ТАК КАК ЖЕ СОЛНЕЧНЫЕ ПАНЕЛИ ПРОИЗВОДЯТ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО?

олнечные панели являются основой современных систем преобразования энергии, представляя собой экологически чистый и устойчивый источник энергии. Основной принцип их работы заключается в преобразовании энергии солнечного света в электрическую энергию. Этот процесс осуществляется благодаря физическому явлению, называемому фотоэлектрическим эффектом. Особенно в последние годы, на фоне роста стоимости электроэнергии и усилий по снижению углеродных выбросов, значение солнечных панелей значительно возросло.

Большой массив солнечных панелей, установленный на крыше, представляет собой популярную технологию возобновляемой энергии, преобразующую солнечный свет в электричество для домов и предприятий. Несмотря на кажущуюся сложность, этот процесс основывается на довольно простом принципе. Специальные солнечные ячейки, находящиеся внутри панелей, напрямую преобразуют энергию света в электрический ток.

Каждая солнечная ячейка, как правило, изготовлена из тонко нарезанного кремния. Кремний — это полупроводниковый материал, способный преобразовывать световую энергию в электрическую. Внутри солнечных ячеек находятся положительные и отрицательные слои, между которыми формируется постоянное электрическое поле. Эта структура и составляет основу преобразования солнечного света в электричество.

Свет, достигающий Земли от Солнца, состоит из частиц, несущих энергию, называемых фотонами. Когда солнечная ячейка подвергается воздействию солнечного света, её материал поглощает энергию фотонов. Эта энергия вызывает высвобождение электронов из атомов, в которых они находятся. Таким образом, электроны становятся свободными.

Электрическое поле внутри ячейки направляет освободившиеся электроны в одном направлении, создавая поток электрического тока. Этот процесс называется фотоэлектрическим эффектом, и в результате между выводами ячейки образуется постоянный ток (DC).

Электричество, вырабатываемое солнечными панелями, должно быть приведено в форму, пригодную для повседневного использования. Поскольку ток, получаемый от панелей, является постоянным (DC), его необходимо преобразовать в переменный ток (AC), который используется в наших домах и в сети. Это преобразование выполняет устройство, называемое инвертором. Инвертор принимает DC от панелей и преобразует его в AC, подходящий для домашней электросети. Благодаря этому, энергия, производимая солнечными панелями, может быть безопасно использована как для бытовых приборов, так и для передачи в электросеть.

AC-электричество, полученное через инвертор, теперь можно использовать для питания всех электрических устройств в доме. Солнечная энергетическая система на крыше обычно состоит из нескольких панелей. С увеличением количества панелей возрастает и объём вырабатываемой энергии.

Солнечные панели продолжают вырабатывать электричество, пока светит солнце; однако ночью или в сильно облачную погоду производство может временно прекратиться или уменьшиться. В таких случаях возможно использовать аккумуляторы (устройства хранения энергии), чтобы сохранить избыточную энергию, выработанную днём. Если ваша система подключена к сети, избыточная энергия может быть передана в сеть, а в периоды низкого производства — получена из неё.

Щёлкните здесь, чтобы ознакомиться с нашими солнечными панелями.

Солнце ежесекундно посылает на Землю примерно 173 000 тераватт энергии. Это количество в десятки тысяч раз превышает годовую потребность человечества в энергии. Солнечная энергия достигает Земли в виде фотонов, охватывающих видимый свет, инфракрасный и ультрафиолетовый спектры.

Солнечные панели напрямую преобразуют эти фотоны в электрическую энергию. Для осуществления этого преобразования панели должны подвергаться воздействию определённой интенсивности солнечного излучения. Продолжительность освещения, плотность атмосферы, облачность и угол наклона панели определяют эффективность использования этой энергии.

Солнечные панели состоят из множества соединённых последовательно или параллельно фотоэлектрических ячеек. Эти ячейки обычно изготавливаются из высокочистого полупроводникового материала — кремния.

Фотоэлектрические ячейки состоят из двух основных полупроводниковых слоёв:

• N-тип (негативный): легирован элементами с пятью валентными электронами, такими как фосфор, содержит свободные электроны.
• P-тип (позитивный): легирован элементами с тремя валентными электронами, такими как бор, содержит «дырки» — положительные носители заряда.

При объединении этих двух слоёв формируется PN-переход и создаётся электрическое поле. Это поле направляет освободившиеся электроны в одном направлении, инициируя образование тока.

Фотоны, поступающие от солнца, при наличии достаточной энергии (обычно выше 1,1 эВ) выбивают электроны из атомов кремния. В результате:

• Электрон (отрицательный заряд) освобождается,
• В атоме формируется «дырка» (положительный заряд).

Этот процесс называется генерацией электронно-дырочной пары. Электрическое поле направляет электроны к N-стороне, а дырки — к P-стороне. Это движение запускает поток постоянного тока (DC), когда ячейка подключена к внешней цепи.

Техническое примечание: каждая фотоэлектрическая ячейка обычно вырабатывает напряжение около 0,5–0,6 В. При последовательном соединении ячеек увеличивается напряжение, при параллельном — сила тока.

Освобождённые в ячейке электроны направляются через выходные клеммы панели. Этот поток — постоянный ток (DC), т.е. электроны движутся в одном направлении. Уровень напряжения зависит от типа ячейки, интенсивности солнечного света и конфигурации соединения.

Пример: 60-ячеечная монокристаллическая панель обычно вырабатывает напряжение в диапазоне 30–40 В DC.

Постоянный ток может быть напрямую накоплен в аккумуляторах или преобразован в переменный с помощью инвертора.

Постоянный ток не совместим с бытовыми приборами. Поэтому системе необходим инвертор. Инвертор преобразует DC в переменный ток AC стандарта 230 В 50 Гц (для Турции).

Инверторные системы также:

• Отслеживают выработку, поток сети и потребление,
• Обеспечивают синхронизацию с сетью (в он-грид системах),
• Гарантируют стабильность напряжения и частоты,
• С помощью MPPT (отслеживания точки максимальной мощности) повышают эффективность панелей.

Выработка и потребление энергии не всегда происходят одновременно. Поэтому в некоторых системах применяется накопление. Аккумуляция осуществляется с использованием литий-ионных, свинцово-кислотных или гелевых батарей.

Преимущества накопления:

• Обеспечение электроэнергией ночью,
• Резерв на случай отключения электричества,
• Возможность полностью автономной (off-grid) системы,
• Самостоятельное накопление и потребление энергии.

Несмотря на теоретическую мощность, на практике на выработку влияет множество факторов:

• Затенение: даже 5% затенения может снизить КПД на 30%,
• Загрязнение: пыль, птичий помёт, пыльца закрывают ячейки и снижают выработку,
• Температура: при температуре выше 25°C КПД снижается,
• Климатические условия: туман, облачность, снег снижают интенсивность излучения,
• Направление и угол панели: оптимальный угол составляет 25–45° в зависимости от региона.

electrozirve.com

blog.electrozirve.com

electrozirve.ru

electrozirveofficial.com