Zasada działania baterii słonecznej i jej odmian
Energia słoneczna to obiecujący kierunek rozwoju alternatywnych źródeł energii. Technologia rozwinęła się tak bardzo, że nowoczesne baterie są w stanie pokryć zapotrzebowanie na energię elektryczną w wiejskim domu nawet na tych szerokościach geograficznych, gdzie liczba pogodnych dni jest bardzo ograniczona (na przykład w regionie Leningradu). Rozumiemy, jaka jest zasada działania baterii słonecznej, jakie rodzaje sprzętu istnieją, jakie parametry należy wziąć pod uwagę przy wyborze.
Jak działa technologia
Zasada działania baterii słonecznych opiera się na możliwości oddziaływania światła słonecznego (a jest to promieniowanie elektromagnetyczne) z materią. W tej interakcji energia fotonów (cząstek światła) jest przenoszona na elektrony substancji, czyli energia światła jest przekształcana w stały prąd elektryczny.
Zjawisko to odkryto w XIX wieku i nazwano efektem fotoelektrycznym (efekt fotoelektryczny). Do jego wystąpienia i konserwacji potrzebne są przetworniki fotoelektryczne (fotokomórki), półprzewodniki zgodnie ze sposobem działania.
Półprzewodnik to materiał z nadmiarem lub niedoborem elektronów. Element półprzewodnikowy ma dwie warstwy o różnej przewodności. Warstwa z nadmiarem elektronów pełni rolę katody, warstwa z brakiem elektronów – anody. W większości nowoczesnych produktów rolę półprzewodników pełnią płytki krzemowe, które posiadają niezbędne właściwości półprzewodnikowe.
Poszczególne fotokomórki mają zbyt małą moc, aby zasilić urządzenie. Dlatego są one połączone w obwód elektryczny, który tworzy tak zwaną baterię słoneczną (lub panel). Urządzenie ma następującą strukturę:
- Produkt wygląda jak panel, w którym laminowane są wafle krzemowe odpowiedzialne za przemianę energii.
- Górny panel jest chroniony szkłem hartowanym. Aby zwiększyć wydajność, wybierz gatunek szkła o niskiej zawartości tlenku żelaza. Dzięki takiemu rozwiązaniu uzyskuje się wysoką przejrzystość, co wpływa również na wydajność systemu.
- Dzięki laminowaniu panel jest całkowicie szczelny, a zastosowane materiały sprawiają, że jest odporny na obciążenia wiatrem i śniegiem.
Plusy i minusy
Energia słoneczna odnosi się do alternatywnych, odnawialnych źródeł, jej wykorzystanie uważane jest za postępowy sposób zużycia energii. Jego zalety są opisane w następujący sposób:
- Twoje miesięczne rachunki za prąd spadają (i najlepiej znikają). Stopień oszczędności zależy od wielkości zainstalowanego systemu i wielkości zużycia.
- Jeśli instalujesz system we własnej witrynie, nie musisz uzyskiwać pozwolenia na instalację sprzętu.
- Istnieje możliwość zarobienia, jeśli wyprodukujesz wystarczającą ilość energii elektrycznej, aby móc ją sprzedać państwu.
- Koszty utrzymania pozostają bardzo niskie.
- Lekka, bezawaryjna praca, brak hałasu.
- Energia słoneczna to dynamiczny przemysł, a wydajność paneli słonecznych stale się poprawia. Nowoczesne modele mogą pracować nawet przy ciągłym zachmurzeniu (zmniejszenie produkcji).
Osoby sceptycznie nastawione do montażu paneli słonecznych kierują się następującymi faktami:
- Panele wymagają inwestycji, potrzebują miejsca do montażu, a wydajność jest dość niska nawet w najlepszych modelach.
- Panele mogą służyć jako źródło energii tylko w ciągu dnia. Aby korzystać z darów zielonej energii przez całą dobę, potrzebujesz baterii - urządzenia buforowego, a także falownika (urządzenia do zamiany prądu stałego na prąd przemienny). „Darmową energię z natury” trudno nazwać tanią.
- Zielona technologia szkodzi naturze nie bardziej niż tradycyjne spalanie jakiegokolwiek paliwa. Warto przypomnieć cechy produkcji, a zwłaszcza utylizacji paneli i baterii. Jego przyjazność dla środowiska to wielkie pytanie.
- Takie źródło energii trudno nazwać niezależnym. Nie masz punktów przecięcia z sieciami państwowymi, ale nie możesz obejść się bez firm zajmujących się konserwacją, naprawą systemów i sprzedażą komponentów.
- Nie zawsze jest możliwe osiągnięcie zwrotu z systemu, coraz częściej technologia okazuje się nieopłacalna. Chodzi o nieuważny dobór paneli, niską wydajność, nieodpowiednie warunki klimatyczne.
Odmiany
Systemy słoneczne dzielą się na dwa typy w zależności od sposobu ich funkcjonowania:
- Autonomiczny. Działają tam, gdzie nie ma możliwości podłączenia do centralnej sieci energetycznej. Minus objawia się w okresach dłuższej nieobecności słońca (na przykład zimą), kiedy istnieje ryzyko pozostawienia bez prądu. Potrzebujesz generatora na olej napędowy / benzynę z siatką bezpieczeństwa.
- Łączny. System działa autonomicznie, na generację ze słońca, ale w razie potrzeby przełącza się na źródło zapasowe (sieć energetyczna lub ten sam diesel). Źródła podłączane są do sieci za pomocą urządzeń, przełączanie odbywa się automatycznie.
Technologie produkcji i urządzenia do baterii słonecznych różnią się głównie sposobem nakładania krzemu. Większość systemów wykorzystuje moduły następujących typów:
- typ polikrystaliczny. Niedroga opcja na panele słoneczne, odpowiednia jako źródło energii dla wiejskiego domu. Istnieje wersja modelu mobilnego, którą możesz zabrać na wycieczkę lub wędrówkę. Wadą technologii jest stosunkowo niska (do 18%) sprawność.
- krzem monokrystaliczny. Panele są bardziej niezawodne w działaniu. Mają dłuższą żywotność (do 40-50 lat), bardziej stabilną pracę: podczas pracy zachowują do 70-80% mocy. Panele z elementów monokryształowych wykazują wydajność do 22% (w serii); te stosowane w przemyśle kosmicznym - do 38%.
Możliwy jest również montaż następujących urządzeń:
- Krzem wielokrystaliczny. Moduły wykonane z krzemu multikrystalicznego są łatwe w produkcji, a zatem mają bardziej przystępną cenę. Sprawność sięga 15%, serwis projektowany jest na 25 lat.
- Baterie cienkowarstwowe. Może działać w rozproszonym świetle (bez bezpośredniego światła słonecznego), co jest zaletą w mglistym klimacie lub zakurzonym powietrzu. Daje to dodatkowe 10-15% wydajności rocznie (w porównaniu z tradycyjnymi systemami krystalicznymi).
- Panele słoneczne wykonane z amorficznego krzemu. Sprawność jest niska (6-8%), ale wytwarzana energia elektryczna jest jedną z najtańszych.
- Modele oparte na CIGS (półprzewodnikowe). W skład półprzewodnika wchodzi miedź zmieszana z indem, galem i selenem. Akumulator oparty na technologii filmowej, sprawność sięga 15%.
- Baterie z tellukiem kadmu (CdTe). Wykonane są w technologii filmowej, wyróżnia je ultracienka warstwa półprzewodnikowa. Sprawność nie przekracza 11%, ale generowana energia jest o 20-30% tańsza od modeli krzemowych.
Przydatne wideo
Subtelności ważne do wyboru
Aby sprzęt był jak najbardziej wydajny, zaleca się podjęcie następujących pytań:
- Format użytkowania. Definiuje stronę finansową. Jedną rzeczą jest przenośny panel, który można zawiesić na oknie lub zabrać w podróż, zupełnie inną jest pełnoprawny system do montażu na dachu domu. Koszt tego ostatniego zależy od kraju pochodzenia i pojemności.
- Charakterystyka. Aby wybrać model pożądanego typu i mocy, warto skontaktować się ze specjalistami, ale tutaj wszystko zależy również od sposobu użytkowania. Do ładowania latarki wystarczy panel o mocy 3-4 W, do lodówki wiejskiej potrzebny będzie system do 100 W.
- Lokalizacja. Do montażu paneli słonecznych wybierz powierzchnię zorientowaną na południe, bez obszarów zacienionych. Kąt nachylenia dobiera się równy szerokości geograficznej obszaru i dostosowuje w zależności od pory roku: latem zwiększa się o 6 °, zimą zmniejsza się o tę samą wartość
Przydatne wideo
Podsumowanie
Baterie słoneczne to alternatywne źródło energii, które ma postać paneli (stacjonarnych lub elastycznych, przenośnych). Panele składają się z elementów półprzewodnikowych zdolnych do przekształcania energii słonecznej w prąd stały. Osobliwością paneli słonecznych jest to, że nie mogą pracować przez całą dobę, dlatego potrzebują dodatkowego sprzętu: baterii i falownika (do konwersji prądu stałego na prąd przemienny).
Zgodnie z metodą działania rozróżnia się systemy autonomiczne i połączone. Najpopularniejszym produktem na rynku energetycznym są systemy mono- i polikrystaliczne. Przy wyborze odpowiedniego modelu ważne jest, aby wziąć pod uwagę moc, obliczyć koszty cenowe. Jeśli zamierzasz sprzedawać nadwyżki energii, musisz zatrudnić elektryka do podłączenia do sieci.
