. Покушавају да ухвате атоме доње плоче. У потпуном складу са законима физике, електрони доње плоче морају се вратити у првобитно стање. Ови електрони се отварају на један начин - кроз жице. Похрањена енергија се преноси на батерије и враћа назад у горњу силиконску плочицу.

Прича

Године 1842. Александар Едмонд Бекерел је открио ефекат претварања светлости у електричну енергију. Чарлс Фритс је почео да користи селен да претвори светлост у електричну енергију. Прве прототипове соларних ћелија направио је италијански фотохемичар Гиацомо Луиги Цхамицхан.

Дана 25. марта 1948. године, Белл Лабораториес је најавила стварање првих соларних ћелија на бази силицијума за генерисање електричне струје. Ово откриће су направила тројица запослених у компанији - Цалвин Соутхер Фуллер, Дарил Цхапин и Гералд Пеарсон. Већ 4 године касније, 17. марта 1958. године, у САД је лансиран сателит који користи соларне панеле, Авангард-1. 15. маја 1958. године у СССР је такође лансиран сателит који користи соларне панеле Спутњик-3.

Ово је интересантно: У Немачкој је изграђен највиши ветроелектрана у свету

Колико брзо ће се соларни панели исплатити?

Трошкови соларних панела данас су прилично високи. А с обзиром на малу вредност ефикасности панела, питање њихове отплате је веома релевантно. Радни век батерија које се напајају соларном енергијом је око 25 година или више. Разговараћемо о томе шта је узроковало тако дуг радни век мало касније, али за сада ћемо сазнати питање постављено изнад.

На период отплате утичу:

• Изабрани тип опреме. Једнослојне соларне ћелије имају мању ефикасност у односу на вишеслојне, али и знатно нижу цену.
• Географска локација, односно, што је више сунчеве светлости у вашем подручју, то ће се инсталирани модул брже исплатити.
• Цена опреме. Што више новца потрошите на куповину и уградњу елемената који чине систем за уштеду соларне енергије, то је дужи период поврата.
• Цена енергетских ресурса у вашем региону.

Просечан период отплате за земље јужне Европе је 1,5-2 године, за земље централне Европе - 2,5-3,5 године, ау Русији период отплате је приближно 2-5 година.У блиској будућности, ефикасност соларних панела ће се значајно повећати, то је због развоја напреднијих технологија које повећавају ефикасност и смањују трошкове панела. Као резултат тога, смањиће се и период током којег ће се систем за уштеду енергије на соларну енергију исплатити.

Најновија достигнућа која повећавају ефикасност

Скоро сваки дан научници широм света најављују развој нове методе за повећање ефикасности соларних модула. Хајде да се упознамо са најзанимљивијим од њих. Прошле године, Схарп је јавности представио соларну ћелију са ефикасношћу од 43,5%. Они су успели да постигну ову цифру инсталирањем сочива за фокусирање енергије директно у елемент.

Немачки физичари не заостају за Шарпом. У јуну 2013. представили су своју соларну ћелију површине само 5,2 квадратна метра. мм, који се састоји од 4 слоја полупроводничких елемената. Ова технологија је омогућила постизање ефикасности од 44,7%. Максимална ефикасност у овом случају се постиже и постављањем конкавног огледала у фокус.

У октобру 2013. објављени су резултати рада научника са Станфорда. Развили су нови композит отпоран на топлоту способан да повећа перформансе фотонапонских ћелија. Теоријска вредност ефикасности је око 80%. Као што смо горе написали, полупроводници, који укључују силицијум, могу да апсорбују само ИР зрачење. Дакле, деловање новог композитног материјала је усмерено на претварање високофреквентног зрачења у инфрацрвено.

Следећи су били енглески научници. Развили су технологију која је у стању да повећа ефикасност ћелија за 22%.Предложили су постављање алуминијумских наношиљака на глатку површину танкослојних панела. Овај метал је изабран због чињенице да не упија сунчеву светлост, већ је, напротив, распршује. Сходно томе, количина апсорбоване сунчеве енергије се повећава. Отуда повећање перформанси соларне батерије.

Овде су дати само главни развоји, али ствар није ограничена на њих. Научници се боре за сваки десети део процента и засад им то и полази за руком. Надајмо се да ће у блиској будућности ефикасност соларних панела бити на одговарајућем нивоу. На крају крајева, онда ће корист од коришћења панела бити максимална.

Чланак је припремила Абдулина Регина

Москва већ користи нове технологије за осветљење улица и паркова, мислим да је ту прорачуната економска ефикасност:

Врсте соларних фотоћелија и њихова ефикасност

Рад соларних панела заснива се на својствима полупроводничких елемената. Сунчева светлост која пада на фотонапонске панеле фотонима избацује електроне из спољашње орбите атома. Резултујући велики број електрона обезбеђује електричну струју у затвореном колу. Један или два панела за нормалну снагу нису довољни. Због тога се неколико комада комбинује у соларне панеле. Да би се добио потребан напон и снага, они су повезани паралелно и серијски. Већи број соларних ћелија даје већу површину за апсорпцију сунчеве енергије и производи више енергије.

Фотоћелије

Један од начина повећања ефикасности је стварање вишеслојних панела. Такве структуре се састоје од скупа материјала распоређених у слојевима. Селекција материјала се врши на начин да се ухвате кванти различитих енергија.Слој са једним материјалом апсорбује једну врсту енергије, са другим један други, итд. Као резултат, могуће је креирати соларне панеле високе ефикасности. Теоретски, такви сендвич панели могу пружити Ефикасност до 87 процената. Али то је у теорији, али у пракси је производња таквих модула проблематична. Осим тога, постају веома скупи.

На ефикасност соларних система утиче и врста силицијума који се користи у соларним ћелијама. У зависности од производње атома силицијума, могу се поделити на 3 типа:

• Моноцристаллине;
• Полицристаллине;
• Плоче од аморфног силикона.

Соларне ћелије од монокристалног силицијума имају ефикасност од 10-15 одсто. Они су најефикаснији и коштају највише. Модели од поликристалног силицијума имају најјефтинији ват електричне енергије. Много зависи од чистоће материјала, ау неким случајевима поликристални елементи могу бити ефикаснији од монокристала.

Плоча од аморфног силикона